방사율이 열화상에 미치는 영향은?
우선, 방사율이란 무엇일까요? 방사율이란, 물체의 열방출, 즉 물체의 표면이 해당 물체의 "진정한" 온도를 얼마나 정확히 나타내는지 가늠하는 척도라고 볼 수 있습니다. 아울러, 방사율 값의 범위는 0(모든 에너지를 반사하는 완벽한 거울과 같은 상태)과 1(모든 에너지를 완벽하게 흡수하고 방출하는 흑체 같은 상태) 사이의 값으로 표시됩니다. 단, 0과 1의 방사율 값은 이론적으로만 존재하는 값이기 때문에, 실제 물리적으로 존재하는 모든 물체의 방사율은 0.01에서 0.99까지입니다.
구리, 알루미늄 등 고광택 금속 표면은 일반적으로 방사율이 0.10 미만인 반면, 거칠거나 산화된 금속 표면의 방사율은 훨씬 더 높은 편입니다(표면 상태와 산화 반응 정도에 따라 0.6 이상). 대부분의 무광 페인트는 방사율이 약 0.90, 사람의 피부와 물은 방사율이 약 0.98입니다.
여기 보이는 각 블록의 경우, 온도는 같지만 화면에는 모두 다르게 나타납니다. 왜 그럴까요?
방사율이 낮은 고광택 금속 물체를 측정하면, 해당 표면은 거울과 같은 역할을 하게 됩니다. 즉, 카메라는 금속 자체의 온도가 아닌, 표면에 반사되어 돌아오는 열을 감지하게 된다는 뜻입니다. 반사 온도(배경 온도 또는 T-반사 값)는 다른 물체에서 방사된 파장을 측정 대상으로 선정한 목표물이 반사한 것을 측정한 온도입니다.
반사 온도는 열화상 카메라가 측정하는 온도에 영향을 줄 수 있습니다.
특히, 가까이 있는 열원(작업자 본인의 신체 등)에서 방사된 열이 측정하고자 하는 표면에 반사되어 돌아올 경우, 카메라는 이 반사 온도를 측정하여 실제 온도보다 훨씬 높은 측정 값을 제시할 수도 있습니다.
이 금속 전등 스위치는 과연 벽의 다른 부분에 비해 실제로 온도가 높은 것일까요? 아니면, 다른 열원의 열을 반사하고 있는 것일까요?
반대로, 측정하고자 하는 물체가 인접한 물체와 온도가 같지만 카메라 상으로는 훨씬 더 차갑게 보일 때도 있습니다.
반지의 경우, 손가락의 피부와 온도가 거의 동일하지만. 카메라에서는 상대적으로 차갑게 나타납니다.
방사율이 높은 물체는 반사 온도의 영향을 덜 받는 편입니다. 그러나 방사율이 낮은 물체는 반사 온도의 영향을 많이 받을 수 있으므로, 분석 시에는 그 영향을 충분히 이해하고 결과를 판단해야 합니다. 방사율이 감소하면, 카메라는 측정 대상이 아닌, 주변 물체의 표면에서 방사되는 열을 더 많이 감지하게 됩니다.
측정하려는 물체의 방사율이 높을 경우, 카메라 설정에서 방사율과 반사 온도를 조정하면 최적의 결과를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 사람의 체온을 측정하려면 방사율을 0.98(인체 피부의 방사율)로 설정하고 반사 온도를 환경 온도(실내에서는 약 20°C)로 설정하면, 카메라가 설정된 조건에 맞게 측정 값을 보정해 주기 때문에 방사율과 반사 온도 설정은 상당히 중요하다고 볼 수 있습니다.
다른 유형의 표면을 측정해야 하거나, 검사 작업을 수행하는데 정확한 온도 측정 값이 필요하다면, 써모그래피 교육/훈련을 통해 올바른 방사율 보정 방법을 배워보는 것도 상당히 유용할 수 있습니다. 방사율은 다양한 요인에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에 측정이 까다로운 표면을 측정하기 전에 관련 인증을 받아 두는 것이 좋습니다.
일반적으로 측정하려는 목표 대상의 방사율이 0.5 미만인 경우, 정확한 온도 측정이 불가능할 수 있으므로, 이러한 물체를 측정하고자 할 때에는 방사율을 높이는 방법을 찾아야 할 수도 있습니다. 방사율은 온도를 측정할 때, 반드시 파악하고 있어야 할 핵심 요소 가운데 까다로운 요소 중 하나이지만, 훈련을 받으면 충분히 이해가 가능하고, 올바른 기법을 활용하면 적절한 보상까지 할 수 있습니다.
반짝이는 금속과 같이 방사율이 낮은 표면의 온도도 절연 테이프 등을 높은 방사율의 물체를 활용하면 효과적으로 측정이 가능합니다.
FLIR는 현재 적외선 교육 센터를 통해 열화상 수업 관련을 전 세계적으로 제공하고 있습니다. 1등급 열화상 전문가 인증 과정은 전류가 흐르고 있거나 접근하기가 어려운 부품 등을 포함하여, 다양한 구성 요소를 대상으로 방사율과 반사 온도를 올바르게 조정하는 방법을 가르쳐 줍니다. 인증 수업, 향후 교육 날짜 및 장소 등에 대한 내용은 적외선 교육 센터를 통해 문의해주시기 바랍니다.
