237

Termografia – podstawy i metody

Jan Górski, Politechnika Rzeszowska

1. Uwagi ogólne

Dążenie do doskonalenia cech użytkowych i konstrukcyjnych różnego typu obiektów
budowlanych, sposobów oceny ich stanu technicznego oraz spełniania aktualnych przepisów i
norm, a także zmniejszenia kosztów eksploatacji i poprawę efektywności, jest aktualnie
jednym z priorytetowych zadań stawianych przed służbami nadzoru technicznego w każdej
jednostce samorządowej.
Istnieje szereg metod i narzędzi diagnostyki technicznej pozwalających na realizację tych
zadań zarówno na etapie projektowania nowych rozwiązań jak też renowacji bądź
modernizacji istniejących obiektów (np. w sferze budownictwa sakralnego, mieszkaniowego).
Współczesne metody badań charakteryzują się coraz powszechniejszym stosowaniem technik
pomiarowych, które są bezinwazyjne, tzn. nie ingerują bezpośrednio w strukturę konstrukcji
oraz materiału. Jednym z coraz bardziej popularnych narzędzi jest w tym zakresie termografia
i termowizja w zakresie podczerwieni. Można powiedzieć, że w chwili obecnej staje się ona
niezbędnym standardem w kwestiach oceny stanu technicznego budynków oraz wskazania na
etapie audytu energetycznego niezbędnych propozycji zabiegów termo-modernizacyjnych [1].
Techniki podczerwieni wynikają z powszechności emisji promieniowania cieplnego przez
wszystkie obiekty, które zawiera wszechstronne informacje o ich właściwościach. Są to w
szczególności informacje o temperaturze, położeniu, charakterystyce powierzchni, jak
również dane dotyczące składu chemicznego atmosfery, przez którą jest ono transmitowane.
Szczególne znaczenie ma zakres podczerwieni odpowiadający długościom fal 3- 14 µm, co
wiąże się z rozkładem promieniowania obiektów o temperaturze zbliżonej do średniej
temperatury Ziemi (około 300 K), występowaniem charakterystycznych pasm absorpcji i
emisji substancji o dużym znaczeniu, a także wysoką przezroczystością atmosfery [2,3].
Informacje niesione przez promieniowanie podczerwone mogą być odczytane i
przetworzone przez dostosowane do tego celu urządzenia techniki podczerwieni. Ich
podstawowy element stanowią czujniki (detektory) promieniowania podczerwonego, które
przetwarzając energię promieniowania podczerwonego na inne rodzaje energii (zwykle na
energię elektryczną), pozwalają uzyskać łatwy do bezpośredniego pomiaru sygnał. Stąd też
termografia w podczerwieni, to w uproszczeniu detekcja fal promieniowania cieplnego
emitowanego przez ciało w zakresie podczerwonym (niewidzialnym dla oka), a następnie
przetwarzanie tego promieniowania w odpowiednim urządzeniu (np. kamerze termowizyjnej)
na obraz widzialny zwany termogramem. Obraz ten charakteryzuje się występowaniem
barwnych stref, które powiązane są z wartościami temperatur emitera (im jaśniejsze barwy
tym wyższe lokalnie temperatury).

2. Termografia – jej historia i podstawy fizyczne

Metody termografii i termowizji stosowane są obecnie prawie we wszystkich dziedzinach
badań i pomiarów nieniszczących (NDT). Oprócz typowych zastosowań wojskowych, służą
efektywnie m.in. w medycynie (diagnostyka ognisk zapalnych i zwyrodnień tkanek),
energetyce (ocena obciążeń i uszkodzeń sieci elektrycznych oraz silników i układów
elektronicznych), ciepłownictwie (straty w kotłach i rurociągach cieplnych), kryminalistyce i
ratownictwie (poszukiwania osób), a nawet w badaniach geologicznych i meteorologii [1-4].

238

Historia termografii sięga początku XIX wieku i wiąże się z badaniami rozpraszania światła
za pomocą pryzmatu, które realizował angielski astronom William Herschel. Zaobserwował
on, że rzutując na kartkę papieru barwną wiązkę światła słonecznego rozszczepioną przez
pryzmat, powierzchnia ta ulega bardziej intensywnemu ogrzaniu po stronie czerwonej barwy
a także poza nią. Stwierdził, iż umieszczone na powierzchni papieru zbiorniczki termometrów
rejestrują różne wartości temperatury w strefie poszczególnych barw i poza nimi. Tym samym
odkrył on istotę promieniowania cieplnego w zakresie podczerwieni, rys.1.
Jak wiadomo, promieniowanie cieplne jest związane z emisją fal elektromagnetycznych.
Typowy zakres długości fal

λ

, odpowiadający istotnym w omawianej tu problematyce

strefom promieniowania to [2,3]:

UV

ŚW

IR

-

ultrafiolet (UV) : 0.01 <

λ

< 0.35

µ

m,

- światło widzialne (ŚW) : 0.3 <

λ

< 0.75

µ

m,

-

podczerwień (IR) : 0.75<

λ

< 1000

µ

m.

-

Rys.1. Eksperyment Williama Herschela (1800 r.), [4].

Obszar podczerwieni ma najistotniejsze znaczenie z punktu widzenia technik pomiarowych
w odniesieniu do detekcji i rejestracji promieniowania cieplnego i jest zwyczajowo dzielony
na (wg ILC/CIE):

-

podczerwień bliską lub krótkofalową: IR-A (0.78 – 1.4

µ

m),

-

podczerwień średnią lub średniofalową: IR-B (1.4 – 3

µ

m),

-

podczerwień daleką lub długofalową: IR-C (3 - 1000

µ

m).

Produkowane seryjnie kamery termowizyjne na podczerwień pracujące w zakresie 2-5

µ

m

noszą nazwę krótkofalowych (SW), zaś w zakresie 8-14

µ

m długofalowych (LW). Ma to

bezpośredni związek z przepuszczalnością dolnej warstwy atmosfery o grubości ok. 1500 m,
w której występują dwa tzw. „okna atmosferyczne” [2,3]. Poza tymi zakresami fal występuje
silne pochłanianie promieniowania podczerwonego m.in. przez parę wodną, dwutlenek węgla

239

i ozon, znajdujące się w atmosferze ziemskiej. Aby przedstawić bliżej uproszczony opis
działania kamery termowizyjnej i otrzymywania termogramu koniecznym jest krótkie
wprowadzenie do podstawowych praw dotyczących promieniowania cieplnego.

3. Podstawowy opis zjawisk i prawa promieniowania

Promieniowanie cieplne jest, jak i inne fale elektromagnetyczne rozchodzi się z prędkością
światła (około 300 tys. km/s). Jak wiadomo, każde ciało o temperaturze wyższej od zera
Kelvina emituje promieniowanie cieplne o określonej intensywności i długości fali. Jeśli jego
temperatura nie przekracza 500

0

C, to emitowane ciepło odpowiada zakresowi podczerwieni.

Ciała stałe i ciecze dają ciągłe widmo promieniowania cieplnego, natomiast gazy emitują (a
także absorbują) promieniowanie cieplne selektywnie, tj. w pewnym wąskim zakresie fal.
Pochłanianie promieniowania wychodzącego z badanej powierzchni oraz przechodzącego
przez warstwę powietrza (lub innego gazu) znajdującą się między badanym obiektem i
obiektywem kamery termowizyjnej może mieć wyraźny wpływ na wynik pomiaru. Jak już
wspomniano, głównymi gazami pochłaniającymi promieniowanie podczerwone w atmosferze
ziemskiej są para wodna i dwutlenek węgla. Pochłaniają one promieniowanie cieplne tylko w
ściśle określonych pasmach długościach fali. Dane dotyczące istotnych zakresów
pochłaniania promieniowania podczerwonego przez H

2

O i CO

2

zamieszczono w Tablicy 1.

Tab.1. Pochłanianie promieniowania IR przez H

2

O i CO

2

[2,4]

Zakres długości fal , λ [µm]

Pasmo

Para wodna, H

2

O

Dwutlenek węgla, CO

2

1

1,7 ÷ 2,0

-

2

2,2 ÷ 3,0

2,4÷3,0

3

4,8÷8,0

4,0÷4,8

4

12÷30

12,5÷16,5

Prawo Stefana_Boltzmanna

Energia w postaci ciepła emitowanego przez ciało o określonej temperaturze T, zgodnie z
prawem Stefana-Boltzmana jest wyrażona:

4

2

0

, W/m

= ⋅ ⋅

E

T

ε σ

(1.)

gdzie oznaczono:

ε

- emisyjność powierzchni (0 <

ε

< 1),

σ

0

=5.6703·10

-8

W/m

2

K – stała promieniowania

(ciała absolutnie czarnego), T[K] – temperatura absolutna powierzchni ciała promieniującego.

Na podstawie tego prawa można przykładowo określić przybliżoną ilość energii cieplnej
wypromieniowywanej z nieosłoniętej powierzchni skóry człowieka (

ε

= 0.97) w temperaturze

T = 36.6

0

C w odniesieniu do 1m

2

jej powierzchni:

(

)

4

4

-8

2

0

= 0.97 5.6703·10

273.15+36.6

= 506 W/m

= ⋅ ⋅

⋅

⋅

s

E

T

ε σ

.

Należy podkreślić, że większość ciał emitujących promieniowanie cieplne (zwykle ze swej
powierzchni) nie spełnia warunku ciała „idealnie czarnego”, którego zdolność do emisji jest
maksymalna (

ε

= 1). Parametr ten jest z punktu widzenia użytkowania kamer termowizyjnych

niezwykle istotny ze względu na poprawność i wiarygodność danych przedstawionych na

240

obrazie termogramu (im wyższa tym dokładniejszy pomiar). Emisyjność jest zależna przede
wszystkim od materiału, rodzaju i stanu oraz barwy jego powierzchni, a także temperatury,
długości fali i kąta padania promieniowania. Wartości emisyjności podawane są w
specjalistycznych poradnikach. Dla typowych materiałów budowlanych wynosi ona w
temperaturach bliskich otoczenia

ε

= 0.7 - 0.95, zaś minimalną emisyjność wykazują

wypolerowane powierzchnie ze złota i innych metali szlachetnych (

ε

= 0.02-0.06). Z

oczywistych powodów, uwagi te dotyczą wyłącznie ciał optycznie nieprzepuszczalnych [1-4].
Typowe wartości emisyjności różnych materiałów w zależności od ich temperatury
przedstawiono na rys. 2.

Rys. 2 Wartości emisyjności powierzchni wybranych materiałów.

Prawo Kirchoffa

Aby wyjaśnić związek pomiędzy charakterystyką materiału z punktu widzenia jego
zdolności do emisji promieniowania, a z kolei transportu, pochłaniania bądź odbijania energii
promieniowania cieplnego, najprościej jest zdefiniować określone wskaźniki (zwykle
używane w zakresie fal odpowiadających promieniowaniu widzialnemu). Nie trudno sobie
uzmysłowić, że emitowana na jednostkę czasu ilość energii (strumień energii w postaci
promieniowania cieplnego), które pada na określoną powierzchnię innego ciała może być w
nim częściowo lub całkowicie pochłonięta tj. zaabsorbowana (

a

E

& ), może ulegać odbiciu

(

r

E

& ), lub też być przepuszczana (

p

E

&

), jak to ma miejsce w przypadku ciał przeźroczystych:

;

;

;

;

1

a

r

p

a

r

p

E

E

E

E

a

E

E

r

E

E

p

E

E

a

r

p

.

=

+

+

=

=

=

+ + =

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

(2.)

241

Odpowiednie stosunki liczbowe, wyrażające udziały poszczególnych form transportu lub
magazynowania energii, określają wartości współczynnika pochłaniania (lub absorpcyjności)
a, współczynnika odbicia (refleksyjności) r oraz współczynnika przepuszczalności p. W
dużym uproszczeniu, zależność (2.) wyraża prawo promieniowania Kirchoffa. Absorpcyjność
zgodnie z prawem Kirchoffa jest przeciwieństwem emisyjności i dla ciała doskonale czarnego
wynosi a =

ε

= 1. Ciała tzw. „szare” wykazują wartości pośrednie, tj. 0 < a < 1. Oprócz

wspomnianych wskaźników, określonych dla całego widma emitowanego promieniowania,
można także używać ich odpowiedników, których wartości zostały wyznaczone wyłącznie dla
jednej, wybranej długości fali promieniowania (a = a

λ

,

ε

=

ε

λ

, itd.).

Prawo Plancka

Ogólnym, a zarazem podstawowym, jest prawo Plancka, określające widmową gęstość
mocy promieniowania E ciała idealnie czarnego, które wiąże ją wykładniczo z długością fali

λ

oraz jego temperaturą absolutną T (patrz: rys.3). W postaci matematycznej równanie

Plancka wyraża rozkład widmowy emisji promieniowania ciała idealnie czarnego w funkcji
długości fali λ. Prawo to opisuje wykładnicza zależność:

(

)

1

2

5

2

W

m

µm

1

c

E

,T

,

c

exp

T

λλλλ

λλλλ

λλλλ

λλλλ

=

⋅









⋅

−









⋅









(3.)

w której:

2

8

-2

4

1

0

2

0

2

=3.742 10 W m

m ;

4388 m K

=

⋅

⋅

⋅

=

=

⋅

h

h

c

c

c

c k

π

µ

µ

; to stałe.

Prawo Wiena

Dla małych wartości iloczynu temperatury i długości fali λּT, człon ekspotencjalny w

mianowniku wyrażenia (3.) jest znacznie większy od jedności (gdy temperatury nie

przekraczają T =3000 K). W tym przypadku wspomniana zależność sprowadza się do prawa

przesunięć Wiena zapisywanego w postaci:

( )

(

)

5

1

2

;

E

T

c

exp c

T

λ

λ

λ

−

= ⋅

⋅









(4.)

Jeśli przedstawić graficznie owe prawo (zaznaczona linią przerywaną na rys. 3), to okazuje
się, że każda izoterma posiada maksimum względem określonej długości fali

λ

, zaś

odpowiednia gęstość mocy promieniowania wynosi:

[

]

( )

15

5

2

2898

m K

1 286 10

, [W/cm

m]

−

⋅ =

⋅

↔

≅

⋅

⋅

⋅

max

max

T

,

E

T

.

T

λ

λ

µ

µ

(5.)

Na rys.3 pokazano typowy wykres gęstości strumienia energii promieniowania (tzw.
emitancję widmową) z zaznaczonym zakresami operacyjnymi (250 – 1000K) większości
kamer termowizyjnych SW i LW. Obszary te (2 –5 oraz 7-15

µ

m), w dużym stopniu

pokrywają się ze strefą maksimów gęstości mocy promieniowania w obszarze podczerwieni,
istotną ze względów pomiarowych

242

Rys. 3. Strumień energii E

λ

na jednostkę powierzchni odniesiony do długości fali

λ

, [4].

Prawo Lamberta

Oprócz wspomnianych wykorzystuje się też prawo cosinusów Lamberta. Mówi ono, że moc
promieniowania E

0n

wysyłanego z danej powierzchni w kierunku normalnym „n”, jest π –

krotnie mniejsza niż całkowita moc promieniowania E

0

ciała wysyłanego z całej powierzchni

we wszystkich kierunkach [2,3]. Można je wyrazić w postaci

0

0n

E

E

ππππ

= ⋅

(6.)

Tym samym natężenie promieniowania emitowanego z określonego elementu powierzchni w
kierunku odchylonym od normalnego do powierzchni o kąt α będzie wynosić

0

0n

E

E

cos

αααα

αααα

=

⋅

(7.)

Zależność ta obowiązuje dla ciała czarnego oraz dotyczy przypadku rozpraszania światła
(choć nie w pełni odnosi się do powierzchni ciał szarych). W oparciu o to prawo określa się
ponadto pojęcia dotyczące kierunkowej luminacji (jaskrawości) oraz natężenia światła.

4. Otrzymywanie obrazów termograficznych – kamery termowizyjne

Główne elementy standardowej kamery termowizyjnej tworzą (rys. 4): INFRARED
DETECTOR - detektor podczerwieni z układem chłodzenia (lub ich zespół w postaci
matrycy), OPTICS - układ optyczny (obiektyw), SIGNAL PROCESSING - elektroniczne
układy torów wzmocnienia i obróbki sygnału (analiza i rejestracja) oraz STANDARD VIDEO
MONITOR - zespół jego wizualizacji (zwykle monitor LCD).

Długość fali λ, [µm]

Gęstość energii promieniowania E

λ

S
W

L
W

243

Rys. 4. Zasady przetwarzania i rejestracji obrazu w kamerze termowizyjnej [4]

„Sercem” takiej kamery jest układ detektorów podczerwieni. Ich rozwój i poziom
doskonałości stanowił zawsze zasadniczy czynnik decydujący o jakości uzyskiwanych
obrazów, obszarze jej praktycznych zastosowań, gabarytach i cenie. Zasadniczo detektory
podczerwieni mogą być typu termicznego lub fotonowego (pojedyncze, liniowe bądź
matrycowe). Z uwagi na istnienie dwu pasm dobrej przepuszczalności promieniowania przez
„okna atmosferyczne” kamery LW i SW mają zazwyczaj innego typu detektory. Detektory
termiczne stanowią w szczególności elementy bolometryczne lub pirometryczne, w których
zmiana temperatury spowodowana zaabsorbowanym promieniowaniem generuje odpowiedni
sygnał optyczny bądź elektryczny. Detektory foto-przewodzące to przede wszystkim
elementy fotoemisyjne, fotodiody oraz tzw. detektory z kwantową „studnią” fotonową
(QWIP), stosowane m.in. w zaawansowanych systemach badań przestrzeni kosmicznej.
W wielu kamerach termowizyjnych detektory są schładzane w celu zwiększenia ich
czułości. Pierwsze, pojedyncze detektory w starszych typach kamer termowizyjnych
wymagały schładzania ich podczas pracy do temperatury bliskiej minus 200

0

C. Realizowano

to poprzez napełnienie ciekłym azotem kriostatycznego pojemnika znajdującego się w
kamerze. Parujący azot utrzymywał detektor we właściwej temperaturze (przez dość
ograniczony czas rzędu kilku minut). Innym sposobem chłodzenia detektorów było
stosowanie do tego celu miniaturowych chłodziarek Stirlinga (pracujących na helu). Oba te
rozwiązania okazały się w praktyce mało efektywne i obecnie rzadko są stosowane.
W ostatnich latach, dzięki skonstruowaniu nowych typów detektorów o wyższej
temperaturze pracy (-70

o

C), do ich chłodzenia udało się zastosować chłodziarki

termoelektryczne (wykorzystujące tzw. efekt Peltiera). Najnowsze, powszechnie już
wprowadzane termiczne detektory podczerwieni (matrycowe), działają zadowalająco nawet w
temperaturze pokojowej (20-30

o

C), zaś schładzanie matrycy służy wyłącznie zapewnieniu

stabilnych warunków termicznych podczas pracy układu (w tym mikroprocesorów).

Wraz z doskonaleniem strony elektronicznej detektorów promieniowania zmieniały się
zasady generowania obrazu termowizyjnego. Jeszcze około 10 lat wstecz, taki płaski obraz
tworzono za pomocą skanującego układu mechanicznego o wysokiej precyzji, w którym obrót
wielościanu z lustrzanymi ściankami bocznymi zsynchronizowany był z jego wahadłowym
ruchem w przeciwległej płaszczyźnie (rys. 5).

244

Rys. 5. Zasada działania punktowego skanera termowizyjnego [4]

W ten sposób, kamera sekwencyjnie przeszukiwała całe pole badanego obszaru. Strumienie
energii radiacyjnej z kolejnych wycinków badanej powierzchni po przejściu przez soczewkę
padały na jedną z lustrzanych ścianek (bądź przepuszczalnych) obracającego się wielościanu.
Po odbiciu się od układu ruchomych luster padały następnie na punktowy detektor, który
przetwarzał je na sygnał elektryczny o wartości proporcjonalnej do natężenia
promieniowania. Konstrukcja układu zapewniała badanie punkt po punkcie (z odpowiednio
dużą częstotliwością) obiektu widzianego w obiektywie. Innym stosowanym rozwiązaniem
były układy z detektorami liniowymi, w których dla utworzenia obrazu przeszukiwanie
odbywało się tylko w jednokierunkowo (linia po linii).
Współczesne detektory promieniowania podczerwonego, w jakie wyposażone są kamery
termowizyjne, posiadają stałą dwuwymiarową (2D) matrycę składającą się z tzw.
mikrobolometrów (rys. 6).

Rys. 6. Budowa elementu detektora bolometrycznego (piksela), [2,4]

(a – struktura elementu, b – schemat przetwarzania sygnalu)

245

Ich liczba i wymiary decydują o rozdzielczości i czułości kamery. Typowa matryca (FPA)
w kamerze termowizyjnej zawiera zwykle 240

X

320 pojedynczych detektorów (pikseli). Obraz

obiektu, padający na matrycę przez obiektyw zaopatrzony w odpowiedni filtr optyczny,
powoduje wygenerowanie sygnału elektrycznego w każdym mikro-detektorze matrycy, który
zasadniczo jest zależny od natężenia i długości fali padającego promieniowania (rys.6).
Sygnały te zbierane są z dużą częstotliwością przez układ odczytu i po ich elektronicznej
obróbce służą do utworzenia obrazu termograficznego badanej powierzchni. Istotną zaletą
tego typu kamer jest możliwość pracy w bardzo szerokim przedziale widmowym, a także w
zasadzie brak konieczności chłodzenia.

Rys. 7. Zasada rejestracji obrazu w kamerze z matrycą mikrobolometryczną FPA, [4]

W detektorach tych, rezystory bolometryczne (elementy o małej pojemności cieplnej i dużej
zmianie oporności wskutek zmian temperatur), umieszczone w mikro-obwodzie mostka, w
wyniku absorpcji padającego promieniowania cieplnego o długości fali

λ

= 8 – 14

µ

m,

zmieniają swą oporność. Mikromostek elektryczny zawiera cienką warstwę uszlachetnionego
krzemu amorficznego, który spełnia rolę czujnika temperatury, przy czym promieniowanie
jest pochłaniane przez bardzo cienką napyloną warstewkę tlenku wanadu lub tytanu (rys.7).
Zdolność rozdzielcza tych elementów wynosi średnio 0.02 – 0.2 K. Zbieranie informacji
odbywa się poprzez multipleksowanie każdego piksela. Częstotliwość pracy dobierana jest
odpowiednio do standardu sygnału (50Hz – PAL oraz 60Hz – NTSC), przy czasie odczytu
około 40 ms. W innych rozwiązaniach (np. kamery monitorujace), używane są tzw. detektory
piroelektryczne zbudowane z półprzewodników [2,3].
Szybki rozwój technologii wytwarzania detektorów umożliwia stopniowe rozszerzanie
zakresu pomiarowego urządzeń termowizyjnych, zarówno w kierunku wysokich jak i niskich
temperatur. Najnowsze rozwiązania (trzeciej generacji) umożliwiają prowadzenie pomiarów
za pomocą jednego urządzenia w zakresie temperatur –40÷2000

o

C. W zakresie wysokich

temperatur stosowane są filtry optyczne ograniczające intensywność promieniowania
przechodzącego przez układ optyczny, które pada na detektor. Wraz z rozszerzaniem zakresu
pomiarowego temperatur poprawiana jest czułość termiczna urządzeń termowizyjnych. Przy
standardowej temperaturze odniesienia (30

0

C), dla powszechnie dostępnych na rynku kamer

termowizyjnych wynosi ona średnio 0,08 ÷0,12 stopnia Celsjusza. Jej wartość, wskazuje jaką
minimalną różnicę temperatur może wykryć detektor kamery termowizyjnej (kamery
specjalnego przeznaczenia mają czułość 0,02 – 0,05 stopnia). Najnowsze systemy, używane w
badaniach naukowych posiadają silnie stabilizowane termicznie kwantowe detektory QWIP o
bardzo wysokiej czułości i matrycy powyżej 1000x1000 pikseli. Ważnym parametrem, który

246

wskazuje na zdolność detekcji promieniowania jest z kolei tzw. znormalizowana gęstość
widmowa, D*, która charakteryzuje stosunek sygnału termicznego do „szumu” (rys. 8)
względem pasma częstotliwości roboczych oraz powierzchni detektora w warunkach
promieniowania cieplnego o jednostkowej mocy:

1 2

cm Hz

W

d

A

f

D*

,

/

NEP

λλλλ

⋅ ∆





=

⋅





(8.)

gdzie: A

d

– pole powierzchni czynnej detektora, cm

2

; ∆f – pasmo wykorzystywanych

częstotliwości, Hz; NEP

λ

– tzw. moc równoważna szumowi (tj. moc rejestrowanego

promieniowania dla długości fali λ, odpowiadająca sygnałowi równemu poziomowi szumu).

Rys. 8. Typowe wartości parametru czułości kamer termowizyjnych D* [4]

(Oznaczono tu materiał detektora: InAs – arsenek indu, PbSe – selenek ołowiu, itd.)

Wskaźnik ten powinien z oczywistych względów być możliwie wysoki i podawany jest
zazwyczaj tylko w odniesieniu do najbardziej zaawansowanych konstrukcji specjalnego
przeznaczenia. Jednocześnie dąży się do uzyskania scalonych detektorów, które zdolne
byłyby jednocześnie wykrywać i rejestrować promieniowanie w dużym przedziale długości
fal, zarówno w zakresie LW jak i SW [2,4].

Podsumowanie

Zastosowanie kamer termowizyjnych w bezinwazyjnych metodach pomiarów i diagnostyki
staje się coraz bardziej powszechne, dostępne (korzystny spadek cen urządzeń wraz ze
wzrostem ich jakości i możliwości pomiarowych) pozwala w szczególności na:
- wykrywanie wad technologicznych przegród budynków, błędów w docieplanie ścian,
identyfikację mostków cieplnych, zawilgoceń, infiltracji powietrza,
- lokalizację wycieków i nieszczelności rur (w tym z ciepłą wodą oraz C.O.),
- ocenę uszkodzeń urządzeń elektrycznych i ich zasilania (duża oporność dla rozdzielni
napięć, transformatorów, szafek, uszkodzonych bezpieczników, złączy elektrycznych),

247

- ocenę stanu izolacji cieplnej kotłów, rurociągów, kanałów, elektrofiltrów ( diagnostyka
eksploatacyjna i powykonawcza),
-lokalizację sieci ciepłowniczej ( inwentaryzacja i ocena stanu technicznego),
- analizę stanu przewodów instalacji gazów technicznych oraz gazu ziemnego,
-wadliwie pracujących urządzeń mechanicznych (nadmierne przegrzanie)
- wskazanie uszkodzeń wymurówki pieców i kominów,
- identyfikacji ognisk pożarów leśnych,
- diagnostykę chorób i stanów zapalnych (zastosowania medyczne)
a ponadto w badaniach naukowych oraz najnowszych technologiach , w których szczegółowa
znajomość rozkładu temperatur może decydować o istotnych zjawiskach i procesach.

Jak już wspomniano, szczególnym obszarem zastosowań badań termowizyjnych jest
badanie izolacyjności cieplnej budynków, przed i po ich termorenowacji. Tym samym do
procesu budowlanego winien wchodzić całkiem nowy etap: powykonawcza diagnostyka
cieplna obiektu. Na podstawie zdjęć termowizyjnych dokonuje się oceny stanu i właściwości
cieplnych izolacji poszczególnych przegród, w tym identyfikacji mostków cieplnych, czyli
miejsc, których właściwości termoizolacyjne są gorsze niż pozostałej części przegrody,
czemu towarzyszą znaczne straty ciepła z wnętrza budynku. Innym, niezwykle ważnym
obszarem aplikacji kamery termowizyjnej jest wykrywanie wilgoci w budynkach. Jak
wiadomo, obecność wody w porach materiału budowlanego obniża jego właściwości
izolacyjne oraz poziom temperatury powierzchni ściany, stąd też na termogramie można
łatwo rozróżnić obszary zawilgoceń, określać ich zasięg, a nawet wskazać źródła wilgoci.
Takie badanie jest wyjątkowo przydatne przy diagnostyce zawilgoceń i lokalizacji
przecieków w płaskich stropodachach. Łatwo jest też zlokalizować przebieg ukrytej w ścianie
instalacji wodnej lub grzewczej, rur ogrzewania podłogowego, sprawdzaniu drożności
kanałów i przewodów kominowych, itp.

W

Załączniku 1 przedstawiono kilka barwnych termogramów reprezentujących

przykładowe przypadki oceny izolacyjności przegród zewnętrznych budynków za pomocą
metod termowizyjnych. Ich praktyczne opracowanie odbywa się z użyciem specjalistycznego
oprogramowania (zwykle dołączane jest ono przez producenta kamery termowizyjnej). Dzięki
temu można podjąć decyzję jakie zabiegi termorenowacyjne są konieczne, a także jaki jest ich
rezultat z punktu widzenia poprawy charakterystyki energetycznej budynku.

Literatura:

[1] Minkina W.A., Rutkowski P., Wild W.: Podstawy pomiarów termowizyjnych. Pomiary,
Automatyka Kontrola, Vol. 46 (2000), Nr.1, s. 7-14
[2] Praca zbiorowa, red: Madura H.: Pomiary termowizyjne w praktyce. Agenda Wydawnicza
PAK-u, Warszawa, 2004
[3] Minkina W.: Pomiary termowizyjne – Przyrzady i metody. Wydawnictwa Politechniki
Częstochowskiej, Częstochowa, 2004
[4] strony internetowe:

http://www.flirthermography.com/cameras/all_cameras.asp

,

http://www.termowizja.biz/news.php

,

http://www.infraredinstitute.com/index.html

http://thermo.p.lodz.pl/

,

http://btech.lbl.gov/papers/46590.pdf

248

Załącznik1 – Przykładowe termogramy

Rys.A. Izolacyjność cieplna ściany zewnętrznej przed i po dociepleniu [4]

Rys.B. Fotografia i obraz termowizyjny wycieku z instalacji wodnej [4]

Rys.C. Termogramy obiektów zabytkowych - Kościół /Wenecja/

(z lewej: diagnoza wad muru, z prawej: ocena zmian w konstrukcji sklepienia)

249

Rys.D. Termogramy ściany budynku mieszkalnego przed i po ociepleniu [4]

a)

b)

Rys.E. Profilogramy zmian temperatury wzdłuż ściany budynku z rys.D, [4]

(określają je linie: Li01)