Kamery termowizyjne: łatwy pomiar temperatury powierzchni za pomocą promieniowania podczerwonego
Kamery termowizyjne to urządzenia przeznaczone do bezdotykowego pomiaru temperatury. Sprawiają, że promieniowanie cieplne obiektów jest widoczne, a tym samym pokazują temperaturę powierzchni przedmiotów.
Promieniowanie cieplne to promieniowanie podczerwone, które jest emitowane przez każdy obiekt, którego temperatura jest wyższa od zera absolutnego wynoszącego 0 kelwinów (-273,15 ° C). Poziom promieniowania cieplnego zależy od temperatury obiektu i konstrukcji jego powierzchni, np. światło słoneczne emituje duże ilości promieniowania podczerwonego, które możemy czuć na skórze jako ciepło. Również zimne obiekty, jak np. zamarznięta woda, emitują fale podczerwone.
Kamera termowizyjna wyświetla zarejestrowane temperatury powierzchni otoczenia w postaci dwuwymiarowego obrazu.
- Urządzenia termowizyjne do kontroli i wykrywania usterek
- Zastosowanie kamer termowizyjnych
- Jak działa kamera termowizyjna?
- Najważniejsze cechy kamer termowizyjnych
- Kamery z chłodzonym detektorem podczerwieni
Urządzenia termowizyjne do kontroli i wykrywania usterek
Obraz na wyświetlaczu kamery termowizyjnej pozwala na odczytanie różnych temperatur powierzchni, natychmiastową identyfikację gorących i zimnych stref oraz uzyskanie precyzyjnego rozkładu temperatur. Oprócz wizualnej kontroli obrazu w podczerwieni na wyświetlaczu, obraz z kamery może być analizowany za pomocą odpowiedniego oprogramowania i zapisywany do celów dokumentacji.
Nowoczesne kamery charakteryzują się prostą obsługą, krótkim czasem reakcji i dobrym stosunkiem ceny do wydajności. Zapewniają wyraźne obrazy o wysokiej rozdzielczości.
Do najbardziej znanych producentów należą: FLIR, testo, Fluke, Beha Amprobe, Seek Thermal, Testboy, Laserliner
Zastosowanie kamer termowizyjnych
Technologia obrazowania termowizyjnego stała się ważną metodą diagnostyczną w przemyśle budowlanym oraz konserwacji mechanicznej i elektrycznej.
Diagnostyka budynków
W diagnostyce budynków, termografia może być wykorzystywana do badania efektywności energetycznej. Obrazy termowizyjne wizualizują straty ciepła na ścianach, drzwiach, oknach i balkonach. Pomagają one w wykrywaniu wad budowlanych, takich jak, uszkodzenia tynków, tworzenie się wody kondensacyjnej.
Pomiar termiczny pomaga w wykrywaniu brakujących lub uszkodzonych izolacji, lokalizowaniu mostków termicznych i nieszczelności. Wykrycie wilgoci w izolacji lub ścianach może dostarczyć informacji na temat przyczyn powstawania pleśni. Dalsze zastosowanie w sektorze budowlanym obejmują kontrolę funkcjonowania systemów ogrzewania podłogowego, grzejników i systemów fotowoltaicznych, planowanie izolacji budynków oraz ocenę stanu i wartości budynku.
Monitorowanie urządzeń
Termografia jest pomocna przy ocenie stanu technicznego maszyn i urządzeń. W oparciu o temperatury powierzchni możliwe jest wczesne wykrycie zużycia, anomalii i usterek. Obraz termiczny pokazuje np. nagrzewanie się części na skutek tarcia, a także pęknięcia i nieszczelności w miejscach wycieku płynów eksploatacyjnych. W ten sam sposób rozpoznawane są przegrzane silniki, zużyte łożyska lub przeciążone wały. Możliwa jest ocena stanu urządzeń i bezpieczeństwa eksploatacji systemów. Termowizja w zakładach przemysłowych pozwala na zaplanowanie prac konserwacyjnych przed wystąpieniem awarii, a ponieważ kamery termowizyjne pracują bezkontaktowo, mogą być stosowane również podczas pracy urządzeń.
Elektrotermografia
Termografia elektryczna stosowana jest do wykrywania usterek w układzie elektrycznym. Metoda ta oparta jest na różnym stopniu nagrzewania się elementów elektrycznych w zależności od ich obciążenia. Jako narzędzie do kontroli systemów elektrycznych, kamery pokazują związane z nimi ciepło ze stratami rezystancyjnymi. Wystarczy nawet lekkie nagrzewanie.
Podczas pomiaru temperatury w rozdzielnicach, szafach rozdzielczych, skrzynkach bezpiecznikowych, systemach oświetleniowych i wiązkach kablowych można wykryć wadliwe elementy, nierównomierne rozłożenie obciążenia i złe połączenia, które mogą prowadzić do przegrzania. Takie elektrycznie słabe punkty na komponentach są bez odpowiedniego sprzętu trudne do wykrycia. Za pomocą kamery termowizyjnej wykonuje się kontrolę w kilku prostych krokach w celu ustalenia ewentualnych uszkodzeń. Pomiar w podczerwieni jest możliwy nawet na duże odległości, np. w przypadku linii wysokiego napięcia lub instalacji elektrycznych w zabezpieczonych miejscach.
Termogramy pomagają w rozpoznaniu większego zużycia energii i pożeraczy energii. W przeciwieństwie do urządzeń, które są odłączone od sieci, odbiorniki w trybie czuwania zwykle się nagrzewają.
Rysunek: Jeden z bezpieczników wydaje się być przegrzany. Gołym okiem nigdy nie odkryłbyś tego źródła zagrożenia.
Badanie materiałów
Przy pomocy kamer termowizyjnych można przeprowadzać bezdotykowe badania materiałów i komponentów w zakresie zastosowań przemysłowych. W tym celu przedmiot jest odpowiednio podgrzewany lub odkształcony, tak aby ukryte wady można było zmierzyć poprzez ich różne zachowania termiczne.
Urządzenia sanitarne, grzewcze i klimatyzacyjne
Obrazy z kamer termowizyjnych pomagają w planowaniu ogrzewania i klimatyzacji oraz w projektowaniu systemów wentylacyjnych. Jeśli chodzi o wykrywanie i usuwanie nieszczelności w rurach, przewodach i zaworach, coraz większą rolę odgrywa, oszczędzająca czas i koszty, technologia obrazowania termowizyjnego. Inne zastosowania termowizji to badanie izolacji przewodów i diagnozowanie ewentualnych uszkodzeń przewodów zasilania i systemów ciepłowniczych.
Aplikacje bezpieczeństwa
Termografia wykrywa osoby nieupoważnione w strefach bezpieczeństwa i zapobiegania wypadkom. W sektorze rolnictwa grunty, na których rosną uprawy, mogą być kontrolowane przed wprowadzeniem maszyn pod kątem ukrytych zwierząt.
W przypadku straży pożarnej i służb technicznych kamery termowizyjne są używane do wykrywania pożarów, przeprowadzania akcji gaśniczych i poszukiwania ludzi. W produkcji i magazynowaniu, termografia zapobiega ewentualnym pożarom przemysłowym z niewykrytych w inny sposób źródeł ciepła.
Jak działa kamera termowizyjna?
Systemy kamer termowizyjnych składają się zasadniczo z czterech elementów: soczewki, detektorów, elektroniki i wyświetlacza.
Zasada działania: promieniowanie cieplne przechodzi przez soczewkę systemu do detektora podczerwieni jako czujnika. Przekształca on promienie podczerwieni na sygnały elektryczne w zależności od ich intensywności. Elektronika oblicza dane temperaturowe na podstawie informacji elektrycznych i sprawia, że są one widoczne na wyświetlaczu jako obraz termiczny.
Promieniowanie podczerwone ma większą długość fali niż normalnie widzialne światło. Dłuższe fale rozprzestrzeniają się w inny sposób niż światło i mogą np. przenikać przez dym. Ta właściwość wykorzystuje np. straż pożarna, aby widzieć przez dym.
Kamery mogą monitorować rozkład temperatury całej powierzchni. W przeciwieństwie do pirometru punktowego, obraz z kamery termowizyjnej pokazuje znacznie więcej informacji o rozkładzie temperatur. Dzięki pomiarowi większego obszaru zmniejsza się ryzyko pominięcia poszczególnych punktów krytycznych i punktów zapalnych.
Praktyczna porada
Ważnym punktem podczas używania kamer termowizyjnych są właściwości powierzchni. Bardzo gładkie powierzchnie, takie jak szkło lub polerowane metale odbijają promieniowanie cieplne. Ten aspekt należy wziąć pod uwagę przy ocenie obrazów termicznych.
Najważniejsze cechy kamer termowizyjnych
Zakup kamery termowizyjnej jest inwestycją długoterminową, dlatego urządzenie powinno być optymalnie dopasowane do Twoich indywidualnych potrzeb. Poniższe cechy pomogą w wyborze produktu.
- Czułość termiczna
Czułość termiczna lub rozdzielczość temperaturowa jest podawana w °C lub mK (millikelwinach) i wskazuje, jak dobrze kamera może rozdzielić dwie wartości temperatur, które są blisko siebie. Im lepsza czułość termiczna, tym mniejsza różnica temperatur, jaką może zarejestrować kamera.
- Zakres i dokładność pomiaru temperatury
Zakres pomiaru temperatury jest zakresem pracy kamery termowizyjnej i może wahać się od -40°C do +2000°C. Dokładność wskazuje maksymalne odchylenie zmierzonej temperatury od rzeczywistej wartości temperatury i tym samym tolerancję błędu.
- Matryca bolometryczna
Matryca bolometryczna oznacza liczbę punktów pomiarowych, a tym samym rozdzielczość kamery termowizyjnej. Wraz z czułością termiczną tworzą one dwie decydujące cechy kamery termowizyjnej. Matryca bolometryczna zazwyczaj waha się od 60 x 60 pikseli przy niedrogich urządzeń dla początkujących, do 648 x 480 pikseli dla najlepszych modeli do wymagających zadań.
- Rozdzielczość wyświetlacza
Rozmiar wyświetlacza i rozdzielczość decydują o tym, jak wygodnie można oglądać obrazy. Rozdzielczość wyświetlacza LCD jest technicznie niezależna od matrycy bolometrycznej i zazwyczaj wyższa.
Wysoka rozdzielczość ma również znaczenie w odniesieniu do konwencjonalnej kamery cyfrowej wbudowanej w wiele kamer termowizyjnych. Za pomocą funkcji „obrazu w obrazie” lub widoku nakładanego (Thermal Fusion) obrazy rzeczywiste są łączone na wyświetlaczu z obrazami na podczerwień, co pozwala na przyporządkowanie, interpretację i analizę obrazu.
- Częstotliwość obrazu
Jeśli chcesz nagrywać ruchome obiekty lub robić zdjęcia ciągłe, ważnym czynnikiem jest częstotliwość obrazu. Im wyższa częstotliwość obrazu, tym szybciej kamera pracuje i tym więcej zdjęć na sekundę może wykonać.
- Kalibracja;
Aby uzyskać dokładne pomiary temperatury, kamery są fabrycznie kalibrowane.
- Interfejsy i przyłącza
Kamery wyposażone w port USB można łatwo podłączyć do komputera PC lub notebooka w celu wygodnego kopiowania plików lub przesyłania obrazu na żywo do komputera. Na komputerze termogramy można wyświetlić i przeanalizować za pomocą oprogramowania termograficznego oraz nagrywać filmy termowizyjne. Typowe opcje połączeń dla kamer to USB-C, micro-USB i mini-USB.
Modele z WLAN lub Bluetooth przesyłają na żywo nagrania lub obraz do komputera, notebooka, smartfona w sposób bezprzewodowy.
Kamery IR wyposażone w złącze Apple Lightning są zoptymalizowane do podłączenia do urządzeń mobilnych firmy Apple, takich jak iPhone lub iPad.
HDMI i DisplayPort umożliwiają wyświetlanie obrazu termowizyjnego na monitorach, telewizorach i projektorach wideo.
Jeśli kamera na podczerwień posiada gniazdo SD lub port microSD obrazy można zapisywać na karcie SD.
- Palety kolorów
Wielkość palety kolorów określa, w jaki sposób mogą być wyświetlane kolory zdjęć w podczerwieni. Ustawienia kolorów są zależne od producenta, a tym samym od modelu. Do palety kolorów dostępnych dla większości producentów zalicza się tryb odcieni szarości, w którym rosnące ciepło jest przedstawiane w formie odcieni bieli.
Dzięki pełnej palecie kolorów lub ustawieniu kolorów tęczy można zobaczyć kolorowy obraz termiczny, w którym różne temperatury są wyświetlane w różnych kolorach o wysokim kontraście, a więc wyraźnie widoczne.
Paleta kolorów lód zapewnia monochromatyczne wyświetlanie, w którym cieplejsze obszary są białe, a najcieplejsze są kolorowe dla lepszej identyfikacji.
Kamery IR z chłodzonym detektorem podczerwieni
Jeśli chcesz wykonać niezwykle precyzyjne pomiary w podczerwieni i masz najwyższe wymagania, należy rozważyć zakup kamery termowizyjnej z chłodzonym detektorem podczerwieni. Modele te zapewniają doskonałą jakość obrazu w porównaniu z ich niechłodzonymi odpowiednikami. Są one jednak z reguły znacznie droższe i nie są tak poręczne.