Termografija – školovanje

Termografija – školovanje

Sadržaj

• Uvod

• Teorijske osnove termografije

• Termografska kamera

• Aplikacije

Termografija - školovanje

Teorijske osnove

Postoje tri vrste prenosa toplote:

- provođenje, prenošenje i zračenje toplote

* Čvrsti mater. *

Provođenje

* Tečnosti & gasovi *

Prenošenje Zračenje

Ts

Temperature

of heated

surface

SURFACE

* Površine *


Teorijske osnove

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).


Teorijske osnove


1 µm0,4 0,7 2 µm 5 µm 10 µm 13 µm

Toplotno zračenje

Vidljiva svetlost

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

X-rayGamma UV IR (Infracrveno)SHF SWUHF VHF MW

Radio talasiMikro talasi

Teorijske 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 koži

• Termovizijske kamere prepoznaju IR zračenje, koje emituje površina, i tim putem temperaturu površine

• Intenzitet emitovane energije je zavisan od temperature i emisivnosti površine

Poznavanje teorijskih osnova je neophodno za pravilnu interpretaciju snimljenih termograma !


Teorijske osnove

IC energija pri prolasku kroz atmosferu od izvora do posmatrača


Dugi talasiKratki talasi

Teorijske osnove

Propustnost atmosfere

• 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


Teorijske osnove

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


Teorijske osnove

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.


Teorijske osnove

Kvalitativna termografija

Možemo da vidimo raspored toplote na slici bez interesovanja za temperaturu


Teorijske osnove

Kvantitativna termografija

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

Spt1 0,9°C


Teorijske osnove

Šta “vidi” IC termokamera?

Termokamere “vide” termalnu energiju koju objekat emituje

Termokamere “ne vide” temperaturu. Mogu da je proračunaju ako su pravilno podešene


Teorijske osnove

Emitovana energija

T

ε

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


Teorijske osnove

Emitovana energija kao funkcija temperature

Stefan-Boltzmann-ov zakon

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

-50 50 150 250 350 450 550 650 750 850 950

Temperature T [°C]

Sp

ecif

ic R

adia

tio

n [

W/c

m2]


Teorijske osnove

4

0

TdQQ

• Štefanov zakon emitovanja:

- Q … emitovani toplotni tok

- σ … Štefan-Boltzman-ova konstanta

- 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


Teorijske osnove

1 - α … apsorbtivnost- τ … transmisivnost- ρ … reflektivnost

• Iz zakona o održanju energije sledi:

• Kirchoffov zakon kaže da je dobar apsorber i dobar emiter

• Za neprozirna tela (τ = 0) sledi:

1

)()(

sledi 1

Visoka emisivnost → niska reflektivnost


Teorijske osnove

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 (ΔT 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)


Različite emisivnosti na površini iste temperature

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.

Metalna čaša sa vrelom vodom

Teorijske osnove

Teorijske osnove

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

• Tabela emisivnosti (ε) različitih materijala


Teorijske osnove

Specifična toplota - 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

(tečnost-gas), za otkrivanje curenja ravnih krovova,…


Teorijske osnove

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:

- temperatura okoline - izmeriti temperature površina koje zrače na merenu površinu - pred merenu površinu postaviti naboranu kuhinjsku aluminijumsku foliju, koja deluje kao difuzni reflektor

Merena površina

Izgužvana aluminijumska folija

Kamera


Teorijske osnove

Bitni parametri koje treba podesiti da bi tačno merili T:

• Emisivnost

• Reflektovana temperatura

• Atmosferska temperatura

• Relativna vlažnost

• Rastojanje (ne utiče mnogo do 10 metara)

Parametri merenja


Termografska kamera

• Izrada termokamera za civilne namene počela je 1965.

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

• Omogućuju prikaz toplotnih odnosa koje ljudskom oku nisu vidljive


Termografska kamera

Sastav

Objekat

Optika

Ozračje

IR Detector Ekran

453¡C

SP1 470¡C

EMS ¯.85

IR kamera

IR zračenjekoje merimoIR

Elektronika

S

T


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 640x480 detektorskih elemenata.


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 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 ekranu

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


Termografska 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 mrad

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

Minimalna merena površina IFOVM je takođe izražena u mrad

(IFOVM = 3 x IFOV)

Minimalna merena površina je lako izražena i preko D:S

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


Termografska kamera

Minimalna merena površina

Površina koju merimo


Termografska kamera

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

Vid

no

po

lje


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


Termografska kamera

• IR Fusion – nadgradnja sa digitalnim fotoaparatom

IR SLIKA VIDLJIVA SLIKA IR SLIKA / VIDLJIVA SLIKA

(α BLENDING)

SLIKA U SLICI IR ALARMI


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.


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


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,…))


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


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


Aplikacije – građevinarstvo

• Termografija na području građevinarstva

- energetski pregledi zgrada - temperatura na spoljnom omotaču ΔT>10K, prostori na istoj temperaturi

otkrivanje loše izolacije, toplotnih mostova, vlage, nedihtovanja (blowerdoor)

uticaj sunca, različita orijentacija, uticaj vetra

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

- 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)


Aplikacije – građevinarstvo


Documents

Termografija – školovanje