저렴한 재료를 이용해 목표물의 복사율 개선

산화되지 않은 깨끗한 금속 표면의 복사율은 매우 낮습니다. 너무 낮아서 열화상 카메라로 측정이 어려울 정도입니다. 여러 산업 R&D 분야를 포함해 특히 전기 분야에는 다양한 저 복사율 목표물들이 있습니다. 정확한 측정 결과를 얻기 위해서는 이러한 목표물의 복사율을 높여야 합니다.

열화상 카메라는 전자기 스펙트럼의 적외선 부분에서 복사 강도를 기록하며 이를 실화상 이미지로 변환합니다. 물체에서 나오는 적외선 에너지는 적외선 탐지기의 광학 기기로 초점을 맞춥니다. 감지기는 이미지 처리를 위해 이 정보를 센서 전자장치로 전송합니다. 전자장치는 감지기에서 나오는 데이터를 뷰파인더나 표준 비디오 모니터 또는 LCD 화면에서 확인할 수 있는 이미지로 변환합니다. 적외선 온열 측정은 적외선 이미지를 라디오메트릭(radiometric) 이미지로 변환하는 기술로 이미지에서 온도값을 읽을 수 있습니다. 따라서 라디오메트릭(radiometric) 이미지의 모든 픽셀은 사실상 온도 측정입니다.

열화상 이미지를 정확하게 해석하기 위해 재료와 환경이 열화상 카메라의 온도 검침 결과에 어떤 영향을 미치는가를 알아야 합니다. 복사율은 완벽한 복사체(또는 복사율 값이 1인 흑체)와 비교해 물체가 적외선 복사를 방출하는 효율입니다. 실제 측정하고자 하는 목표물은 1 미만의 복사율 값을 가지며 완벽한 복사체가 아닙니다. 이 목표물에서 측정된 온도는 복사, 전송 및 반사된 복사에너지의 조합으로 인한 결과입니다. 열화상 카메라에서 적절한 복사율 값을 설정해야 합니다. 그렇지 않으면 온도 측정이 부정확할 수 있습니다. FLIR 시스템 열화상 카메라에는 많은 재료에 대한 복사율 설정이 사전에 정의되어 있으며 나머지는 복사율 표에서 확인할 수 있습니다.

완벽한 흑체의 복사율은 1입니다. 즉, 목표물의 복사에너지가 목표물 표면에서 100% 방출됩니다.

실제 해당 목표물은 완벽한 흑체가 아닙니다. 목표물에서 측정된 온도는 복사, 전송 및 반사된 복사 에너지의 조합으로 인한 결과입니다.

목표물의 복사율, 반사성 열 전도성 값은 재료 속성에 전적으로 의존합니다. 대부분의 비금속은 0.9에 가까운 복사율 값을 갖으며 이는 측정된 복사 에너지의 90%가 목표물에서 방출된 복사에너지에서 나온다는 의미입니다. 표면에 광택이 있는 대부분의 금속은 0.05~0.1에 가까운 복사율 값을 갖습니다. 변색되거나 산화되거나 부식된 금속은 산화 또는 부식 정도에 따라 0.3 ~ 0.9의 복사율 값을 갖습니다. 0.7 미만의 복사율을 갖는 재료는 측정이 어려우며 0.2 미만의 복사율을 갖는 재료는 어떠한 방식으로 복사율 값을 높게 하지 않는 한, 측정은 거의 불가능합니다. 다행히도 목표물에서 저복사율을 보정할 수 있는 비용 효과적인 방법이 있습니다. 이 방법은 목표물의 반사도를 줄이기 때문에 측정 정확도를 높일 수 있습니다.

열화상을 보면 나뭇잎이 진흙 표면보다 더 차갑다고 생각할 수도 있습니다. 실제로 온도는 동일합니다. 적외선 복사 강도 차이는 복사율 차이 때문입니다.

전기 테이프

대부분의 고품질 전기 테이프의 복사율은 0.95입니다. 특히 중파장 카메라(3-5 μm)의 경우 테이프가 불투명임을 주의해야 합니다. 일부 비닐 테이프는 일부 적외선을 투과 시킬 만큼 얇기 때문에 고복사율 코팅으로 사용하는 데 허용되지 않습니다. Scotch™ 브랜드 88 블랙 비닐 전기 테이프는 단파장(3-5 μm)과 장파장(8-12 μm) 영역에서 0.96의 복사율을 가지기 때문에 권장하는 제품입니다.

광택이 있는 금속 캡이 있는 대형 ASIC의 온도: 코팅이 없는 경우 ASIC는 거의 실내 온도에 가깝습니다. 고복사율 Kapton 테이프 한 겹을 사용한 경우 실제 43.9°C 온도가 보고되었습니다.

이 예시는 테이프가 있는 2개의 캔을 보여줍니다. 왼쪽 캔에는 뜨거운 물이 담겨 있고, 오른쪽 캔은 주변 온도와 동일한 상태입니다. 뜨거운 캔의 테이프에서 방출되는 온도는 72.8 °C이며 캔에서 방출되는 온도는 23.5 °C입니다. 캔의 복사율이 상당이 낮기 때문에 후자 검침 결과는 주변 온도입니다. 이는 저복사율 목표물에 고복사율 제품을 사용해야 하는 필요성을 보여주는 고전적인 예시입니다.

도장 및 코팅

대부분의 도장은 0.9~0.95의 복사율을 갖습니다. 금속 성분 도장의 복사율은 낮기 때문에 권장하지 않습니다. 도장 색은 적외선 복사율에서 중요한 변수는 아닙니다. 도장의 평탄도가 색상보다 더 중요합니다. 평평한 도장이 광택이 있는 도장보다 선호됩니다. 코팅은 불투명할 정도로 충분히 두꺼워야 합니다. 2번의 코팅이면 일반적으로 충분합니다. 테이프는 작은 영역에 적합합니다. 도장은 넓은 영역에 적합하지만 영구 코팅에 해당합니다. 넓은 영역을 코팅하고 나중에 제거해야 하거나 테이프가 부적절한 경우 슬러리나 스프레이 형태로 부유된 분말이 효과적입니다. 건식 침투 현상제와 Dr. Scholl’s™ 스프레이 풋 파우더 등이 있습니다. 이 분말의 복사율은 0.9 ~ 0.95이며 불투명할 정도로 충분한 두께로 적용됩니다.

왼쪽: 복사율 증가 도장이 없는 PCB 오른쪽: 복사율 증가 도장이 있는 PCB 도장 사용의 단점은 디테일이 감소된다는 점입니다.

수정액

수정액은 표면 복사율을 올릴 수 있는 좋은 방법 중 하나입니다. 이 방법은 작은 표면에는 잘 붙지 않는 테이프와는 달리 가장 작은 전기 구성품에 적용될 수 있습니다. 수정액은 작은 브러스와 알코올을 이용해 제거할 수 있습니다. 수정액의 복사율은 LW 카메라에서 약 0.95 - 96입니다.

추가 권고사항

이 목표물 중 대부분은 전기 에너지를 사용하기 때문에 항상 주의해야 합니다. 적절한 작동을 보장하기 위해 목표물 코팅은 반드시 전원을 차단한 상태에서 승인된 코팅만을 사용해야 합니다. 코팅을 충분한 크기의 면적에 적용해야 합니다. 측정을 위한 카메라의 스팟 크기 비율과 안전하게 사용할 수 있는 최소 작동 거리를 확인해야 합니다. 예를 들어, 250:1 스팟 크기 비율을 가진 카메라는 최대 635cm에서 2.54cm 목표물이나 최대 250 cm에서 1 cm 목표물을 측정할 수 있습니다. 높은 온도의 제품인 경우 엔진이나 석탄 그릴 도장과 같은 고온 도장을 사용해야 합니다. 테이프와 분말은 적용 대상의 온도 범위로 제한됩니다. 전기 시스템에서 테이프가 녹는 경우 문제가 심각할 수 있습니다. 따라서 이 적용 대상에는 고온 재료를 사용해서는 안 됩니다.

PCB 보드에서 복사율 값 제어

고장 탐지 절차 동안 밀도가 높은 인쇄회로기판(PCB)에 있는 구성품의 온도를 측정하는 것은 매우 유용하며 비용 효과적인 기술이지만 다른 구성품의 다른 e-값으로 인해 까다로울 수 있습니다. 일반적으로 PCB는 구성품에 자체 표면 마감을 하는 다양한 제조업체들이 생산한 다양한 금속 및 플라스틱 구성품으로 밀집되어 있습니다. 보드를 널리 알려져 있는 인증 받은 코팅으로 처리하는 경우 일반적으로 문제점은 간단합니다. 코팅 후 구성품 표면은 동일한 e-값을 가지므로 온열 측정도을 이용해 상대 온도를 판단할 수 있습니다.

복사율 값을 제어하기 위해 PCB 보드를 코팅처리할 수 있습니다.

복사율 결정

측정 복사로부터 실질적인 온도 평가를 위해 복사율 값을 알고 있어야 합니다. 그러나 복사율 표 값은 주의해서 사용해야 합니다. 종종 어떤 파장대에서 복사율 값이 유효한지에 대해 명확하지 않는 경우가 있습니다. 복사율은 파장에 따라 변경됩니다. 또한 표면 조건, 질감, 모양은 재료의 복사율에서 중요한 역할을 합니다. 다음은 측정 정확도에 복사율 불확실성이 미치는 효과를 이해하기 위한 방법입니다. 목표물 복사율에서 불확실성을 ±0.05로 가정합니다. 0.95 복사율인 경우 이는 약 5% 오류를 의미합니다(0.05/0.95). 광택이 있는 구리와 같은 재료의 복사율은 0.05이며 100% 오류를 나타냅니다(0.05/0.05). 이 오류는 온도 계산까지 영향을 미쳐 온도 검침에서의 오류를 증가시킵니다. 이러한 이유로 약 0.5 미만의 목표물 복사율을 위한 온도 측정 시도는 권장되지 않습니다. 목표물을 고복사율 재료로 코팅합니다.

고복사율 코팅 재료