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기획특집 <특집: 최근의 적외선 서모그래피와 그 응용> 적외선 계측 기술과 열화상 장치에 대한 적용

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작성자 댓글 0건 조회 787회 작성일 21-08-04 13:39

본문

그림 1. 기기 구조 


서론

최근 온도 관리 기기로 적외선 계측 장치(서모그래피 카메라)가 보급되어 다양한 현장에서 사용되고 있다. 온도 정보를 이미지로 인식할 수 있기 때문에 측정 원리를 모르더라도 쉽게 사용할 수 있다. 일반적으로는 설비 보수 등에서 온도 분포를 확인하여 이상하다고 생각되는 발열 부분의 진단에 사용되는 경우가 많다. 온라인에서의 품질 관리 용도로 사용할 때도 마찬가지로 대상 온도 정보를 파악하여 관리하고 있다. 이들 계측은 적외선 에너지의 강도를 통해 온도를 구하는 비접촉식 온도 측정이며, 원리적으로는 스팟 타입의 방사 온도계와 동일하다. 이 때문에 1~2항의 비접촉 온도 측정 모델을 이해하면 열화상 계측 장치의 적용 폭을 넓힐 수 있다.

여기에서는 비접촉 온도 측정에 관하여 설명하고 이를 이용한 사용 사례를 소개하도록 한다.

 

비접촉 온도 측정의 원리

(1) 기기 구조

온도를 측정하는 경우에는 대상으로부터의 열에너지를 계측기에서 수치화하여 나타냄으로써 온도를 구한다. 방사 온도계나 열화상 계측 장치는 측정 대상으로부터 방사되는 적외선 에너지(열방사) 강도를 통해 온도를 구하며, <그림 1>과 같이 대상으로부터의 적외선 에너지를 렌즈로 집광하여 적외선 검출 소자에서 전기 신호로 변환하고 이 신호를 통해 온도를 연산한다.


방사 온도계와 열화상 계측 장치는 적외선 검출 소자의 구조에 따라 측정 방식에 차이가 있다. 방사 온도계의 검출 소자는 적외선 에너지를 수광하는 부분이 한 곳이기 때문에 스팟()에서의 측정이 되며, 열화상 계측 장치는 가로 세로로 여러 개의 검출 소자가 배열되어 있기 때문에 에리어()에서 온도를 측정하게 된다. 측정에서는 어디까지나 대상으로부터의 적외선 에너지를 수동적으로 파악할 뿐이며, 측정 대상이나 환경 조건을 고려할 필요가 있다.


(2) 측정 모델

비접촉 온도 측정의 경우에는 온도를 측정할 때 방사율 ε, 반사율 ρ, 투과율 τ의 세 가지 요소를 고려할 필요가 있다. 이들은 키르히호프의 법칙에 의해 다음의 관계가 성립된다.

 


ε+ρ+τ=1 ...(1)

 


이러한 요소를 고려한 경우 비접촉 온도 측정에서의 측정 모델은 <그림 2>와 같다.

반사에 의한 주위 열원으로부터의 영향이나 투과에 의한 배경으로부터의 영향을 받을 수 있지만, 열 이미지 계측 장치의 경우에는 이미지로 확인할 수 있기 때문에 찾아내기가 쉽다. 반사율이나 투과율에 의한 영향은 측정 대상의 온도를 정확하게 파악할 수 없는 경우에는 외란 요소가 되지만 열 이미지 계측 장치를 이용하여 상대적인 판단을 하기 위해서는 효과적인 경우도 있다. 적외선을 이용한 계측에 대한 세 가지 요소에 관한 적용 사례를 소개하도록 한다.


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그림 2.
 


..(후략) 


澤田 浩一 / 지노

 

  본 기사는 2021년 8월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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