TERMOCAMERA

 

Considerazioni fondamentali

 

1 Introduzione
Nonostante oggigiorno si parli spesso di termografia all’infrarosso e che tale metodo di misura sia ormai parecchio diffuso in campo civile ed industriale, permangono alcuni dubbi e fraintendimenti su cosa siano e, soprattutto, su come funzionino gli strumenti che questa pratica rendono possibile: le termocamere a radiazione infrarossa.

2 Un po’ di storia
Prima di spiegare, seppure per sommi capi, cosa sono le termocamere, crediamo opportuno accennare, molto brevemente, alla storia dell’infrarosso.

Fu l'astronomo William Herschel a scoprire la radiazione infrarossa, nel lontano 1800.

Lo scienziato cercò di sapere quali, fra i colori della luce solare, fossero responsabili del surriscaldamento degli oggetti.

Usando un prisma, un po’ di cartone ed un termometro con bulbo tinto di vernice nera, egli condusse una serie di esperimenti per misurare le temperature dei diversi colori componenti la luce solare, osservando che la temperatura aumentava spostando il termometro dalla riga di luce viola a quella di luce rossa.

Così operando, Herschel giunse a scoprire che il surriscaldamento era causato da una radiazione non visibile e l'astronomo ne chiamò i raggi con il nome di "raggi calorifici", oggi appunto noti come raggi infrarossi.

3 Come funzionano le termocamere
Tornando ora alle termocamere, esse sono di fatto telecamere, che, però, non lavorano nel campo delle lunghezze d’onda percepite dall’occhio umano. Esse cioè, come dicono gli addetti, non operano nel visibile.

Le termocamere lavorano alle lunghezze d’onda dell’infrarosso, tipicamente comprese tra 8 e 13 mm, anche se esistono termocamere a radiazione infrarossa funzionanti ad altre lunghezze d’onda (3,5 mm, ad esempio).

Per capire quali sono le conseguenze di quanto scopra scritto, basti pensare che, alla lunghezza d’onda di 13 mm, un vetro non è trasparente ma opaco.

Le termocamere sono strumenti che rilevano l’energia della radiazione infrarossa (la quale è, come visto sopra, un’energia termica) per mezzo di un particolare elemento sensibile detto bolometro. La parola bolometro deriva dal greco e, letteralmente, significa misura del raggio (ovviamente inteso, qui, come radiazione).

In tutte le termocamere disponibili sul mercato è dunque installato questo elemento sensibile, oggi micronizzato.
Il segnale uscente dal bolometro è condizionato e poi opportunamente elaborato al fine di produrre immagini utilizzabili per i più diversi scopi, in campo industriale e civile.

E’ poi della massima importanza dire che le termocamere NON nascono concettualmente come strumenti per rilevare la temperatura, bensì solo ed esclusivamente per rilevare l’energia termica (associata alla componente infrarossa) presente su una superficie di un certo oggetto, senza entrare in contatto fisico con il medesimo. Esse quindi forniscono essenzialmente niente altro che un’immagine termica.

Se poi le termocamere odierne sono in grado di rilevare la temperatura esistente in uno o più punti di tale superficie, ciò si deve soltanto ad una loro caratteristica tecnica precipua ed ormai diffusa, conosciuta dagli addetti ai lavori con il nome di Radiometricità.

Le termocamere radiometriche sono strumenti che, tramite opportuni pacchetti software ad algoritmi proprietari, possono evidenziare i valori di temperatura (ovvero gli indici del livello termico al quale si trova una certa quantità di calore) in uno o più punti. Nel caso che la visualizzazione sia resa possibile in più punti, si dice che le termocamere hanno una radiometricità estesa a più pixel componenti l’immagine termica.

Si capisce quindi bene l’enorme differenza concettuale tra pirometri (altri strumenti ormai diffusissimi nell’industria manifatturiera) e le termocamere: i prime nascono per rilevare, a distanza, la temperatura di un oggetto in uno specifico punto (usualmente, detto spot); le seconde per dare all’utente una mappa dell’energia termica presente su una certa superficie ed, eventualmente, corredata da uno o più dati di temperatura, in caso si usino termocamere radiometriche, come già detto sopra.

4 Parametri che influenzano il rilevamento
Come abbiamo visto, le termocamere misurano e visualizzano l’energia termica associata alla radiazione infrarossa emessa dagli oggetti.
Tuttavia, la radiazione non è solo funzione della temperatura superficiale degli oggetti, ma anche di altri parametri importantissimi, quali Emissività, Temperatura Ambientale, Umidità Relativa Ambientale, Distanza dell’oggetto su cui si effettua il rilevamento.
Vedremo che questi parametri devono essere sempre considerati con molta attenzione, per usare le termocamere correttamente.

4.1 Emissività
E’ il parametro principale da impostare correttamente. Esso è un numero puro (cioè senza alcuna unità di misura) ed indica il rapporto tra la radiazione emessa dall'oggetto e quella che emetterebbe se fosse un perfetto Corpo Nero. Per Corpo Nero si intende un oggetto che restituisce tutta l’energia conferitagli.
Esso ha dunque Emissività pari ad 1.
Gli oggetti presentano Emissività sempre minori di 1, approssimativamente tra 0,1 e 0.95.
Si comprende subito quindi che il primo parametro da impostare sia proprio questo, il che è oggi possibile su quasi tutte le termocamere. 
L'Emissività di una superficie lucida come uno specchio è < 0,1 mentre una superficie ossidata o pitturata ha Emissività certamente molto maggiore.
Esistono pigmenti ad Emissività ufficialmente dichiarata e che servono appunto per effettuare misure su pezzi riscaldati ma con Emissività assai dubbia. I metalli non ossidati rappresentano un caso di opacità quasi perfetta e di elevata riflettività, che non varia significativamente con la lunghezza d'onda. Di conseguenza, l'Emissività dei metalli è piuttosto bassa ed aumenta unicamente con la temperatura.

4.2 Temperatura Ambiente
E’ un parametro utilizzato per compensare la radiazione che giunge all'oggetto dall’ambiente circostante. Se l'emissività è bassa, la distanza elevata e la temperatura dell'oggetto comparabile a quella dell'ambiente circostante, sarà importante effettuare una corretta regolazione e compensazione per la temperatura dell'ambiente circostante. Le termocamere odierne hanno, in genere, questa funzione.

4.3 Distanza ed umidità relativa
La Distanza della superficie da rilevare è un parametro utilizzato per correggere l'assorbimento della radiazione e la riduzione di trasmissività causata dalla distanza.
Inoltre, in alcune termocamere non in grado di compensare automaticamente l'influsso dell'umidità dell'aria sulla trasmissività, bisogna agire manualmente, impostando l'Umidità Relativa sul valore appropriato. Per distanze brevi ed umidità normali, l'umidità relativa può in genere essere regolata su un valore indicativo medio pari a 50% - 55%.

 

Termocamere