Warunki pomiaru wpływają na jego wyniki

JAK DZIAŁAJĄ KAMERY TERMOWIZYJNE?

Wszystkie obiekty o temperaturze powyżej zera bezwzględnego emitują promieniowanie podczerwone o natężeniu zależnym od ich temperatury. Mierząc je, można wyznaczyć tę ostatnią.

Promieniowanie podczerwone emitowane przez obiekt jest skupiane przez układ optyczny kamery termowizyjnej. Jego soczewki są wykonywane z materiałów nieprzezroczystych dla światła widzialnego, które dobrze przepuszczają promieniowanie cieplne. Są to przeważnie materiały półprzewodnikowe, krzem lub german.

Promieniowanie pada na detektor w postaci matrycy czujników, które przetwarzają jego natężenie na sygnał elektryczny. Na tej podstawie wyznacza się temperaturę w różnych punktach. Jej poszczególnym wartościom przypisuje się inne kolory. Tak powstaje skala.

Z punktów pomiarowych tworzy się barwny obraz rozkładu temperatur badanej powierzchni (termogram). Kamera termowizyjna nie tylko więc mierzy temperaturę w punkcie, ale pozwala na porównanie temperatury sąsiednich obszarów. Ułatwia to wykrycie tych zbyt gorących albo za zimnych, będących często oznaką anomalii. Do punktowego pomiaru temperatury służą pirometry.

Gdzie zamontować przetwornik pomiarowy?

Najlepiej, jeśli przetwornik pomiarowy zostanie zamontowany możliwie najbliżej czujnika, optymalnie w jego głowicy. Dzięki temu zaburzenia z otoczenia będą miały mniejszy wpływ na jakość sygnału pomiarowego. Dotyczy to zwłaszcza termopar.

Czasami, ze względu na specyfikę monitorowanego procesu i odporność przetwornika na warunki, w jakich się odbywa, na przykład wydzielane ciepło, wytwarzane wibracje lub agresywność chemiczną otoczenia, nie jest to możliwe. Szczególnie trudne warunki utrudnią także kalibrację i konserwację przetwornika.

Można wówczas, w zależności od stopnia uciążliwości warunków w miejscu pomiaru, skorzystać z przetwornika obiektowego, w którym blok elektroniczny jest odizolowany od wejść pomiarowych albo przetwornika do montażu na szynie. Urządzenia ostatniego typu można zabudować w szafkach automatyki. To ułatwia zarządzanie większą ich liczbą.

ZALETY POMIARÓW BEZKONTAKTOWYCH

Bezkontaktowe pomiary temperatury mają wiele zalet. M.in. używając kamer termowizyjnych, łatwo można zmierzyć temperaturę obiektów w ruchu i to wielu równocześnie.

Przykładem takiej sytuacji jest kontrola przebiegu chłodzenia stalowych komponentów transportowanych na taśmociągu. Jest ona potrzebna, gdyż szybkość ich ostygania wpływa na właściwości produktu końcowego. W razie potrzeby można ją zmienić, regulując prędkość ruchu przenośnika albo włączając wentylatory.

Kolejną zaletą jest możliwość wykonania pomiarów obiektów, do których nie można się zbliżyć z różnych powodów. Zwykle jest to niebezpieczne albo dostęp do nich jest utrudniony. Przykładem jest inspekcja urządzeń elektrycznych na stacjach elektroenergetycznych, napowietrznych linii transmisyjnych oraz kadzi odlewniczych, którymi transportuje się roztopioną stal.

KIEDY JESZCZE WARTO UŻYĆ KAMERY TERMOWIZYJNEJ?

Ponadto zakres pomiarowy mierników bezkontaktowych wykracza poza limit czujników kontaktowych. Możliwość wyznaczenia temperatury bez konieczności przepływu ciepła pomiędzy elementem pomiarowym a obiektem inspekcji poprawia też dokładność pomiaru w przypadku materiałów o małej przewodności cieplnej. Przykłady to tworzywa sztuczne i drewno.

Brak kontaktu z badanymi powierzchniami pozwala także w sposób nieinwazyjny wyznaczać temperaturę tych wrażliwych na uszkodzenia i obiektów wykonanych z materiałów, które łatwo zniszczyć. Przykłady to powierzchnie świeżo pomalowane albo polakierowane oraz produkty wykonane z miękkich materiałów, jak pianki.

Nie trzeba się również obawiać, że bezkontaktowy miernik temperatury stanie się nośnikiem albo źródłem zanieczyszczeń. To ważne w procesach wymagających zachowania sterylnych warunków.

Rejestracja obrazu termograficznego jest prosta. Trudniejszym zadaniem może się natomiast okazać jego właściwa interpretacja.

Kamery termowizyjne - na co zwrócić uwagę?

Najważniejsza część kamery termowizyjnej to detektor promieniowania podczerwonego. Jego najważniejszym parametrem jest rozdzielczość. Określa ona liczbę punktów pomiarowych, czyli liczbę sensorów w matrycy. Im jest większa, tym wyraźniejszy jest wynikowy obraz.

Ważna jest także czułość temperaturowa kamery. Charakteryzuje ona minimalną różnicę temperatur, jaką to urządzenie może rozróżnić i zobrazować. Im jest większa, tym lepiej.

Istotne są też: dokładność i zakres pomiarowy kamery oraz szybkość reakcji na zmianę temperatury i możliwość inspekcji obiektów w ruchu. Przydatna jest funkcja łączenia termogramów z "normalnymi" obrazami przez wstawianie fragmentów tych pierwszych w drugie albo nakładanie ich na siebie. Użyteczne wyposażenie dodatkowe to z kolei m.in.: wskaźnik laserowy i wymienne obiektywy.

WŁAŚCIWOŚCI OBIEKTU SĄ WAŻNE

Obiekt inspekcji nie tylko bowiem emituje promieniowanie cieplne świadczące o jego temperaturze, ale odbija promieniowanie obiektów sąsiednich. Kamera termowizyjna natomiast mierzy promieniowanie, nie rozróżniając, w jakim stopniu jest ono sumą różnych składników. Dlatego właściwa interpretacja wymaga doświadczenia i znajomości właściwości badanego obiektu i jego otoczenia, a zwłaszcza parametrów takich jak emisyjność albo refleksyjność.

Dużą emisyjność mają dielektryki, na przykład guma, ceramika, szkło, natomiast metale, szczególnie metale polerowane, charakteryzuje duża refleksyjność. Emisyjność i refleksyjność zależą także m.in. od koloru powierzchni materiału i, w przypadku półprzezroczystych materiałów, również od ich grubości. Dokładne wartości tych parametrów różnych materiałów znaleźć można w tablicach fizycznych albo w materiałach udostępnianych przez producentów kamer termowizyjnych.

WARUNKI POMIARU WPŁYWAJĄ NA JEGO WYNIKI

Tematy numerów do końca roku

Wykonując pomiary termowizyjne na zewnątrz, liczyć się trzeba z dodatkowymi komplikacjami. Intensywność promieniowania, które dociera do detektora kamery termowizyjnej, jest bowiem zależna od warunków atmosferycznych, głównie wiatru i nasłonecznienia.

To ostatnie jest źródłem odblasków i nagrzewa oświetlane powierzchnie. Dlatego przy silnym oraz długotrwałym nasłonecznieniu kilku obiektów sąsiadujących z tymi pozostającymi przez dłuższy czas w cieniu łatwo o błędną interpretację zarejestrowanych obrazów termicznych. Istotna jest też pora roku, kiedy wykonuje się badania.

Wiatr z kolei chłodzi obiekty, co też fałszuje wyniki pomiarów. Dlatego zaleca się, aby nie wykonywać takich badań przy wietrze wiejącym z prędkością większą niż 5 m/s. Z tego samego powodu nie powinno się ignorować wpływu klimatyzacji, kiedy pomiary wykonujemy w budynku.

Monika Jaworowska

W artykule wykorzystano materiały firm Emerson Process Management, Endress+Hauser i ABB.