Pomiary termowizyjne – jakich błędów unikać podczas procesów diagnostycznych

Pomiary termowizyjne – jakich błędów unikać podczas procesów diagnostycznych

8 sie 2018

Pomiary termowizyjne, stając się bardziej popularną metodą diagnostyczną, stają się również elementem sprawiającym sporo trudności w przypadku użycia przez niewykwalifikowany personel.

Dlatego też, wybierając wysokiej klasy urządzenia istnieje konieczność zastosowania kilku podstawowych zasad związanych z pomiarami termowizyjnymi pozwalających na uzyskanie jak najdokładniejszych wyników, a zatem na kontrolę realnych warunków panujących w danym pomieszczeniu lub środowisku przemysłowym.

Od czego zależy pomiar termowizyjny?

Weryfikacja obrazu termowizyjnego, czyli odbicia i emisji ciepła nie należy do procesów najprostszych, gdyż pomiar termowizyjny  jest funkcją pięciu parametrów i można określić go wzorem:

To – temperatura otoczenia

E – emisyjność

Tatm – temperatura atmosfery

d – odległość kamery od ciała promieniującego

w – wilgotność względna

Ustawienie odpowiedniego współczynnika emisyjności

Jest to zdolność materiału do oddawania, a więc emitowania promieniowania podczerwonego. Dobór odpowiedniego współczynnika emisyjności staje się jednak dosyć dużym problemem. Współczynnik emisyjności powinien zostać każdorazowo dobrany i ustawiony dla badanego elementu. Powinien zostać wyznaczony na podstawie:

- aktualnej temperatury badanego obiektu,

- jego właściwości materiałowych, m.in. koloru i stopnia obróbki, 

- a także wpływu elementów znajdujących się w otoczeniu. 

Od niego może zależeć bowiem dokładność pomiaru temperatury za pomocą kamery termowizyjnej.

Odpowiedni współczynnik emisyjności może zostać ustawiony na podstawie tabel z wybranymi materiałami i odpowiadającymi im wartościami. Aby zwiększyć dokładność można dokonać ustawienia za pomocą termometru kontaktowego i regulować współczynnik emisyjności do momentu uzyskania temperatury odpowiadającej wartości wskazywanej na termometrze.

Istnieje również możliwość ustawienia za pomocą kamery termowizyjnej, bez użycia dodatkowych mierników, a z wykorzystaniem elementu z określoną emisyjnością – np. taśmy z sadzą (emisyjność 0,95). Pomiar należy wykonać najpierw na taśmie, a następnie nakierować kamerę na badany materiał.

Regulacja temperatury odbitego promieniowania podczerwonego RTC

Bardzo ważnym współczynnikiem mającym wpływ RTC – temperatura odbitego promieniowania podczerwonego i temperatura otoczenia powinny być takie same po usunięciu wszelkiego rodzaju zakłóceń.

Aby zmierzyć temperaturę promieniowania odbitego należy wykorzystać do tego kawałek pogniecionej folii aluminiowej (która jest ekwiwalentem radiatora Lamberta). Umieszczając ją  obok lub na badanym przedmiocie z ustawieniem emisyjności na 1, uzyskamy informację o promieniowaniu incydentalnym, będącym zakłóceniem dla dokładnych badań termowizyjnych. Dzięki wprowadzeniu uzyskanej wartości do ustawień kamery termowizyjnej jako RTC, uzyskamy możliwie dokładny wynik pomiaru.

Kamery termowizyjne Testo posiadają funkcję ułatwiającą pomiary w środowisku przemysłowym, w którym często należy regulować ustawienia badanych obiektów. Dzięki funkcji ε – Assist możliwe jest automatyczne rozpoznanie współczynnika emisyjności oraz współczynnika RTC (odbitej temperatury). Odbywa się to poprzez przyklejenie odpowiednika znacznika na mierzonym obiekcie i wycelowaniu w niego kamery, ustawienia zostaną automatycznie zastosowane. Ułatwia to rutynowe kontrole elementów przemysłowych.

Aklimatyzacja urządzenia

W przypadku dużych różnic między temperaturą zewnętrzną a temperaturą elementów w pomieszczeniu należy ustabilizować działanie urządzenia. Poprzez odczekanie od 10 do 60 minut, elementy budowy kamery zostaną doprowadzone do temperatury pokojowej, a wyniki nie będą obarczone zwiększonym błędem pomiarowym.

Czynniki zewnętrzne

Na wiarygodne pomiary za pomocą kamer termowizyjnych wpływ ma duże nasłonecznienie, elementy emitujące promieniowanie (np. żarówki), deszcz, opady śniegu wpływające na temperaturę powierzchni badanego obiektu, a także wiatr powodujący zmianę warstw powietrza mających tę samą temperaturę co badany obiekt.

Wilgotność powietrza w otoczeniu mierzonego elementu znacznie wpływa na to, w jakim stopniu promieniowanie podczerwone (emitowane przez badany element) jest przepuszczane. Dodatkowo nieprawidłowo wyznaczona odległość od obiektu może zwiększyć błąd pomiarowy.

Dlatego tez podczas badań termowizyjnych warto zwrócić uwagę na warunki pomiaru i:

- unikać przegrzanych pomieszczeń,

- unikać silnego działania pola elektroenergetycznego,

- zapewnić pomiar w dogodnym momencie o minimalnym wpływie warunków zewnętrznych takich jak: zanieczyszczenia, kurz, pył, wiatr, para wodna, wiatr.

Dobór właściwej odległości pomiarowej

Wyznaczona powinna zostać przez informację o wielkości obiektywu wykorzystanego w kamerze termowizyjnej, co wyznacza możliwy obszar widoczny za pomocą kamery. Dzięki parametrowi o nazwie FOV informacja o polu widzenia powinna zostać podana przez producenta.

Warto również określić najmniejszy punkt pomiarowy (IFOVmeas) oraz najmniejszy przedmiot dający się zidentyfikować (IFOVgeo), co ułatwi dobór odległości dostosowanej do badanego obiektu. Właściwa odległość powinna być 2 do 3 razy większa niż najmniejszy identyfikowalny przedmiot (IFOVgeo).

Rysunek przedstawia zależność między odległością od badanego obiektu a wynikiem pomiarowym, czyli wartością temperatury wyznaczona przez kamerę termowizyjną.

Wykres - zależność między odległością od badanego obiektu a wynikiem pomiarowym

Rys. W. Minkina, P. Rutkowski, W. Wild, „Podstawy pomiarów termowizyjnych”, część I – Istota termowizji i historia jej rozwoju, część II – Współczesne rozwiązania systemów termowizyjnych, błędy metody, „Pomiary, Automatyka, Kontrola” nr 46/2000.

Dobór kamery o odpowiedniej rozdzielczości

Informacja o rozdzielczości kamery termowizyjnej wiele mówi o możliwości kamery do pomiaru elementu o konkretnych wymiarach przy zapewnieniu odpowiedniej odległości.

Wysoka rozdzielczość jest cennym parametrem szczególnie w energetyce i elektronice, gdzie znaczenie ma duża dokładność pomiarowa w badaniu elementów o niewielkich wymiarach, przy zachowaniu większej odległości od badanego obiektu. Rozdzielczość matrycy bolometrycznej, a więc liczba pikseli determinuje również ostrość obrazu, pozwalając jednocześnie na zwiększenie dokładności obrazu termowizyjnego i dostrzeżenie większej ilości szczegółów. Ma to ogromne znaczenie np. w mechanice, elektronice czy badaniu środowisk produkcyjnych.

Kamery o rozdzielczości 480 x 360 lub 640 x 480 px są już urządzeniami zapewniającymi wysoką dokładność obrazu termograficznego.

Kamery termowizyjne Flir cechują się również możliwością nałożenia krawędzi badanych obiektów rejestrowanych w świetle widzialnym na obraz termowizyjny. Tak powstały obraz dzięki funkcji MSX jest o wiele ostrzejszy i czytelniejszy.

Dobór odpowiedniego urządzenia oraz kwalifikacje personelu

Do najczęstszych problemów podczas badań termowizyjnych należy nieznajomość zasad ich wykonywania, bez indywidualnego doboru wskaźników, czyli poleganie na ogólnej wiedzy stosowanej przy najbardziej popularnych badaniach temperatury oraz intuicji badacza. Badania ankietowe mówią jednak, że przedsiębiorstwa i firmy mające w użytku sprzęt termowizyjny w znacznej części nie organizują szkoleń mających na celu podniesienie kwalifikacji pracowników diagnozujących stan urządzeń, maszyn oraz budynków.

Wykres - szkolenia z zakresu prawidłowego użytkowania kamer termowizyjnych

Rys. Czy w zakładzie odbywają się szkolenia z zakresu prawidlowego użytkowania kamery termowizyjnej interpretacji wyników badania termowizyjnego?

Efektem jest więc nieznajomość podstawowych zasad pozwalających na zapewnienie wiarygodnych danych pomiarowych i realną ocenę stanu  badanego obszaru. Może to powodować nie tylko błędy diagnostyczne, ale idące za nimi ogromne koszty związane m.in. z niepotrzebną a kosztowną wymianą części zamiennych, przestoje w pracy maszyn, czego rezultatem jest obniżenie wydajności produkcji,  a także spadek zysków przedsiębiorstwa.

Badania rynku wskazują również na małą popularność urządzeń o wyższej rozdzielczości pozwalającej na dokładniejsze badania. Wciąż najczęściej wybierane są urządzenia o rozdzielczości 340 x 240 i 160 x 120 px.

Wykres - rozdzielczość najczęściej wybieranych kamer termowizyjnych

Rys. Rozdzielczość najczęściej wybieranych kamer termowizyjnych

Aby dobrać urządzenie do odpowiednich potrzeb i zastosowań, warto polegać na takich czynnikach jak:

  • rozdzielczość,
  • wartość czułości termicznej, pozwalającej na wykrycie najniższej różnicy temperatur,
  • zaawansowane funkcje potrzebne w pracy pozwalają na rozwiązywanie problemów w profesjonalny sposób,
  • specjalistyczne oprogramowanie umożliwiające szybką analizę oraz generowanie raportów potrzebnych do profesjonalnej diagnostyki.

Producenci oferują również specjalistyczne urządzenia termowizyjne przeznaczone do określonych obszarów zastosowań, kierując się ich parametrami technicznymi.

Kamery termowizyjne Flir:

Kamery termowizyjne do diagnostyki budynków:

Kamery termowizyjne do diagnostyki instalacji elektrycznych i mechanicznych:

Kamery termowizyjne do badań i edukacji:

Zobacz również:

Źródła:

  1. Termografia w podczerwieni - błędy i niepewności. Waldemar Minkina, Sebastian Dudzik, Politechnika Częstochowska, PAK, vol. 55, nr 11/2009
  2. www.izolacje.com.pl
  3. www.utrzymanieruchu.pl
  4. W. Minkina, P. Rutkowski, W. Wild, „Podstawy pomiarów termowizyjnych”, część I – Istota termowizji i historia jej rozwoju, część II – Współczesne rozwiązania systemów termowizyjnych, błędy metody, „Pomiary, Automatyka, Kontrola” nr 46/2000.