Uvod Teorijske osnove termografije Termografska kamera Aplikacije. Termografija - školovanje

Transcript

1 Termografija školovanje

2 Sadržaj Uvod Teorijske osnove termografije Termografska kamera Aplikacije

3 Postoje tri vrste prenosa toplote: - provođenje, prenošenje i zračenje toplote Provođenje Prenošenje Zračenje T s Temperature of heated surface SURFACE * Čvrsti mater. * * Tečnosti & gasovi * * Površine *

4 Šta merimo? IC zračenje je deo elektromagnetnog spektra poput X zraka, UV zraka, radio talasa, itd. Elektromagnetno zračenje je definisano svojom talasnom dužinom odnosno frekvencijom. Talasna dužina IC zračenja se meri u mikronima ( m).

5 Vidljiva svetlost Mikro talasi Radio talasi Gamma X-ray UV IR (Infracrveno) SHF UHF VHF SW MW 0,1 Å 1 Å 10 Å 0,01 µm0,1 µm 1 µm 10 µm 100 µm 1 mm 10 mm100 mm1 m 10 m 100 m 1 km Toplotno zračenje 04 0,4 07 0,7 1µm 2µm 5µm 10 µm 13 µm

6 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 t površine Intenzitet emitovane energije je zavisan od temperature i emisivnosti i površine Poznavanje teorijskih osnova je neophodno za pravilnu interpretaciju snimljenih termograma!

7 IC energija pri prolasku kroz atmosferu od izvora do posmatrača č Kratki talasi Dugi talasi

8 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

9 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

10 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.

11 Kvalitativna termografija Možemo da vidimo raspored toplote na slici bez interesovanja za temperaturu

12 Kvantitativna termografija Možemo videti temperaturnu skalu i vrednosti u svakoj tački Uslov - pravilno podešena emisivnost Spt1 0,9 C

13 Šta vidi IC termokamera? Termokamere vide termalnu energiju koju objekat emituje Termokamere ne vide temperaturu. Mogu da je proračunaju ako su pravilno podešene

14 Emitovana energija T ε Energija koju zrači objekat: E = f (T, ε)

15 Emitovana energija kao funkcija temperature Stefan-Boltzmann-ov zakon Specific Radiation [W/cm 2 ] vdl jdl idl ldl sl sl Vsl isl esl jsl ssl vsl tsl asl osl Temperature T [ C]

16 Štefanov zakon emitovanja: Q Q d T 0 - Q emitovani toplotni tok - σ Štefan-Boltzman-ova konstanta - ε emisivnost - T apsolutna temperatura Emitovani toplotni tok, kako ga meri kamera: Q mer Q 1 P 4 QO - Q mer emitovani toplotni tok, kako ga meri kamera - Q P emitovani toplotni tok merene površine - Q O emitovani toplotni tok okoline, koji se odbije od mete

17 Iz zakona o održanju energije sledi: 1 - α apsorbtivnost t - 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

18 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 ( T bar 10K>T OK ) - pomoću temperaturno otpornih nalepnica znane emisivnosti izradom rupe u merenom telu (ukoliko je to moguće) l=7xd (ε=0.98)

19 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.

20 Tabela emisivnosti (ε) različitih materijala Aluminum, polished 0.05 Platinum 0.08 Brick 0.85 Rubber 0.95 Bronze, polished 0.10 Snow 0.80 Bronze, porous 0.55 Steel, galvanized 0.28 Copper, oxidized 0.65 Steel, rolled 0.24 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

21 Specifična č toplota opo - 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,

22 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

23 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)

24 Termografska kamera Izrada termokamera za civilne namene počela je Poslednjih godina se sve više koriste u raznim oblastima pre svega zbog pristupačnijih cena Omogućuju prikaz toplotnih odnosa koje ljudskom oku nisu vidljive

25 Termografska kamera Sastav a IR IR zračenje koje merimo Optika IR kamera S T 453 C SP1 470 C EMS.85 Elektronika Objekat Ozračje IR Detector Ekran

26 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 640x detektorskih kih elemenata.

27 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 ti IR zračenje. č 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

28 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 IFOV M je takođe izražena u mrad (IFOV M = 3 x IFOV) Minimalna merena površina je lako izražena i preko D:S (veličina merene površine = razdaljina / (D:S))

29 Termografska kamera Minimalna merena površina Površina koju merimo

30 Termografska kamera o polje Vidno Razdaljina do površine

31 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

32 Termografska kamera IR Fusion nadgradnja sa digitalnim fotoaparatom IR SLIKA VIDLJIVA SLIKA IR SLIKA / VIDLJIVA SLIKA (α BLENDING) SLIKA U SLICI IR ALARMI

33 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.

34 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

35 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, ))

36 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

37 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

38 Aplikacije građevinarstvo Termografija na području građevinarstva - energetski pregledi zgrada - temperatura na spoljnom omotaču T>10K, prostori na istoj temperaturi otkrivanje loše izolacije, toplotnih mostova, vlage, nedihtovanja (blowerdoor) uticaj sunca, različita č orijentacija, ja, uticaj vetra - otkrivanje vlage na ravnim krovovima (sunčan dan, merenje po zalasku) -utvrđivanje prisutnosti ti vlage (spolja-t Tje viša, unutra-t Tje niža) - nisko emisivne i hlađene površine izgledaju hladnije -utvrđivanje curenja toplovoda (suvo vreme, po noći)

39 Aplikacije građevinarstvo