Kuidas infrapunatermomeeter ja termokaamera töötavad?

Lühidalt: infrapunatermomeeter mõõdab infrapunakiirguse energiat mingis lainepikkuste vahemikus (tüüpiliselt lainepikkustel u mikromeetrit). Teades, et kõigi kehade soojuskiirguse spekter on määratud vaid nende temperatuuriga ja et infrapunakiirguse energia on keha temperatuuri neljanda astmega võrdeline, saame kehade temperatuuri määrata infrapunatermomeetris neeldunud kiirgusenergiast põhjustatud soojenemist mõõtes. Põhimõtteliselt töötab infrapunatermomeeter justnagu 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 mitte temperatuuri vaid soojuskiirguse intensiivsust mingil lainepikkusel. Sellepärast ei tea selline termomeeter, kust see kiirgus pärineb; see ei näe ka nähtavat valgust ja selle värvuseid. Infrapunatermomeeter vaid võrdleb selleni jõudvat infrapunavalgust erinevatele temperatuuridele vastavate musta keha kiirguse spektritega.

Võimalikest eksitustest saame 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 ning seega ka termokaamerasse? Sest klaas, samuti kui vesi, ei lase infrapunakaamerates kasutatavat infrapunakiirgust läbi. Klaas ja vesi toimivad nagu selle lainepikkusega valgust mitte läbilaskvad valgusfiltrid.

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

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 nii ei ole, saame tulemuseks keskmistatud tulemuse.

Infrapunakiirgus peegeldub läikivatelt pindadelt, mistõttu peegli temperatuuri mõõtes võid mõõta kogemata hoopis iseenda temperatuuri.

Objekti ümbritsev keskkond võib infrapunakiirgust kas kiirata või neelata. Näiteks ei pääse termokaamerale nähtav infrapunakiirgus läbi klaasi. Samas ei ole välistatud, et atmosfäär seda kiirgab.
Infrapunatermomeeter mõõdab kehadelt temani jõudvat soojuskiirgust – keha temperatuur on selle järgi otseselt määratav. Kuid infrapunatermomeetrisse jõuavad ka lähedaste kehade peegeldused ning atmosfäärist lähtuv ja seal neelduv soojuskiirgus ning see võib tulemust mõjutada.Ülemised pildid on tehtud infrapunakaameraga, alumised tavalise mustvalge fotona. Kuup (Leslie kuup) on tervenisti ühesuguse temperatuuri juures (55 ºC). Mustaks värvitud pindade kiirgusvõime on suurem, st nad kiirgavad rohkem soojuskiirgust ning paistavad seetõttu infrapunakaameras soojemana. Läikivate alumiiniumpindade kiirgusvõime on aga halb, seetõttu paistavad nad termokaameras külmemana. Näha on käe peegeldused alumiiniumpindadel. Valge pinna kiirguvõime on tegelikult väiksem musta pinna kiirgusvõimest, aga sellel pildil ei ole see erinevus märgatav.