Gli elementi di caratterizzazione dello strumento. (in funzione delle applicazioni Edilizia/Verifica dispersioni energetiche)

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1 Gli elementi di caratterizzazione dello strumento. (in funzione delle applicazioni Edilizia/Verifica dispersioni energetiche) Appunti di TERMOGRAFIA CARLESI STRUMENTI - Firenze 1

2 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. CARLESI STRUMENTI - Firenze 2

3 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 120x x x x x x x x x420 Microbolometri in matrice Schema Matrice CARLESI STRUMENTI - Firenze 3

4 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. 160x120 px 320x240 px CARLESI STRUMENTI - Firenze 4

5 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 Sono evidenti diffuse zone di distacco dell'intonaco. CARLESI STRUMENTI - Firenze 5

6 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. CARLESI STRUMENTI - Firenze 6

7 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 fieldof 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 pixels. L IFOV rappresenta in pratica la porzione di campo visivo che corrisponde ad ogni singolo pixel (nell esempio considerato, 1/ 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. 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 1 m 0.35 x x m 0.71 x x m 1.76 x x m 3.52 x x 3.15 CARLESI STRUMENTI - Firenze 7

8 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). CARLESI STRUMENTI - Firenze 8

9 Range di temperatura E una caratteristica fondamentale in applicazioni industriali, ma poco rilevante in Edilizia. Tipicamente per applicazioni edili il range utile è C In applicazioni industriali si arriva tranquillamente ai 2000 C. Il range esteso a temperature elevate ha un costo. CARLESI STRUMENTI - Firenze 9

10 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. CARLESI STRUMENTI - Firenze 10

11 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. CARLESI STRUMENTI - Firenze 11

12 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. CARLESI STRUMENTI - Firenze 12

13 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! CARLESI STRUMENTI - Firenze 13

14 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. CARLESI STRUMENTI - Firenze 14

15 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) CARLESI STRUMENTI - Firenze 15