열화상 온도가 틀리는 이유: 방사율과 반사온도
열화상 카메라는 온도가 아니라 적외선을 재고, 여기에 방사율과 반사온도 설정을 적용해 온도를 계산합니다. 방사율은 물체가 같은 온도의 이상적인 흑체에 비해 적외선을 얼마나 내보내는지를 0에서 1 사이로 나타낸 값입니다. 두 설정 중 하나만 틀려도 화면 온도는 틀리고, 같은 설비를 찍어도 어떻게 설정했느냐에 따라 읽는 값이 달라집니다.
원리
카메라가 받는 적외선은 두 갈래
카메라에 들어오는 적외선 가운데 하나는 물체가 스스로 내는 방출이고, 다른 하나는 주변에서 날아와 표면에서 튕겨 나온 반사 에너지입니다. 카메라는 이 둘이 합쳐진 값을 받습니다. 그래서 반사 몫을 따로 빼 주는 설정이 있어야 물체 자체의 온도를 계산할 수 있습니다.
빛이 통과하지 않는 불투명한 표면이라면 반사율은 1 − 방사율입니다. 방사율이 0.9면 반사는 0.1이지만, 0.3이면 반사가 0.7이나 됩니다. 방사율이 낮을수록 화면 값이 주변 물체의 반사에 끌려간다는 뜻입니다. 맨 금속을 찍을 때는 표면이 아니라 주변을 보고 있을 가능성부터 의심하세요.
재질
반짝이는 금속은 왜 까다로울까요?
실제 온도와 화면 온도가 가장 크게 어긋나는 대상은 방사율 0.6 미만인 도장하지 않은 금속과 반짝이는 표면입니다.
| 구분 | 방사율 | 예 |
|---|---|---|
| 고방사율 | 0.9 초과 | 도장한 금속, 나무, 물, 피부, 천, 테프론 |
| 저방사율 | 0.6 미만 | 도장하지 않은 금속, 반짝이는 표면 |
프라이팬 하나만 찍어 봐도 차이가 드러납니다. 테프론 코팅된 안쪽과 반짝이는 바깥쪽은 실제 온도가 같아도 화면 온도가 크게 다르게 나옵니다. 방사율이 다르기 때문입니다. 그래서 반짝이는 면은 방사율이 높은 표식을 붙이거나 칠한 다음, 그 부분을 읽는 식으로 보정합니다.
전기 설비로 옮겨 보면 도체 절연 피복이나 모터 하우징은 고방사율 쪽입니다. 반면 맨 부스바, 볼트 머리, 도금 단자는 저방사율이라 그대로 읽으면 오차가 큽니다. 점검 전에 부품마다 재질을 나눠 두면, 현장에서 어느 값을 믿어야 할지 바로 판단할 수 있습니다.
반사온도
반사온도, 표면이 거울이라면 비칠 온도
반사온도는 측정 표면이 거울이라고 생각했을 때 거기에 비쳐 보일 대상의 온도입니다. 이 값을 카메라의 배경(반사) 온도 설정에 넣어 줘야 반사 몫을 빼고 계산합니다.
햇빛을 받는 옥외 설비나 뜨거운 장비 옆에 놓인 금속 외함처럼 주변에 강한 열원이 있으면 반사온도의 영향이 커집니다. 실내 상온이라도 저방사율 표면이라면 반사온도를 따로 확인해야 합니다. 확인 방법은 두 가지이고, 둘 다 비친 대상의 겉보기 온도를 실제로 읽어 설정에 넣습니다.
| 방법 | 요지 | 근거 |
|---|---|---|
| 반사체법 | 반사가 잘 되는 기준 반사체를 측정면 근처에 두고, 그 겉보기 온도를 반사온도로 사용합니다 | ASTM E1862 |
| 직접법 | 측정면에 비치는 주변 대상의 겉보기 온도를 직접 측정해 사용합니다 | ASTM E1862 |
두 방법 모두 ASTM E1862에 근거합니다. 반사온도는 측정 위치와 주변 열원이 바뀌면 따라서 바뀌므로, 자리를 옮길 때마다 다시 확인하세요.
보정
저방사율 표면 보정 네 단계
- 고방사율 표식을 만듭니다. 전원을 끈 상태에서 측정면에 전기 테이프나 무광 페인트를 붙이거나 칠합니다.
- 방사율을 표식 재질에 일치시킵니다. 전기 테이프라면 0.95로 설정합니다.
- 반사온도를 설정합니다. 표식이 거울이라면 비칠 대상의 온도를 넣습니다.
- 표식 부분의 온도를 읽습니다. 맨 금속 부분 값은 참고로만 확인합니다.
두 값을 이렇게 보정하면 Ti480 PRO 같은 측정용 카메라의 정확도 사양(±2 °C 또는 측정값의 2% 중 큰 값) 안에서 값을 읽을 수 있습니다. 판단에는 방사율을 아는 표식 부분의 값만 쓰세요. 표식은 설비가 운전 중일 때 붙이지 않습니다.
전기 설비
전기 설비 점검은 부하 40% 이상에서
- 평소 부하의 40% 이상에서 점검합니다(가능하면 최대 부하 시간대)
- 외함을 열고 부품을 직접 확인합니다. 카메라는 금속 외함을 투과하지 못합니다
- 같은 부하가 걸린 상(相)끼리, 같은 종류 부품끼리 비교합니다
- 저방사율 부품은 고방사율 표식 지점의 값으로 판단합니다
- 열화상과 가시광 사진을 함께 남겨 보고서로 정리합니다
부하 조건을 이렇게 따지는 건, 느슨한 접속에서 나는 열이 부하 전류의 제곱에 비례해 커지기 때문입니다. 예를 들어 전류가 2배면 발열은 4배가 됩니다. 거꾸로 말하면 부하가 낮을 때는 이상 부위가 잘 드러나지 않으니, 점검 일정은 평소 부하가 걸리는 시간대에 맞춰 잡으세요.
| 비교 기준(NETA 지침) | 즉시 조치 판단 |
|---|---|
| 비슷한 부하의 유사 부품 간 온도차 | 15 °C 초과 |
| 주변 공기 대비 온도 상승 | 40 °C 초과 |
다만 이 기준은 판단의 출발점일 뿐입니다. 15 °C와 40 °C는 즉시 조치가 필요한지를 가르는 선이므로, 설비 제조사의 허용 온도와 사업장 기준을 함께 놓고 조치 우선순위를 정합니다.
표준
참고할 표준: ASTM E1862·E1933, ISO 18434-1
반사온도의 측정·보정은 ASTM E1862가, 방사율의 측정·보정은 ASTM E1933이 다룹니다. 열화상 점검의 일반 절차는 ISO 18434-1에 정리돼 있습니다.
| 문서 | 다루는 내용 |
|---|---|
| ASTM E1862-14(2022) | 적외선 영상 측정에서 반사온도 측정과 보정 |
| ASTM E1933-14(2022) | 적외선 영상 측정에서 방사율 측정과 보정 |
| ISO 18434-1 | 기계 상태 감시·진단용 열화상 일반 절차 |
관련 제품
자주 묻는 질문
열화상 카메라 방사율을 0.95로 고정해 두고 전부 재도 되나요?
안 됩니다. 0.95는 전기 테이프 같은 고방사율 표면에 맞춘 값이라, 맨 금속을 같은 설정으로 재면 실제와 크게 다른 값이 나옵니다.
유리창 너머로도 열화상 측정이 되나요?
일반 유리로는 어렵습니다. 일반 유리는 장파 적외선을 거의 통과시키지 않아서, 결국 유리 표면 온도를 재게 됩니다. 설비 점검에는 적외선 투과 창(IR 윈도)을 쓰고 투과율을 보정하세요.
반사온도를 모를 때는 어떻게 하나요?
고방사율 표면이라면 영향이 작습니다. 저방사율 표면은 ASTM E1862의 반사체법이나 직접법으로 값을 구해 넣으세요.
부하가 낮은 야간에 열화상 점검을 해도 되나요?
권하지 않습니다. 평소 부하의 40% 이상이 걸려 있어야 이상 발열이 드러나므로, 가능하면 최대 부하 시간대에 점검하세요.
열화상 카메라도 교정을 받아야 하나요?
네. 측정값을 근거로 판단한다면 흑체 기준원으로 정확도를 주기적으로 확인해야 합니다.
방사율 설정이 헷갈린다면 (주)테솔 엔지니어에게 물어보세요
점검 대상 재질에 맞는 설정값, 카메라 선택, 교정 문서를 현장 조건에 맞춰 (주)테솔이 정리해 드립니다. 대표번호 031-713-5988
기술 상담 신청참고 자료
- Fluke, Understanding and fixing infrared thermography issues on reflective surfaces
- Fluke, What you need to know about emissivity and infrared energy
- Fluke, Using thermal imaging cameras for electrical inspections
- ASTM E1862-14(2022), Measuring and Compensating for Reflected Temperature Using Infrared Imaging Radiometers
- ASTM E1933-14(2022), Measuring and Compensating for Emissivity Using Infrared Imaging Radiometers
- ISO 18434-1, Condition monitoring and diagnostics of machines — Thermography — Part 1: General procedures
