Thermografische camera — emissiecoëfficiënt en reflectieve temperatuur instellen

De gids over thermografisch onderzoek behandelt hoe infraroodinspectie als aanvulling op NEN 3140 wordt ingezet en welke NTA 8220-brandrisicoklasse uit een gevonden temperatuurverschil volgt. Dit artikel behandelt een voorwaarde die aan een betrouwbare meting voorafgaat: een thermografische camera meet niet rechtstreeks de oppervlaktetemperatuur, maar berekent die uit de gedetecteerde infraroodstraling — en die berekening is alleen correct als de camera vooraf juist is ingesteld op de eigenschappen van het gemeten oppervlak.

Wat een thermografische camera daadwerkelijk meet

Een thermografische camera detecteert infraroodstraling die op de sensor valt, en rekent die vervolgens om naar een temperatuurwaarde op basis van een aantal ingestelde parameters: de emissiecoëfficiënt van het gemeten oppervlak, de reflectieve (schijnbare) temperatuur van de omgeving, de meetafstand en de atmosferische omstandigheden. De gedetecteerde straling is namelijk niet uitsluitend afkomstig van het gemeten object zelf: een deel ervan is straling van omliggende objecten die door het gemeten oppervlak wordt gereflecteerd. Zonder correcte instelling van deze parameters — met name de emissiecoëfficiënt — kan de weergegeven temperatuur aanzienlijk afwijken van de werkelijke oppervlaktetemperatuur.

Emissiecoëfficiënt: hoe goed een oppervlak infraroodstraling uitzendt

De emissiecoëfficiënt (ε, een waarde tussen 0 en 1) geeft aan hoe efficiënt een oppervlak infraroodstraling uitzendt in verhouding tot een theoretisch ideale stralaar ("zwarte straler", ε = 1). Materialen die relevant zijn bij elektrische inspecties verschillen sterk in emissiecoëfficiënt:

• Geoxideerd of gepatineerd koper/aluminium (zoals een verweerde busbar of contactvlak): doorgaans een relatief hoge emissiecoëfficiënt in de orde van 0,6 tot 0,8.
• Blank, gepolijst metaal (een nieuwe of schoongemaakte koperen of aluminium verbinding): een aanzienlijk lagere emissiecoëfficiënt, vaak slechts 0,1 tot 0,3 of lager — zulke oppervlakken gedragen zich eerder als een spiegel voor infraroodstraling dan als een eigen stralingsbron.
• PVC-kabelisolatie en de meeste geverfde of gecoate oppervlakken: een relatief hoge, stabiele emissiecoëfficiënt in de orde van 0,9 tot 0,95, wat deze materialen relatief eenvoudig en betrouwbaar meetbaar maakt.

Een blank metalen contactvlak — precies het type verbinding dat bij een elektrische inspectie vaak de interessantste locatie is — heeft dus de laagste, lastigst te meten emissiecoëfficiënt van alle genoemde materialen.

Waarom een verkeerde emissiecoëfficiënt tot grote meetfouten leidt

Bij een lage emissiecoëfficiënt is het grootste deel van de door de camera gedetecteerde straling gereflecteerde straling van de omgeving, niet straling die het object zelf uitzendt op basis van zijn eigen temperatuur. Als de camera is ingesteld op een emissiecoëfficiënt die te hoog is ten opzichte van het werkelijke, blanke metalen oppervlak, wordt de gemeten temperatuur systematisch te laag weergegeven — een daadwerkelijk oververhit contactpunt kan daardoor worden gemist, juist op de locatie waar oververhitting het meest relevant is om te detecteren.

De praktische oplossing: een referentiemateriaal met bekende emissiecoëfficiënt

Een gangbare praktijktechniek om een blank metalen contactvlak betrouwbaar te meten, is het aanbrengen van een klein stukje mat zwarte tape of verf met een bekende, hoge emissiecoëfficiënt (doorgaans rond 0,95) direct naast of op het te inspecteren contactpunt, vóórdat de installatie onder spanning en belasting wordt gebracht. Omdat het referentiemateriaal in nauw thermisch contact staat met het te meten oppervlak, geeft de temperatuur van de referentietape een betrouwbare indicatie van de werkelijke temperatuur van het onderliggende metaal — ook al is het blanke metaal zelf lastig direct te meten.

Reflectieve temperatuur: de "verfrommeld aluminiumfolie"-methode

Naast de emissiecoëfficiënt moet ook de reflectieve (schijnbare) temperatuur van de omgeving correct worden ingesteld, met name bij oppervlakken met een lagere emissiecoëfficiënt waar reflectie een grotere rol speelt. Een veelgebruikte praktijktechniek om deze waarde te bepalen: een stuk verfrommeld (en vervolgens weer gedeeltelijk uitgevouwen) aluminiumfolie — dat zelf een zeer lage emissiecoëfficiënt en dus een sterk reflecterend, diffuus oppervlak heeft — in het gezichtsveld van de camera plaatsen en de camera daarop instellen op een emissiecoëfficiënt rond 1,0; de weergegeven waarde benadert dan de reflectieve temperatuur van de omgeving, die vervolgens in de instellingen van de camera als reflectieve temperatuur wordt ingevoerd.

Praktische relevantie

Bij een NEN 3140-thermografische inspectie van een verdeelinrichting met een combinatie van geverfde behuizingen, geïsoleerde kabels en blanke koperen of aluminium raildelen, is het van belang om de emissiecoëfficiënt-instelling per gemeten oppervlaktetype aan te passen, of om bij een lastig te meten blank metalen contactvlak een referentietape toe te passen — één vaste emissiecoëfficiënt-instelling voor de hele inspectie levert bij gemengde materialen onbetrouwbare resultaten op, juist op de locaties (blanke contactvlakken) die het meest relevant zijn voor het detecteren van een oververhitte verbinding.

Veelgemaakte fouten

1. Eén vaste emissiecoëfficiënt-instelling gebruiken voor de hele inspectie, ongeacht of het gemeten oppervlak geverfd, geïsoleerd of blank metaal is — dit levert bij blanke metalen contactvlakken een systematisch te lage temperatuurweergave op.
2. De reflectieve temperatuur niet instellen of op de standaardwaarde laten staan in een omgeving met sterk afwijkende omgevingstemperaturen (bijvoorbeeld direct zonlicht op een buitenschakelkast) — dit vertekent vooral de meting van oppervlakken met een lage emissiecoëfficiënt.
3. Geen referentiemateriaal met bekende emissiecoëfficiënt toepassen bij een kritiek, blank metalen contactpunt — zonder referentie is een betrouwbare absolute temperatuurmeting op zulke oppervlakken nauwelijks mogelijk.
4. Absolute temperatuurwaarden vergelijken tussen metingen met verschillende emissiecoëfficiënt-instellingen — voor een zinvolle vergelijking (bijvoorbeeld bij een hercontrole) moeten dezelfde instellingen worden gebruikt, of moet het verschil in instelling expliciet worden meegewogen bij de interpretatie.

Gerelateerd

• Thermografisch onderzoek & NTA 8220 — brandrisicoklasse
• Kabelschoenen & krimpverbindingen — eisen aan perskoppelingen
• Contactweerstandsmeting (microohmmeter) — verbindingen
• Vlamboog — risico's en beheersmaatregelen