Atti_2

Gli elementi di caratterizzazione
dello strumento
.
(in funzione delle applicazioni Edilizia/Verifica dispersioni energetiche)
Appunti di
TERMOGRAFIA
CARLESI STRUMENTI - Firenze
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Premessa
L’offerta di termocamere è sempre più ampia sia in termini di modelli che di marche.
Purtroppo ancora i prezzi (seppur in tendenza ribassista) sono rilevanti e impongono
una attenta valutazione del rapporto prezzo/prestazioni al fine di ottimizzare
l’investimento.
Daremo qui di seguito una descrizione di tutti elementi caratterizzanti che si possono
trovare nelle termocamere commerciali più diffuse.
Al termine troveremo una tabella che associa l’importanza di una data caratteristica
nel campo di applicazione specifico.
Questo, con l’intento di offrire uno strumento obbiettivo, utile alla scelta dello
strumento per la propria attività.
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Risoluzione
Il sensore IR che la termocamera usa per
rappresentare lo scenario termico è (analogamente al
mondo delle videocamere che usano dei CCD) un
sensore a matrice chiamato Microbolometro.
Ogni elemento sensibile, rappresenterà una porzione
del soggetto (tale copertura spaziale è in relazione alle
caratteristiche della lente di focalizzazione).
In assoluto, più grande è la matrice, migliore è la
capacità della termocamera di rappresentare
graficamente il soggetto.
Le matrici più diffuse nelle sono:
4x4 - 16x16 - 46x46 – 80x80 – 120x120 – 140x140 –
160x120 - 160x160 - 180x180 – 200x150 – 320x240 –
320x320 - 680x420
Microbolometri in matrice
Schema Matrice
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Un’alta risoluzione è da considerarsi sempre una qualità, sono considerate alte risoluzioni (per
applicazioni commerciali, ma non di ricerca) geometrie da 160x120 pixel in su.
ATTENZIONE!
Alcune termocamere eseguono un upscaling dell’immagine termografica (radiometrica), questo
aiuta senza dubbio la leggibilità della ripresa, ma non aggiunge nessuna informazione e nessun
dettaglio.
Tipicamente si Upscala al formato del display dello strumento (es. da 320x240 radiometrico a
640x480 jpeg)
Vedremo in seguito i limiti delle varie risoluzioni rispetto al settore applicativo.
Alcuni esempi di termogrammi con diversa risoluzione.
320x240 px
160x120 px
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Sensibilità Termica
Il parametro “sensibilità” è riferito al singolo elemento sensibile
della matrice del sensore della termocamera, detto
“Microbolometro”.
Si definisce sensibilità, la più piccola variazione di temperatura,
che il sensore è capace di discriminare convertendola in un
aumento del segnale elettrico (di solito indicata in decimi di °C o
in mK).
Se la termocamera è ben focalizzata termicamente, l’incremento
del differenziale termico sarà rappresentato con un pixel di
colore definito dalla palette scelta.
E’ il parametro più importante nella scelta dello strumento.
Non è mai troppo alta, più alta è la sensibilità migliore è la
qualità dello strumento.
Di solito cresce con l’aumentare della risoluzione.
ATTENZIONE!
Spesso si confonde con la precisione di misura della
temperatura, non è così, la precisione della termocamera nella
misurazione della temperatura superficiale è piuttosto bassa +2°C (alla corretta emissività).
Alcune sensibilità: 0,3 - 0,12 - 0,1 - 0,08 - 0,07 - 0,06 - 0,05 0,03
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Sono evidenti diffuse zone di distacco
dell'intonaco.
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In edilizia, i settori dove la sensibilità riveste un parametro fondamentale sono:
Ricerca perdite e infiltrazioni d’acqua fredda (anche sull’isolamento delle coperture).
Umidità in genere.
Distacco di intonaci.
Lettura della tessitura muraria (dipende se in Termografia attiva o passiva).
Ricerca ponti termici in edifici di classe elevata.
Ricerca dispersioni energetiche da infissi e fessurazioni (in applicazioni blower door).
I settori dove è meno importante:
Tutte le applicazioni dove si ha che fare con acqua calda.
Impianti elettrici.
Dispersioni energetiche di edifici di vecchia costruzione.
E’ ovvio che questa suddivisione è variabile in relazione alla capacità dell’operatore di usare la
termografia in modo “Attivo”.
Un buon operatore con uno strumento di modesta sensibilità, può ottenere ciò che un modesto
operatore non raggiungerà mai con uno strumento di sensibilità maggiore.
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Fov e Ifov
Campo visivo (field of view, FOV)
E’ espresso in gradi, e rappresenta l’area che la termocamera è
in grado di vedere in funzione della distanza.
Campo visivo istantaneo (instantaneous field of view, IFOV)
Un sensore è costituito da una matrice di tanti elementi, o pixel
che danno luogo all’immagine completa. Per esempio, un
sensore da 320X240 cellette ha in totale 76.800 pixels.
L’IFOV rappresenta in pratica la porzione di campo visivo che
corrisponde ad ogni singolo pixel (nell’esempio considerato,
1/76.800 del campo visivo totale).
Tali indicatori sono in relazione stretta alla caratteristica
dell’obbiettivo e alla dimensione della matrice.
E’ fondamentale che l’IFOV sia molto più piccolo dalla
superficie del soggetto proiettata sul sensore.
E’ quindi importante scegliere l’obbiettivo ed la risoluzione
adeguati al soggetto di ripresa.
Nella verifica energetica è abbastanza importante avere un Ifov
molto piccolo, visto che di solito le riprese sono a medio/lunga
distanza.
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Distance
to object
Field of
view in
meters, h x
v, with 20°
FOV
Field of
view in
meters, h x
v, with 24°
FOV
1m
0.35 x 0.26
0.42 x 0.32
2m
0.71 x 0.53
0.84 x 0.64
5m
1.76 x 1.32
2.1 x 1.6
10 m
3.52 x 2.63
4.2 x 3.15
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Intercambiabilità Ottiche
In generale la risoluzione delle termocamere è abbastanza modesta (decisamente se
comparata a quella delle fotocamere digitali).
In generale utile, ma in modo particolare sulle macchine che hanno risoluzioni sotto i
320x240, la possibilità di sostituzione delle ottiche permette ovviamente una maggiore libertà
operativa.
La possibilità di montare un’ottica stretta (tele) piuttosto che una aperta (grandangolo)
permette di ottenere la migliore distribuzione del soggetto sull’elemento sensibile.
Le termocamere sono corredate normalmente con obbiettivi per usi generali (media
apertura), in relazione al tipo di attività prevalente è utile acquistare 1 o 2 ottiche
supplementari.
In edilizia, soprattutto se si fanno rilievi su edifici di grandi dimensioni è consigliabile avere a
disposizione un’ottica stretta (o lunga) che permette di “avvicinare” porzioni di edificio posti
distanze superiori ai 6-8mt (es. costruzioni superiori a 3 piani).
Questa funzione non è sempre presente, dipende dalle marche e dal livello di prodotto.
Tipicamente è presente nei modelli di classe elevata.
Riteniamo che sia un utile e in alcuni casi indispensabile accessorio.
A volte è utile l’ottica “larga” quando vogliamo dobbiamo fare riprese panoramiche e non
abbiamo lo spazio prospettico necessario. (es. negli edifici in città)
Per ovviare a questa lacuna accorrono in soccorso anche software specializzati che
permettono di eseguire il collage di più termogrammi (in formato radiometrico).
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Range di temperatura
E’ una caratteristica fondamentale in applicazioni industriali, ma poco rilevante in Edilizia.
Tipicamente per applicazioni edili il range utile è -20+120°C
In applicazioni industriali si arriva tranquillamente ai 2000°C.
Il range esteso a temperature elevate ha un costo.
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Frequenza di quadro
E’ la frequenza di acquisizione dell’immagine termica nell’unità di tempo.
Tipicamente da 9 a 50 Hz ed oltre.
Non ha molta importanza per applicazioni edilia.
Analogamente alle riprese fotografiche, più è bassa è tale valore più si deve tenere fermo lo
strumento soprattutto in presenza di un obbiettivo “Tele”.
E’ importante una frequenza alta quando si desidera fissare soggetti in movimento.
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Funzioni di analisi termografica a
bordo
Le funzioni Firmware (utilizzabili direttamente sulla termocamera) più diffuse (ma non su
tutte le macchine) sono:
•Spot - puntatori che indicano la temperatura in quel determinato punto (anche più di 1).
•TMax– Inseguitore della temperatura massima dello scenario inquadrato.
•TMin – Inseguitore della temperatura minima dello scenario inquadrato.
•Isoterma – Evidenzia con un colore definito la zona con le caratteristiche isoterme impostate.
•Aree – Dispone sullo schermo dello strumento una figura geometrica (tipicamente
rettangolo) definendo le temperature media, massima e minima.
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Funzioni di analisi termografica Speciali
Edilizia
Le funzioni Firmware (utilizzabili direttamente sulla termocamera) per applicazioni edilizia (ed
in modo particolare dispersioni energetiche) sono:
•Punto di Rugiada
La funzione permette di distribuire sull’immagine visualizzata dal monitor una isoterma con
ampiezza definita, è necessario impostare temperatura e umidità ambiente.
Se la temperatura superficiale della parete inquadrata scende sotto la temperatura del punto
di rugiada (dew point), lo strumento emette un’allarme e visualizza la zona di possibile
formazione di condensa.
Tale attività può essere svolta egregiamente da un termoigrometro combinato con
termometro IR e funzione punto di rugiada.
•Basso isolamento termico.
La funzione permette di mettere in rapporto la temperatura interne ed esterna dell’edificio
con la temperatura superficiale delle pareti interne.
Uno scostamento eccessivo della temperatura superficiale rispetto alla temperatura ambiente
viene evidenziato con un’area isoterma sovrapposta all’immagine della parete inquadrata al
momento.
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Correzione emissività
Sembra impossibile, ma alcune termocamere (economiche, ma non molto) non hanno la
possibilità di impostare il fattore di Emissività.
Questo porta a limitare molto l’uso dello strumento nell’applicazione Building/Energy.
Da evitare assolutamente!
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Correzione temperatura riflessa
Non tutte le termocamere permettono di correggere adeguatamente l’incidenza della
temperatura riflessa. (ma fortunatamente la maggioranza)
Questo parametro che deve essere impostato dall’operatore e che va poi a modificare il
valore di temperatura misurata, influisce soprattutto quando si desidera dallo strumento
indicazioni di tipo quantitativo.
In generale le misure di temperatura superficiale, ma anche le funzioni derivate come
l’indicazione di isolamento termico o di punto di rugiada (per gli strumenti che hanno la
funzione).
Importante in tutti i settori.
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Correzione parametri ambientali.
I parametri ambientali tipicamente Temperatura,Umidità e distanza da soggetto sono
importanti quando si usa la termografia per misure di temperatura superficiale.
Alcuni modelli mancano di questa caratteristica che è importante in applicazione
Building/energetico soprattutto quando il soggetto è lontano e le condizioni microclimatiche
avverse (alto grado di umidità)
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