Kuidas töötab infrapunatermomeeter ja termokaamera?

Lühidalt, infrapunatermomeeter mõõdab infrapunakiirguse energiat mingis lainepikkuste vahemikus (tüüpiliselt lainepikkustel u 5-11 mikromeetrit). Teades, et kõigi kehade soojuskiirguse spekter on määratud vaid nende temperatuuriga ja et infrapunakiirguse energia on võrdeline keha temperatuuri neljanda astmega, on võimalik kehade temperatuuri määrata lihtsalt infrapunatermomeetris neeldunud kiirgusenergiast põhjustatud soojenemist mõõtes. Põhimõtteliselt töötab infrapunatermomeeter nagu kalorimeeter.

Musta keha kiirguse spekter erinevatel temperatuuridel.
Kõige lihtsama infrapunatermomeetri skeem. Sensorile satub valgus koonusekujulisest ruumi piirkonnast. Objekt, mille temperatuuri mõõdakse, peab katma kogu selle piirkonna.

Infrapunatermomeeter ei mõõda otse temperatuuri, vaid soojuskiirguse intensiivsust mingil lainepikkusel. Sellepärast ei tea selline termomeeter, kust see kiirgus tuleb, ta ei näe ka nähtavat valgust ja selle värvuseid. Ta vaid võrdleb temani jõudvat infrapunavalgust erinevatele temperatuuridele vastavate musta keha kiirguse spektritega.

Võimalikest eksitustest saab aimu, kui kasutame samal põhimõttel töötavat kallimat seadet – infrapunakaamerat (termokaamerat) ja vaatame talvisel päeval läbi akna õue. Alljärgnev pildipaar on tehtud ühes suunas üheaegselt. Termokaamera pildil näeme põhiliselt toa ja fotograafi peegeldust aknaklaasil.

Talvisel päeval vaade aknast õue läbi infrapunakaamera (termokaamera) ja tavalise kaamera. Mõlemad fotod on tehtud samal hetkel ja samas suunas.

Miks ei pääse õuest tulev infravalgus tuppa, seega ka termokaamerasse? Sest klaas, samuti vesi ei lase infrapunakaamerates kasutatavat infrapunakiirgust läbi. Nad toimivad nagu selle lainepikkusega valgust mitte läbilaskvad valgusfiltrid.

Infrapunatermomeeter (nagu ka infrapunakaamera) on suurepärane tööriist kvalitatiivsete mõõtmiste tegemiseks (soojem-külmem), aga selle antud mõõtetulemus ei pruugi väga täpne olla. Teatud juhtudel näitab see väga valesti.

Termokaamera vee alla ei näe, sest vesi neelab termokaamera poolt mõõdetava infrapunavalguse.

Infrapunatermomeetriga temperatuuri mõõtes tuleb silmas pidada järgmist.

Mingi temperatuuriga keha soojuskiirguse spekter on musta keha kiirguse spekter vaid siis, kui selle pind on matt ja must. Seevastu metalselt läikivad kehad saavad kiirata vaid osa sellest kiirgusest ning järelikult hindab infrapunatermomeeter nende temperatuuri tegelikust oluliselt madalamaks. Seda kehade füüsikalist omadust nimetatakse kiirgusvõimeks. Kui tahate mingi keha temperatuuri infrapunatermomeetriga mõõta, siis värvige mõõdetav koht esmalt mustaks!

Kuldsõrmuse temperatuur on samasugune, nagu sõrme oma. Ometi mõõdab termokaamera selle temperatuuri palju madalamaks. See on sellepärast, et sõrmuse pind on poleeritud ja selle kiirgusvõime on väike.

Mõõdetav objekt peab katma kogu infrapunatermomeetri vaatevälja. Kui see ei ole nii, siis saame tulemuseks mõnesuguse keskmistatud tulemuse.

Infrapunakiirgus peegeldub läikivatelt pindadelt, nii et peegli temperatuuri mõõtes võid mõõta hoopis iseenda temperatuuri.

Objekti ümbritsev keskkond võib infrapunakiirgust kas kiirata või neelata. Näiteks klaasist termokaamerale nähtav infrapunakiirgust läbi ei pääse. Samas ei ole välistatud, et atmosfäär seda kiirgab.