Transcript Study of Thermography

Termografija – školovanje
Sadržaj
•
Uvod
•
Teorijske osnove termografije
•
Termografska kamera
•
Aplikacije
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Postoje tri vrste prenosa toplote:
- provođenje, prenošenje i zračenje toplote
Provođenje
Prenošenje
Zračenje
Ts
SURFACE
Temperature
of heated
surface
* Čvrsti mater. *
* Tečnosti & gasovi *
Termografija - školovanje
* Površine *
Teorijske osnove
Šta merimo?
 IC zračenje je deo elektromagnetnog spektra poput X
zraka, UV zraka, radio talasa, itd.
 Elektromagnetno zračenje je definisano
talasnom dužinom odnosno frekvencijom.
svojom
 Talasna dužina IC zračenja se meri u mikronima (m).
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Vidljiva svetlost
Gamma 
X-ray
UV
Mikro talasi
Radio talasi
IR (Infracrveno)
SHF
0,1 Å
1Å
10 Å
UHF
VHF
0,01 µm0,1 µm 1 µm 10 µm 100 µm 1 mm 10 mm100 mm1 m
SW
MW
10 m 100 m 1 km
Toplotno zračenje
0,4
0,7 1 µm
2 µm
Termografija - školovanje
5 µm
10 µm
13 µm
Teorijske osnove
• IC zračenje je deo EM spektra i ponaša se kao i vidljivo
svetlo
• Kreće se brzinom svetlosti i može se reflektovati,
prelamati, apsorbovati i emitovati
• IR zračenje je nevidljivo, lako ga, međutim, osetimo na
koži
• Termovizijske kamere prepoznaju IR zračenje, koje
emituje površina, i tim putem temperaturu površine
• Intenzitet emitovane energije je zavisan od temperature i
emisivnosti površine
Poznavanje teorijskih osnova je neophodno za pravilnu
interpretaciju snimljenih termograma !
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
IC energija pri prolasku kroz atmosferu od izvora do posmatrača
Kratki talasi
Dugi talasi
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
• Većina industrijskih termovizijskih kamera deluje u opsegu
talasnih dužina između 7.5 i 14 µm, jer:
• je apsorpcija emitovane energije u ozračju manja (pri
razdaljinama reda oko 10 m)
• je u tom području intenzitet zračenja pri nižim temperaturama
najveći
• je uticaj sunca na merenje minimalan
Propustnost atmosfere
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Odakle se emituje IC energija?
 Sva tela emituju IC zračenje u zavisnosti od svoje temperature
 Samo na apsolutnoj nuli (-273,15°C) termalna radijacija je 0, pa
je i emitovano IC zračenje 0
 Što je veća temperatura tela veća je emitovana energija u IC delu
spektra
 Čak i IC zračenje koje emituje kocka leda može se videti
termokamerom
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Šta je IC termografija?
• Termografija je tehnika koja omogućava vizuelizaciju IC
zračenja koje je nevidljivo ljudskom oku.
• Slika koju daje termokamera se naziva termogram.
• Termogram vam omogućava, kroz hromatsku skalu “lažnih”
boja, da vidite distribuciju toplote na “sceni” ispred.
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Kvalitativna termografija
Možemo da vidimo raspored toplote na slici bez interesovanja za temperaturu
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Kvantitativna termografija
Možemo videti temperaturnu skalu i vrednosti u svakoj tački
Uslov - pravilno podešena emisivnost
Spt1 0,9°C
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Šta “vidi” IC termokamera?
 Termokamere “vide” termalnu energiju koju objekat
emituje
 Termokamere “ne vide” temperaturu. Mogu da je
proračunaju ako su pravilno podešene
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Emitovana energija
T
ε
Energija koju zrači objekat:
E = f (T, ε)
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Emitovana energija kao funkcija temperature
Stefan-Boltzmann-ov zakon
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
• Štefanov zakon emitovanja:

Q  Q d    T 4
0
-Q…
emitovani toplotni tok
-σ…
Štefan-Boltzman-ova konstanta
-ε…
emisivnost
-T…
apsolutna temperatura
• Emitovani toplotni tok, kako ga meri kamera:
Qmer  QP  1     QO
- Qmer … emitovani toplotni tok, kako ga meri kamera
- QP …
emitovani toplotni tok merene površine
- QO …
emitovani toplotni tok okoline, koji se odbije od
mete
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
• Iz zakona o održanju energije sledi:
    1
-α…
apsorbtivnost
-τ…
transmisivnost
-ρ…
reflektivnost
• Kirchoffov zakon kaže da je dobar apsorber i dobar emiter
 ( )   ( )
• Za neprozirna tela (τ = 0) sledi:
   1
sledi
   1
Visoka emisivnost → niska reflektivnost
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Emisivnost (ε)
-Emisivnost tela je njegova sposobnost da zrači termalnu energiju u
zavisnosti od njegove realne temperature
-Pokazatelj efikasnosti našeg izvora
-Emisivnost idealnog crnog tela (koje naravno ne postoji) je 1, sva ostala
tela (imenujemo ih siva tela) imaju manju emisivnost
- Emisivnost je zavisna od vrste i izrade materijala, ugla merenja,
temperature i talasne dužine
- Izbor odnosno određivanje prave emisivnosti površine koju merimo:
- podaci o emisivnosti materijala u literaturi (tabele)
- pomoću kontaktnog termometra (ΔT bar 10K>TOK)
- pomoću temperaturno otpornih nalepnica znane emisivnosti 0.95
- izradom rupe u merenom telu (ukoliko je to moguće) l=7xd (ε=0.98)
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Različite emisivnosti na površini iste temperature
Metalna čaša sa vrelom vodom
Visoka
emisivnost na
obojenom delu
Niska
emisivnost na
čistom delu
Razlika u temperaturi između dva dela čini se očiglednom. U
stvarnosti jedina razlika je u emisivnosti.
Teorijske osnove
• Tabela emisivnosti (ε) različitih materijala
Aluminum,
polished
Brick
0.05
Platinum
0.08
0.85
Rubber
0.95
Bronze, polished
0.10
Snow
0.80
Bronze, porous
0.55
0.28
Copper, oxidized
0.65
Steel,
galvanized
Steel, rolled
Copper, oxidized
to black
0.88
Steel, rough
0.96
Skin
0.98
Tin
0.05
Nickel
0.05
Tungsten
0.05
Paint
0.94
Water
0.98
Paint, silver
finish
0.31
Zinc, sheet
0.20
0.24
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Specifična toplota
- Pokazuje brzinu promene temperature pri zagrevanju odnosno
hlađenju materijala
- Voda ima visoku specifičnu toplotu, vazduh nisku
- Kada temperaturno stanje nije stacionarno, potrebno je pri
merenju to uzeti u obzir
- Korisno za određivanje nivoa kao i nečistoća u tankovima (tečnostgas), za otkrivanje curenja ravnih krovova,…
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Temperatura pozadine (okoline) RTC
- Tamo gde je emisivnost površine manja i stoga reflektivnost velika,
potrebno je odrediti temperaturu površine koja zrači na merenu površinu i
uneti je u kameru
- Načini određivanja pomenute temperature RTC su:
Kamera
Izgužvana
aluminijumska
folija
Merena
površina
- temperatura okoline
- izmeriti temperature površina koje zrače na merenu površinu
- pred merenu površinu postaviti naboranu kuhinjsku aluminijumsku foliju, koja
deluje kao difuzni reflektor
Termografija - školovanje
Teorijske osnove
Parametri merenja
Bitni parametri koje treba podesiti da bi tačno merili T:
• Emisivnost
• Reflektovana temperatura
•Atmosferska temperatura
•Relativna vlažnost
•Rastojanje (ne utiče mnogo do 10 metara)
Termografija - školovanje
Termografska kamera
•
Izrada termokamera za civilne namene počela je
1965.
•
Poslednjih godina se sve više koriste u raznim
oblastima pre svega zbog pristupačnijih cena
•
Omogućuju prikaz toplotnih odnosa koje
ljudskom oku nisu vidljive
Termografija - školovanje
Termografska kamera
Sastav
IR
IR zračenje
koje merimo
Optika
IR kamera
S
453¡C
T
SP1 470¡C
EMS
Elektronika
Objekat
Ozračje
IR Detector
Termografija - školovanje
Ekran
¯.85
Termografska kamera
IR detektor je glavni deo termovizijske kamere,
pretvara IR zračenje preko optike u električne signale.
Postoje dve grupe detektora: fotonski (vojne
termokamere) i termički (civilne termokamere).
Mikrobolometarski detektori ne zahtevaju hlađenje, izrađeni
su obično od VOx i imaju 160x120, 320x240 odnosno u
najnovijim modelima 640x480 detektorskih elemenata.
Termografija - školovanje
Termografska kamera
Optika je namenjena prenosu slike na detektor, izrađena je
po istim principima kao optika za vidljivu svetlost.
Bitna razlika je u materijalu od kog je optika izrađena, jer
mora propuštati IR zračenje. Najčešće je upotrebljen
Germanijum (8-14µm) odnosno Silicijum (3-5µm).
Elektronika je namenjena obradi električnih signala detektora,
termička slika je pak prikazana na LCD ekranu
Većina kamera poseduje programe za kvantitativnu analizu,
koji omogućavaju određivanje temperature u bilo kojoj tački
na termičkoj slici
Termografija - školovanje
Termografska kamera
Optička rezolucija
Zavisi pre svega od:
- detektora (broj detektorskih elemenata, materijal)
- optike (vidni ugao, kvalitet)
Značajna za određivanje minimalne površine koju možemo da merimo
Vidno polje kamere FOV je izraženo u horizontalnim i vertikalnim stepenima i
zavisno je od sočiva.
Vidno polje pojedinog detektora IFOV je izraženo u mrad
(veličina merene površine (mm) = IFOV x razdaljina (m))
Minimalna merena površina IFOVM je takođe izražena u mrad
(IFOVM = 3 x IFOV)
Minimalna merena površina je lako izražena i preko D:S
(veličina merene površine = razdaljina / (D:S))
Termografija - školovanje
Termografska kamera
Minimalna
merena
površina
Površina
koju
merimo
Termografija - školovanje
Vidno polje
Termografska kamera
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Razdaljina do površine
Termografija - školovanje
Termografska kamera
• Objašnjenje pojedinih osobina i podešavanja termovizijske
kamere
- komplet, kamera (priključci, podešavanja, sočiva),
snimanje i pojedina podešenja kamere
• Objašnjenje priložene programske opreme
- prenos memorisanih termičkih slika na računar, obrada
slika, izrada izveštaja
Termografija - školovanje
Termografska kamera
• IR
Fusion – nadgradnja sa digitalnim fotoaparatom
IR SLIKA
VIDLJIVA SLIKA
IR SLIKA / VIDLJIVA SLIKA
(α BLENDING)
SLIKA U SLICI
IR ALARMI
Termografija - školovanje
Aplikacije
Termografija omogućava otkrivanje nepravilnosti u ranoj fazi i samim tim
sprečavanje kvara, što znači:
- povećanje bezbednosti
- poboljšanje pouzdanosti sistema
- smanjenje broja nepredviđenih ispada
- smanjenje troškova popravke (planiranje popravki)
- smanjenje troškova održavanja (manji lager rez. delova)
- produženje životnog veka
- povećanje proizvodnje i poboljšanje kontrole kvaliteta
Kod termografije na području održavanja je vrlo bitna istorija snimaka.
Termografija - školovanje
Aplikacije
• Proizvodnja i distribucija električne energije (pregledi
generatora, transformatora, prekidača, toplotnih izmenjivača,
naponskih regulatora, releja, kablova,…)
• Nadzor mehaničkih delova (pregrevanje ležajeva, spojki,
pumpi,..)
• Merenje u građevinstvu (merenje toplotnih gubitaka objekata,
otkrivanje toplotnih mostova, otkrivanje vlage,…)
• Otkrivanje grešaka odnosno kontrola u proizvodnji
• Pregledi štampanih veza
• Otkrivanje potencijalnih mesta požara
• Upotreba u medicini
Termografija - školovanje
Aplikacije – električni sistemi
• Termografija na elektro području
- opterećenje bar 40 % (što više to bolje)
- slabi spojevi odnosno preopterećenje, nesimetričnost
- upoređivanje jednako opterećenih faza (relativne temperature)
- izrada termograma istih mernih mesta pri jednakim uslovima
- ispoštovati uticaj vetra (<15m/s), sunca, vlage i
temperature okoline na merena mesta
- nisko emisivne i hlađene površine izgledaju hladnije
- uvek se meri temperatura površine (zaštita kontakta,…)
- temperatura okoline (zimski i letnji pregledi)
- apsolutne temperature (visoka emisivnost (rupe, boja,…))
Termografija - školovanje
Aplikacije – mehanički sistemi
• Termografija na mašinskom području
- potrebno poznavanje rada merenog sistema
- različita stanja pri uključenju, radu i isključenju
- veći broj snimaka i poređenja sa odgovarajućim sistemima
- izrada termograma istih mernih mesta pri jednakim uslovima
- najčešće aplikacije
kontrola ležajeva, zupčanika (povećano trenje)
elektromotora (ležajevi, preopterećenost)
kvačila (nepravilna osnost)
kaiševi, remeni, lanci (povećano trenje)
ozid visokotemperaturnih peći (erozija)
izolacija, protok u cevima
Termografija - školovanje
Aplikacije – mehanički sistemi
nivoi u rezervoarima (različit toplotni kapacitet)
rad kondenz lonaca (hladno kond.-toplo para)
nejednaka raspodela temperature na materijalu
prenosnici toplote (ulazna/izlazna temperatura)
pumpe, kompresori
Termografija - školovanje
Aplikacije – građevinarstvo
• Termografija na području građevinarstva
- energetski pregledi zgrada - temperatura na spoljnom omotaču
ΔT>10K, prostori na istoj temperaturi
otkrivanje loše izolacije, toplotnih mostova, vlage,
nedihtovanja (blowerdoor)
uticaj sunca, različita orijentacija, uticaj vetra
- otkrivanje vlage na ravnim krovovima (sunčan dan, merenje po
zalasku)
- utvrđivanje prisutnosti vlage (spolja-T je viša, unutra-T je niža)
- nisko emisivne i hlađene površine izgledaju hladnije
- utvrđivanje curenja toplovoda (suvo vreme, po noći)
Termografija - školovanje
Aplikacije – građevinarstvo
Termografija - školovanje