STT Studio ThermoTech

Calibrazione delle immagini termografiche

Ad ogni indagine termografica sono associati più parametri (come la temperatura ambientale, il massimo e il minimo della scala di temperature riportate e l'emissività del materiale indagato), registrati dalla termocamera al momento dell'acquisizione dell'immagine. Tramite una finestra di dialogo ciascuno di questi parametri può essere modificato manualmente.
Per confrontare i dati registrati dalla termocamera ed eseguire una loro eventuale correzione, viene condotta contemporaneamente al rilievo termografico una campagna di misurazione delle grandezze termoigrometriche ambientali (Temperatura ambiente e Umidità relativa) per mezzo di una sonda psicrometrica a ventilazione forzata (Norme ISO7726).
La temperatura registrata dalla sonda è stata inserita come T ambientale nella finestra di dialogo essendo la T ambiente registrata automaticamente dalla termocamera mediante il sensore di bordo generalmente soggetta ad errori sistematici non trascurabili. Questa operazione, come qualsiasi altro cambiamento dei parametri, comporta la "riscalatura" della temperatura del punto selezionato nonché del massimo e minimo dell'intervallo di temperatura.
L'inserimento del valore della T ambiente unitamente a quello dell'umidità relativa nella finestra di dialogo dedicata dal software al calcolo del valore del punto di rugiada permette invece di ottenerlo automaticamente.

La termocamera associa automaticamente ad ogni materiale e=1, cioè il coefficiente di emissività del corpo ideale detto "corpo nero". I corpi reali hanno invece un coefficiente di emissività compreso tra 0 e 1. Ricordiamo che l'emissività di un corpo è il rapporto, fissata la temperatura assoluta, tra l'energia irraggiata da un corpo e l'energia che quel corpo irraggerebbe se fosse un corpo nero. In particolare i materiali utilizzati nell'edilizia, come riportato in letteratura, sono caratterizzati da un'emissività compresa tra 0.8 e 0.94.
Si sottolinea che e non è una quantità costante, ma può variare dipendendo da molteplici fattori quali ad esempio il materiale, il grado di finitura superficiale, la temperatura.
La scelta di e dell'oggetto inquadrato viene effettuata seguendo la procedura denominata "Contact Thermometer Method" al paragrafo 8 della normativa E 1933-97_Standard Test Methods for Measuring and Compensating for Emissivity Using IR Imaging. Si è quindi reso necessario l'impiego di sonde di temperature a contatto opportunamente posizionate.
Selezionando, in una termografia in cui compare la sonda, il punto corrispondente o immediatamente adiacente alla posizione della sonda stessa, si ha la possibilità di confrontare direttamente due valori di temperatura corrispondenti al solito punto ma ricavati con due strumentazioni differenti. A questo punto il valore di e viene modificato manualmente per far concordare il più possibile le temperature rilevate dalla sonda con quelle riportate dalla termocamera. I valori di emissività trovati sperimentalmente concordano con quelli riportati in letteratura e possono essere utilizzati per la calibrazione delle altre termografie.

Misure termoigrometriche
Congiuntamente al rilievo termografico vengono effettuate le misure termoigrometriche di: temperatura ambientale interna, umidità relativa dell'aria ambientale e temperatura del punto di rugiada con psicrometro posizionato al centro della stanza; temperatura superficiale interna della parete perimetrale esposta a Nord-Est con tre sonde termometriche a contatto (S3, S4, S5) collocate in tre punti significativi; temperatura superficiale di una parete divisoria interna all'abitazione con sonda termometrica a contatto (S6). I valori sono stati rilevati ad intervalli di 10 sec ma per sinteticità vengono riportati in tabella i valori relativi ad intervalli temporali di un minuto. I valori medi delle grandezze sono ovviamente ottenuti mediando i valori rilevati ogni 10 sec.
Dai valori riportati in tabella si vede che i valori di temperatura superficiale minori sono quelli rilevati dalla sonda termometrica S3 collocata in corrispondenza della zona maggiormente interessata dai fenomeni di condensa superficiale (angolo esposto ad Est). I valori della temperatura superficiale si attestano su valori relativamente bassi anche in corrispondenza della sonda termometrica S4 collocata in una zona dove i fenomeni di condensa sembrano essere meno significativi ma pur sempre in corrispondenza di elementi strutturali in cemento armato come evidenziato dalla preliminare indagine termografica. I valori della temperatura superficiale aumentano sia se ci si sposta in zone tamponate con elementi in laterizio (sonda termometrica S5) che in corrispondenza della parete interna assunta come riferimento delle condizioni di regime.
Si precisa che i valori sono riferiti ad un intervallo temporale di 15 minuti sufficiente per avere informazioni di massima ma non per capire la reale gestione dell'immobile. Per esempio la diffusa abitudine di spegnere il riscaldamento nelle ore notturne può far sì che la temperatura sulla superficie interna della parete scenda al di sotto della temperatura di rugiada che, in concomitanza della maggiore produzione di vapore acqueo da parte degli occupanti, porta alla formazione di condensa superficiale.
Come si può notare esiste corrispondenza tra i dati ricavati dall'analisi del termogramma e quelli rilevati dalle sonde termoigrometriche.

Strumentazione termografica

I rilievi termografici vengono effettuati utilizzando termocamera long wave totalmente radiometrica AVIO TVS 500 EX con sensore FPA microbolometrico non raffreddato che opera a temperatura ambiente nella seconda finestra atmosferica dell'infrarosso (8-14 micron) per ridurre le riflessioni solari e migliorare la trasparenza atmosferica permettendo di rilevare in modo ottimale l'energia emessa dai corpi a temperatura ambiente.
La termocamera TVS 500EX è in grado di rilevare, a distanza, la radiazione elettromagnetica emessa per irraggiamento dall'oggetto inquadrato, convertirla in un segnale elettrico che viene poi digitalizzato per costituire una mappa termica matriciale a falsi colori nella quale ogni punto del termogramma è rappresentativo della temperatura superficiale dell'oggetto inquadrato.
Il sensore con risoluzione di 320x240 pixel permette di ottenere immagini termografiche ad alta risoluzione anche per oggetti di piccole dimensioni ripresi a distanza.
Le elevate prestazioni della termocamera TVS 500EX (risoluzione termica ? 0,05°C a 60Hz; risoluzione spaziale di 1,68 mrad) sono evidenziate dall'ottima definizione termica e geometrica che permettono di riprodurre fedelmente la geometria dell'oggetto inquadrato ed apprezzare anche minime differenze di temperatura tra le varie zone dell'oggetto inquadrato.
L'ottica dell'apparecchiatura è costituita da un obiettivo 22 mm caratterizzato da un valore del campo visivo- FOV- di 19,4°(H) x 14,6°(V). Mentre il campo visibile istantaneo -IFOV- vale 1,07 mrad. Ciò comporta che la più piccola area puntiforme (spot minimo) di cui il sistema è in grado di misurare la temperatura ad una data distanza, espressa in metri, è pari a
diametro della più piccola area puntiforme = IFOV x distanza (m)
Se, per esempio, abbiamo un oggetto posizionato a 2 m di distanza, il diametro della più piccola area puntiforme è di 2,14 mm (1,07 mrad x 2 m = 2,14 mm). Un tale obiettivo può quindi misurare ad una distanza di 1m la temperatura di un quadrato di lato 1,07 mm, mentre ad una distanza di 10 m la temperatura misurata sarà quella di un quadrato di lato 10,7 mm e così via.
Attraverso un sistema computerizzato, i dati raccolti sono elaborati e visualizzati su video. Le immagini possono essere analizzate ed elaborate direttamente dalla telecamera oppure su PC mediante opportuni pacchetti software: Thermography Suite Professional GRAYESS IRT Analyzer e iParallax GRAYESS IRT Stitch.
Nell'immagine termografica a differenti temperature corrispondono differenti colori se la rappresentazione è in falsi colori, tonalità di grigio se la rappresentazione è monocromatica. La scelta tra le due tipologie è finalizzata a ciò che si vuole evidenziare. Il software, oltre a permettere di usare differenti scale di temperatura-colore, consente anche di effettuare cambi di scala, di determinare il valore della temperatura pixel per pixel, di effettuare sottrazioni di immagini, nonché di applicare all'immagine le correzioni necessarie per ovviare a eventuali errori sistematici dovuti alla telecamera.