Инфрачервена термография

Инфрачервена термография

Принципи на измерване, видове термографски системи

Използването на надеждни методи за диагностициране състоянието на производственото оборудване в процеса на експлоатация обезпечава безпроблемно и ефективно протичане на технологичните процеси. Навременното откриване на аномалии, в повечето случаи невидими за човешкото око, предотвратява непланирани спирания на производството вследствие на непредвидени аварии и спестява значителна част от средствата за скъпоструващите ремонти. В практиката се използват разнообразни методи за диагностика на техническото оборудване, но безспорно един от най-ефикасните диагностични методи, бързо налагащ се в последните години, е инфрачервената термография.

Тя е мощен безконтактен диагностичен метод,

предлагащ изключително големи възможности за наблюдение и диагностика на съоръженията. Чрез него се получава достоверна и надеждна информация за състоянието на всяка една част от електрически и механични съоръжения и производствени линии. Коректно избраната термографска система съобразно спецификите на приложението, води до повишаване ефективността на производството, оптимизира управлението на енергийните разходи, съдейства за повишаване на качеството на произвежданата продукция и безопасността на труда.

Инфрачервената термография се базира на физичното явление, характерно за всички тела, да излъчват електромагнитни вълни със строго определена дължина в зависимост от температурата си. Всички тела, топли или студени, излъчват електромагнитна енергия с дължина на вълната по-голяма от 0.7 микрометра. Поради факта, че видимият диапазон за човешкото око от електромагнитния спектър е в тесния интервал от 0.4 до 0.7 микрометра, в повечето случаи енергията е невидима за нас. Излъчването се осъществява за сметка на преобразуването на енергията на топлинното движение на атомите и молекулите на тялото в енергия на излъчването. Топлинното излъчване има непрекъснат спектър, но интензитетът на излъчваната от телата радиация е в пряка зависимост от температурата им, т.е. с повишаване на температурата на едно тяло правопропорционално се увеличава и неговата излъчвателна способност. За най-добри източници на топлинна енергия се смятат телата, които имат свойството изцяло да поглъщат попадналите върху тях електромагнитини вълни. Тези тела се приемат за идеално черни и при термодинамично равновесие тези тела излъчват най-интензивно.

Изхождайки от описания принцип, че всички съоръжения отделят топлина, термографските системи на практика измерват температурата на телата. На базата на получените стойности се анализира състоянието на изследвания обект.

Точкови инфрачервени термометри

В зависимост от конкретните изисквания и характеристиките на изследваното съоръжение се използват различни термографски системи. Най-лесно приложими са точковите инфрачервени термометри, при които измерването се извършва с помощта на оптична система от огледала или лещи. При този тип уреди се измерва температурата на малък като площ кръгъл участък. Необходимото условие за получаването на точни резултати е устройството да бъде добре фокусирано. Също така трябва да се вземе предвид оптичната разделителна способност на уреда. Тя се дефинира като отношение на разстоянието от термометъра до тествания участък към диаметъра му. За по-добро насочване повечето термометри са снабдени с лазерен показалец. Термометрите са снабдени и с дисплеи за отчитане на температурата. Най-често се използват за измерване на температурата на съоръжения като пещи, фурни, нагреватели. Сред недостатъците им е малкият обхват на измерване.

Други използвани термографски уреди са

инфрачервените детектори

при които инфрачервената радиация се преобразува в електрически сигнал. Разделят се на две подгрупи - квантови и топлинни. При квантовите детектори енергията на фотоните директно се превръща в електрически сигнал, а при топлинните се променя температурата на самия детектор, при което се генерира електрическо напрежение. Квантовите детектори обикновено представляват фотодиоди.

Инфрачервени камери

Излъчваната от телата електромагнитна енергия се улавя от камерата с помощта на оптика. Полученият сигнал се усилва, обработва и се визуализира в двумерно изображение върху видеомонитор. Термографското изображение се получава на базата на вградения в камерата микропроцесор, който присвоява определен цвят на всяка една отделна точка от изображението в съответствие с измерената температура. Съвкупността от всички точки образува цялостната термографска картина.

С инфрачервената камера може да се заснемат както стационарни обекти, така и движещи се в процеса на експлоатацията им. Камерите обикновено са снабдени с автофокус, а в зависимост от целта на изследването може да се заснема обектът като цяло или само отделен негов елемент.

По-елементарната разновидност на термокамерите са линейните скенери, които измерват температурата на точки, разположени по права линия. Намират приложение основно за изследване на движещи се обекти, например при горещо валцоване, при производството на стъкло и други.

За получаването на качествено термографско изображение се използват специални програмни продукти. За съхраняване и пренос на информацията се използват различни устройства за пренос на данни. Към камерите може да е приложен и допълнителен софтуер за допълнителна обработка на данните.

Точността на измерване

Основен фактор, оказващ влияние върху коректността и точността на информацията за текущото състояние на контролираното съоръжение, е правилният избор на подходяща за конкретните условия термографска система. Обикновено индустриалните инфрачервени камери измерват температури в диапазона от -20 до 500 °С, като за голяма част от тях този диапазон може значително да бъде разширен до стойности от -40 до 2000 °С. Точността на измерване на температурата на обекта е от порядъка на ±2% за целия работен температурен интервал. Обикновено системите са проектирани и калибрирани за работа при температура на околната среда от порядъка на 22-24 °С. Повечето от тях обаче запазват точността си и при температура от порядъка на 30 °С.

Прецизното измерване на температурата зависи от техническите характеристики на термографската система като чувствителност, разделителна способност, възможности на блока за обработка на сигнала и скоростта на сканиране. Характеристиките на тестваните обекти като отражателната им способност, способността им да поглъщат и да отдават топлина също оказват съществено влияние върху точността. От значение е и разстоянието, на което се намират изследваните обекти, размерът им, инфрачервените им характеристики, както и подготовката на специалиста, работещ със системата.

Трябва да се отчете и фактът, че повечето термографски системи са настроени за работа с абсолютно черно тяло, тъй като то се приема за идеален източник, излъчващ максимално количество електромагнитни вълни.