Termografija – školovanjeoccush.vtsnis.edu.rs/aktivnost_8/tribina_Uzice_jun_2012/...- izrada termograma istih mernih mesta pri jednakim uslovima - ispoštovati uticaj vetra (

Termografija školovanjeTermografija – školovanje

SadržajSadržaj

U d• Uvod

• Teorijske osnove termografije

• Termografska kamera

• Aplikacije

Termografija - školovanje

Teorijske osnoveTeorijske osnove

Postoje tri vrste prenosa toplote:Postoje tri vrste prenosa toplote:

- provođenje, prenošenje i zračenje toplote

Provođenje Prenošenje Zračenje

TsTemperature

of heatedsurface

SUR

FAC

E

* Čvrsti mater. * * Tečnosti & gasovi * * Površine *



Št i ?Šta merimo?

IC zračenje je deo elektromagnetnog spektra poput Xzraka, UV zraka, radio talasa, itd.

Elektromagnetno zračenje je definisano svojomtalasnom dužinom odnosno frekvencijom.talasnom dužinom odnosno frekvencijom.

Talasna dužina IC zračenja se meri u mikronima (m).j ( )



Vidljiva svetlost Radio talasiMikro talasi

1 km100 m10 m1 m100 mm10 mm1 mm100 µm10 µm1 µm0,1 µm0,01 µm10 Å1 Å0,1 Å

X-rayGamma UV IR (InfraIR (Infracrvenocrveno))SHF SWUHF VHF MW

1 µm0 4 0 7 2 µm 5 µm 10 µm 13 µm

Toplotno zračenje

1 µm0,4 0,7 2 µm 5 µm 10 µm 13 µm


Teorijske osnoveTeorijske 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 k žikoži

• Termovizijske kamere prepoznaju IR zračenje, koje it j ši i ti t t t šiemituje površina, i tim putem temperaturu površine

• Intenzitet emitovane energije je zavisan od temperature i i i ti šiemisivnosti površine

Poznavanje teorijskih osnova je neophodno za pravilnu interpretaciju snimljenih termograma !



IC ij i l k k t f d i d t čIC energija pri prolasku kroz atmosferu od izvora do posmatrača

Dugi talasiKratki talasi



• Većina industrijskih termovizijskih kamera deluje u opseguVećina 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 najvećinajveći

• je uticaj sunca na merenje minimalan

Propustnost atmosfere



Od kl it j IC ij ?Odakle se emituje IC energija?

Sva tela emituju IC zračenje u zavisnosti od svoje temperature 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 Čak i IC zračenje koje emituje kocka leda može se videti

termokamerom



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” ispredboja, da vidite distribuciju toplote na sceni ispred.


Teorijske osnovej

Kvalitativna termografijaKvalitativna termografija

Možemo da vidimo raspored toplote na slici bez interesovanja za temperaturu


Teorijske osnovej

Kvantitativna termografija

Možemo videti temperaturnu skalu i vrednosti u svakoj tačkiUslov - pravilno podešena emisivnost

Spt1 0,9°C



Šta “vidi” IC termokamera?

Termokamere “vide” termalnu energiju koju objekat Termokamere vide termalnu energiju koju objekat emituje

T k “ id ” t t M d j Termokamere “ne vide” temperaturu. Mogu da je proračunaju ako su pravilno podešene



E it ijEmitovana energija

T

ε

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



Emitovana energija kao funkcija temperatureEmitovana energija kao funkcija temperature

Stefan-Boltzmann-ov zakon

12.0

14.0

16.0

m2 ]

8.0

10.0

12.0

Rad

iatio

n [W

/cm

idljdlvdl

Spec

ific

R

ldlidl

sl sl Vsl isl esl jsl ssl vsl tsl asl oslTemperature T [°C]


Teorijske osnoveTeorijske osnove• Štefanov zakon emitovanja:

4

0

TdQQ

- Q … emitovani toplotni tok

- σ … Štefan-Boltzman-ova konstanta

ε emisivnost- ε … emisivnost

- T … apsolutna temperatura

• Emitovani toplotni tok, kako ga meri kamera: OPmer QQQ 1

- Qmer … emitovani toplotni tok, kako ga meri kamera

- QP … emitovani toplotni tok merene površine

- QO … emitovani toplotni tok okoline, koji se odbije od mete



I k d ž j ij l di1

bti t

• Iz zakona o održanju energije sledi:

- α … apsorbtivnost

- τ … transmisivnost

ρ reflektivnost- ρ … reflektivnost

• Kirchoffov zakon kaže da je dobar apsorber i dobar emiter)()(

• Za neprozirna tela (τ = 0) sledi:

)()(

1 sledi 1

Visoka emisivnost → niska reflektivnostVisoka emisivnost → niska reflektivnost



Emisivnost (ε)s os (ε)

-Emisivnost tela je njegova sposobnost da zrači termalnu energiju u zavisnosti od njegove realne temperaturezavisnosti 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 dužinetemperature i talasne dužine- Izbor odnosno određivanje prave emisivnosti površine koju merimo:

- podaci o emisivnosti materijala u literaturi (tabele)

- pomoću kontaktnog termometra (∆T 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)


Teorijske osnove

Različite emisivnosti na površini iste temperature

j

Metalna čaša sa vrelom vodom

Visoka Niskaemisivnost na obojenom delu

emisivnost načistom delu

Razlika u temperaturi između dva dela čini se očiglednom. Ustvarnosti jedina razlika je u emisivnosti.

Teorijske osnoveTeorijske osnove• 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



Specifična toplotaSpec č a op o a- 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 obzirmerenju to uzeti u obzir

- Korisno za određivanje nivoa kao i nečistoća u tankovima (tečnost-gas), za otkrivanje curenja ravnih krovova,…


Teorijske osnoveTeorijske osnoveTemperatura 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 kameruj

- Načini određivanja pomenute temperature RTC su:

IzgužvanaKamera

- temperatura okoline

Merena površina

Izgužvana aluminijumskafolija

- izmeriti temperature površina koje zrače na merenu površinu- pred merenu površinu postaviti naboranu kuhinjsku aluminijumsku foliju, koja

deluje kao difuzni reflektor



Bit i t i k j t b d iti d bi t č ili T

Parametri merenja

Bitni parametri koje treba podesiti da bi tačno merili T:

• Emisivnost• Emisivnost

• Reflektovana temperatura

•Atmosferska temperatura

•Relativna vlažnostRelativna vlažnost

•Rastojanje (ne utiče mnogo do 10 metara)


Termografska kameraTermografska kamera

• Izrada termokamera za civilne namene počela je 19651965.

• Poslednjih godina se sve više koriste u raznim oblastima pre svega zbog pristupačnijih cenaoblastima pre svega zbog pristupačnijih cena

• Omogućuju prikaz toplotnih odnosa koje ljudskom oku nisu vidljiveljudskom oku nisu vidljive



SastavSas a

IR zračenjekoje merimoIR

Optika IR kamera

koje merimo

453¡C

SP1 470¡C

EMS ¯.85

S

T

Objekat OzračjeIR Detector

Ekran

Elektronika

IR Detector



IR detektor je glavni deo termovizijske kamere,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

j iji d li 640 480 d t kt kih l tnajnovijim modelima 640x480 detektorskih elemenata.


Termografska kameraTermografska kameraOptika je namenjena prenosu slike na detektor, izrađena je j j jpo istim principima kao optika za vidljivu svetlost.

Bitna razlika je u materijalu od kog je optika izrađena, jer št ti IR č j N jč šć j t bljmora 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 ekranutermička slika je pak prikazana na LCD ekranu

Većina kamera poseduje programe za kvantitativnu analizu, koji omogućavaju određivanje temperature u bilo kojoj tačkikoji omogućavaju određivanje temperature u bilo kojoj tački na termičkoj slici


Termografska kameraTermografska kameraOptička 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 mradVidno polje pojedinog detektora IFOV je izraženo u mrad

(veličina merene površine (mm) = IFOV x razdaljina (m))

Minimalna merena površina IFOVM je takođe izražena u mradp M j

(IFOVM = 3 x IFOV)

Minimalna merena površina je lako izražena i preko D:S

(veličina merene površine = razdaljina / (D:S))



Minimalna merena površina

P šiPovršina koju merimo



o po

ljeVi

dno

Razdaljina do površine0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100



• Objašnjenje pojedinih osobina i podešavanja termovizijske• Objašnjenje pojedinih osobina i podešavanja termovizijske kamere

- komplet, kamera (priključci, podešavanja, sočiva),komplet, kamera (priključci, podešavanja, sočiva), snimanje i pojedina podešenja kamere

• Objašnjenje priložene programske opreme• Objašnjenje priložene programske opreme- prenos memorisanih termičkih slika na računar, obrada

slika, izrada izveštaja



IR Fusion nadgradnja sa digitalnim fotoaparatom• IR Fusion – nadgradnja sa digitalnim fotoaparatom

IR SLIKA VIDLJIVA SLIKA IR SLIKA / VIDLJIVA SLIKA

(α BLENDING)

SLIKA U SLICI IR ALARMI


AplikacijeAplikacije

Termografija omogućava otkrivanje nepravilnosti u ranoj fazi i samim timTermografija omogućava otkrivanje nepravilnosti u ranoj fazi i samim tim sprečavanje kvara, što znači:

- povećanje bezbednostipovećanje bezbednosti

- poboljšanje pouzdanosti sistema

- smanjenje broja nepredviđenih ispada- smanjenje broja nepredviđenih ispada

- smanjenje troškova popravke (planiranje popravki)

smanjenje troškova održavanja (manji lager rez delova)- smanjenje troškova održavanja (manji lager rez. delova)

- produženje životnog veka

ć j i d j i b ljš j k t l k lit t- povećanje proizvodnje i poboljšanje kontrole kvaliteta

Kod termografije na području održavanja je vrlo bitna istorija snimaka.


AplikacijeAplikacije

• Proizvodnja i distribucija električne energije (pregledi• 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• Otkrivanje grešaka odnosno kontrola u proizvodnji

• Pregledi štampanih veza

Otk i j t ij l ih t ž• Otkrivanje potencijalnih mesta požara

• Upotreba u medicini


Aplikacije električni sistemiAplikacije – električni sistemi

• Termografija na elektro području

- opterećenje bar 40 % (što više to bolje)

- slabi spojevi odnosno preopterećenje, nesimetričnost

upoređivanje jednako opterećenih faza (relativne temperature)- 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 ))- apsolutne temperature (visoka emisivnost (rupe, boja,…))


Aplikacije mehanički sistemiAplikacije – 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 uslovimaizrada termograma istih mernih mesta pri jednakim uslovima

- najčešće aplikacije

kontrola ležajeva, zupčanika (povećano trenje)

elektromotora (ležajevi, preopterećenost)

kvačila (nepravilna osnost)

k iš i i l i ( ć j )kaiševi, remeni, lanci (povećano trenje)

ozid visokotemperaturnih peći (erozija)

izolacija, protok u cevimaizolacija, protok u cevima


Aplikacije mehanički sistemiAplikacije – mehanički sistemi

nivoi u rezervoarima (različit toplotni kapacitet)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


Aplikacije građevinarstvoAplikacije – građevinarstvo

• Termografija na području građevinarstva• 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 orijentacija, uticaj vetraut caj su ca, a č ta o je tac ja, ut caj et a

- otkrivanje vlage na ravnim krovovima (sunčan dan, merenje po zalasku)

t đi j i t ti l ( lj T j iš t T j iž )- 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)j j p ( , p )


Aplikacije građevinarstvoAplikacije – građevinarstvo


Documents

Termografija – školovanjeoccush.vtsnis.edu.rs/aktivnost_8/tribina_Uzice_jun_2012/...- izrada termograma istih mernih mesta pri jednakim uslovima - ispoštovati uticaj vetra (