Thermografie
In het dagelijks leven zijn we continu bezig met temperatuur. Of het nu over het weer gaat, de warmte in huis of als de vraag actueel is wanneer we weer een Elfstedentocht kunnen rijden. Maar wat is het verschil tussen warmte en temperatuur?
• Warmte is een vorm van energie-uitwisseling tussen systemen die niet in thermisch evenwicht zijn;
• Temperatuur is een maat voor hoe warm of hoe koud iets is.
Thermografie is een meetmethode om de temperatuur in kaart te brengen. Dit gebeurt zonder het voorwerp aan te raken. Het voordeel is dat het veilig is, bijvoorbeeld bij het meten van de temperatuur van een hoogspanningskabel, maar het nadeel is dat je daarbij fouten kunt maken.
Temperatuurverschillen worden zichtbaar gemaakt door kleuren. Meestal betekent blauw koel en rood warm, maar het kan ook met andere kleuren. Dit gebeurt met infrarood.
Wat is infrarood?
Infrarood is een golflengte in het elektromagnetisch spectrum. Je kunt die niet zien. Wel kun je infrarood op je huid voelen, zoals de straling van de zon.
Met onze ogen kunnen we maar een klein deel zien van alle straling die er is. Van het spectrum dat wij kunnen zien, maken onze ogen de kleuren rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet.
Maar er zitten nog veel meer stralen in het spectrum, zoals gamma straling, röntgen straling en radiogolven.
Met een infraroodcamera kan de infrarood straling zichtbaar gemaakt worden. Dit noemen we dus thermografie.
Toepassingsgebieden
Het voordeel van thermografie is dat het zichtbaar maakt wat voor het menselijk oog onzichtbaar is.
Enkele voorbeelden van toepassingsgebieden zijn:
• Beveiliging
• Geneeskunde
• Brandweer
• Luchtvaart
• Elektrotechniek
• Onderhoud
◦ Onderhoud van gebouwen
◦ Opsporen van lekkage
◦ Opsporen van leidingwerk
◦ Isolatieproblemen
• Kwaliteitscontrole
Je kunt dus eenvoudig inspecties uitvoeren op elektrische apparatuur en circuits. Maar ook op mechanische apparaten, verwarmingsinstallaties, zonnepanelen, koelinstallaties en de gebouwschil.
Voordelen
Meten met behulp van thermografie heeft veel voordelen. De meting kan contactloos gebeuren. Dit maakt het een snelle, efficiënte en veilige meting. Als er ergens een fout is, kun je die snel herkennen. De installatie hoeft niet uit (geen ‘down-time’). De installatie blijft in gebruik en kan gemeten worden op volledige belasting. Zo zul je dus snel zien of er oververhitting plaatsvindt. Door op verschillende momenten opnames te maken, kan er eenvoudig een vergelijking gemaakt worden.
Belangrijk bij verduurzaming gebouwde omgeving
Thermografie brengt dus temperatuur in beeld. Dat is heel handig bij het verduurzamen van de gebouwde omgeving!
Je kunt immers met behulp van thermografie snel opsporen waar er energie verloren gaat.
Die informatie kan gebruikt worden voor de isolatie en kierdichting van gebouwen.
Ook kun je storingen in de verwarming opzoeken bij systeeminefficiëntie, lekkages, vuilheid & corrosie. Vooral handig als je slecht bij de installatie kunt, bijvoorbeeld bij vloerverwarming.
Maar het is ook handig bij elektro, koeling (koude deur) of zonne-energie (kapotte diodes).
Warmtetransport
Warmtetransport gaat via
- 1. stroming (lucht- of vloeistofverplaatsing) of
- 2. geleiding (via het materiaal zelf),
- 3. straling (b.v. de zonnewarmte).
Emissiviteit
Uitgaande straling is alle straling die het oppervlak van het object verlaat. De bron van de straling maakt niet uit.
Elk voorwerp zendt een bepaalde hoeveelheid straling uit (emissie). De hoeveelheid hangt af van de temperatuur en emissiviteit.
Hoe lager het stralingsvermogen (emissiviteit), des te lager de warmteoverdracht door straling.
Uit ervaring weet je dat een matzwart oppervlak makkelijker warmte uitstraalt dan een wit oppervlak. Denk maar aan een geasfalteerde parkeerplaats in de zomer.
Werken met emissiviteit
Als je weet welk materiaal je wilt meten, kun je de emissiviteit opzoeken in de tabel. Deze waarden voer je in op de camera.
Veel camera’s hebben al emissiviteitswaarden standaard voorgeprogrammeerd. Dan kun je dus op de camera het juiste materiaal kiezen voordat je gaat meten.
Absorptie
Elk voorwerp heeft tevens een bepaald vermogen om straling op te nemen (absorptie). Absorptie is altijd gelijk aan de capaciteit om straling te absorberen. We kunnen dan ook stellen:
α = ε
Structuur
De gladheid van een object beïnvloedt de emissiviteit van een object enorm. Denk maar eens aan een koperen leiding: je kunt jezelf hier in zien (hoge reflectie).
De emissiviteit zal toenemen naarmate een object ‘ruwer’ is. Denk hierbij aan dezelfde koperen leiding die verroest is. Dan is de emissiewaarde vele malen hoger dan bij een niet-verroeste leiding.
De rechterkant van het materiaal is veel eenvoudiger te meten, simpelweg omdat er minder reflectie is.
Transmissie
Naast emissie en reflectie is er ook transmissie van infraroodstraling mogelijk. In de dagelijkse praktijk zal dat niet vaak voorkomen. Er zijn niet veel materialen in de wereld die infraroodstraling doorlaten.
Enkele voorbeelden zijn:
• Germanium;
• Natriumchloride (keukenzout);
• Saffier;
• Vacuüm;
• Lucht.
Elektromagnetisch spectrum
De volgende figuren illustreren hetzelfde, alleen op een verschillende schaalgrootte.
Ze laten de hoeveelheid uitgestraalde energie van een object zien over een bepaalde golflengte. De verschillende gekleurde lijnen laten verschillende temperaturen zien. Het belangrijkst in dit figuur is dat de energiepiek ligt tussen de 6 en 14 µm (micrometer).
Hoe hoger de temperatuur van het object, des te meer energie wordt er gestraald.
Bij een standaard omgevingstemperatuur ligt de golflengte op ongeveer 10 µm. Hoe hoger de temperatuur wordt, des te lager de golflengte wordt.
Bij 100 °C ligt de golflengte al op 7,5µm. Nagenoeg alle, in onze dagelijkse omgeving, aanwezige temperaturen liggen in het bereik van 7,5-14 micrometer.
Bij 1000 °C ligt deze zelfs onder de 4 micrometer, dit komt erg dicht bij de capaciteit van het menselijk oog. Mede daardoor kan de mens bijvoorbeeld zeer heet staal waarnemen, als roodgloeiend.
Bij het uitvoeren van metingen zijn er een aantal zaken waarop gelet moet worden:
• Emissiviteit
• Reflectie
• Temperatuurbereik
• Span /level
• Spotmeting/kader
• Kleurinstelling
• Focus
Meten van emmissiviteit
Materialen van een onbekende emissiviteit kunnen worden ingeschat. Een handig hulpmiddel daarbij kan een stuk schilderstape of spray (om een object ‘ruwer’ te maken) zijn, of een ander materiaal waarvan de emissie bekend is.
Ter illustratie, de volgende foto is handmatig aangepast, waardoor defecte cellen in een PV-paneel perfect naar voren komen:
Spot-/kadermeting
Bij veel camera’s is het mogelijk om een centraal punt te meten, de zogeheten spotmeting. Voordeel is dat op dit punt vaak de laser is uitgelijnd:
De temperatuur wordt boven in het beeld weergegeven.
1. Alleen thermisch beeld;
2. Alleen een foto van het zichtbare licht (gewone foto);
3. Een combinatie van een gewone foto en een infraroodbeeld.
Het voordeel van een dergelijke foto is dat het makkelijker is om je te oriënteren. Je kunt extra informatie zien die op een warmtebeeld onzichtbaar blijft. Denk aan stickers en nummers.
Een verbeterd beeld (FLIR) op basis van de beelden van de normale foto voegt aan een programma extra informatie toe. Waardoor de lijnen scherper worden en objecten beter te herkennen zijn.
Valkuilen en aandachtspunten
Uit de praktijk blijkt dat er een aantal valkuilen en aandachtspunten zijn als het gaat om thermografische inspecties.
De belangrijkste zijn:
• Reflectie: invloed van externe stralingsbronnen of verkeerd ingeschatte reflectiegraad;
◦ Afschermen of afsluiten.
• Verkeerd ingeschatte emissiewaarde;
• Verkeerde interpretatie van kleuren;
• Focus, voorkom een onscherp beeld;
• Stralingshitte;
• Conclusie trekken zonder juiste instellingen (emissie & reflectie);
• Geen ‘echte’ foto;
• Rapportage: onderbouw de foto’s, zorg voor een stroommeting en vermeld de specificaties;
• Onscherp beeld;
• Meetafstand te groot of te klein;
• Metingen met een verkeerde camera (lage resolutie);
• Te grote meetvlek;
• Storingen in de transmissieafstand (luchtverontreiniging, bedekkingen (stof) etc.);
• De inspectie is een momentopname.
Innovaties
Thermografie wordt steeds beter beschikbaar. Zo zijn er tegenwoordig thermografische cameramodules die je op je telefoon klikt!
Met de thermische camera kun je snel met je mobiel iets te weten komen over de warmte in bijvoorbeeld een radiator.
Met kleuren geeft de thermische camera aan hoe warm een voorwerp is. De camera kan zelfs op afstand de warmte meten met een nauwkeurigheid tot een halve graad Celsius.
Door gebieden op de foto te selecteren, laat de app meteen zien hoeveel graden het oppervlak is. Dit kan zelfs nog nadat de foto gemaakt is.