Термографски системи
Начало > Измервателна техника > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 6, 2007
Област на приложение, характеристики и специфициране на системите
Достоверната и точна информация за състоянието на съоръженията, получена от термографските системи, обуславя все по-широкото им приложение в повечето отрасли на промишлеността. Термографските системи успешно се използват при тестване на електрооборудване, механични системи и машини, за контрол състоянието на топлинната изолация на резервоари, котли и отоплителни съдове, огнеупорни изолации, лесно откриване на пукнатини в тръбопроводи, нефтопроводи и други.
Тестване на електрооборудване
Изправността на електрооборудването е един от основните фактори, определящ безпроблемното протичане на индустриалните процеси. При използване на стандартните методи за проверка с цел откриване на дефекти в електрооборудването, в повечето случаи се налага прекъсване на електрозахранването, което води до нарушаване на производствения процес. Едно от основните предимства на термографските системи е възможността за тестване на всеки елемент, независимо от неговото местоположение и в рамките на редовната му експлоатация. Термографските системи успешно се прилагат за тестване на електроапаратура ниско, средно и високо напрежение, включително трансформатори и далекопроводи. Освен навременно откриване на дефекти, прилагането на термографските методи увеличава надеждността на работа на електрозахранващите системи, тъй като навреме се откриват некачествени електрически връзки и повреди в начален стадий, които биха могли да прогресират и доведат до скъпи ремонти, сериозни енергийни загуби и къси съединения.
Ползите от тестване на електрооборудването чрез термографски системи са трудно изразими в парична стойност. Необходимата инвестиция не е малка, но в практиката не са редки случаите, в които с откриването и отстраняването само на един дефект се изплащат вложените средства.
Тестване
на механични системи
Инфрачервената термография е диагностичен метод, с прилагането на който освен навременно откриване на дефекти в електрооборудването, се постига и значително намаляване на производствените разходи, свързани с поддръжката на механични възли и системи.
Факт е, че в процеса на експлоатация на механичните системи и машини се отделя значително количество топлинна енергия, която повишава температурата на определени техни елементи. Известно е, че всеки механичен елемент се характеризира с определена допустима работна температура. Снемането на температурния профил на съоръженията с помощта на инфрачервените камери в процеса на пуска им и при редовната им експлоатация позволява навременно откриване на възникнали аномалии и дава възможност за своевременно отстраняване на възникналия проблем.
С термографските диагностични методи бързо и лесно се откриват проблеми при лагерни тела, зъбни предавки, компресори и топлообменници чрез измерване на по-високата им температура, вследствие на триене или проблеми с охлаждането. Получават се точни данни за състоянието на изолацията на тръбопроводи и пещи. Проверката на огнеупорността на съоръженията и навременното откриване на дефект би могло да спести много разходи. Безпроблемно и точно се тестват помпи, двигатели и друго важно производствено оборудване.
Наблюдение
на процеси
Част от производствените процеси в промишлеността протичат без прекъсване. Наблюдението и контролът на температурата на процеса в реално време е от изключителна важност за оптималното му и безопасно протичане. Изискването се отнася с особена сила за петролни рафинерии, в процесите на стоманодобив, целулозно-хартиената индустрия, химическата индустрия и др. Възникването на аварийни ситуации и непредвидени престои на производствените процеси е свързано с големи финансови загуби, а при редица производства е и технологично недопустимо. Използването на възможностите, които предлагат съвременните термографски системи, позволява предварително планиране на необходимите ремонти и поддържане на процесните параметри в оптималните им стойности, което повишава не само надеждността на протичане на процеса, но и съдейства за подобряване качеството на продукцията и увеличаване на обемите произведена продукция.
Качество
на продукция
Освен контрол и тестване на механично и електрическо оборудване, термографските системи се използват успешно и за проследяване качеството на произвеждана продукция. С помощта на инфрачервени камери безпроблемно се откриват несъвършенства на пластмасови отливки или гумени изделия, например. Своевременно се намират промени във физичните характеристики като корозия, ерозия, изтъняване, пукнатини и други.
Честотата на инспекция се определя от редица фактори, сред които - вид на контролирания обект, текущото му състояние, специфики при използването му и други. Основната цел е осигуряване на безопасна и ефективна работа на съоръженията. В определени случаи, при които данните, получени от термографските системи, не дават достатъчно изчерпателна информация за състоянието на определен обект, е възможно комбинирането им с ултразвуков метод, вибрационен анализ и други.
Специфициране на термографски системи
Препоръчително е преди да се вземе решение за закупуване на термографска система, точно да се дефинират техническите задачи, които тя ще изпълнява, както и внимателно да се определят и анализират обектите, които ще бъдат изследвани. Върху избора на термографска система влияние оказват не само спецификите на изследваните обекти и условията, при които ще работи камерата, но и наличното минимално разстояние от нея до тествания обект. За да се избегне нарушаване на производствените процеси и за да се осигури безопасност на протичане на технологичните процеси, проверяваните съоръжения се подреждат по приоритет и предварително се определя честотата, с която ще се изследва всеки обект. Освен на изследвания обект е необходимо да се проучи и термичният контраст на заобикалящите го предмети. Не без значение е и професионалната подготовка на термографиста, работещ със системата.
Характеристики
на термографски камери
Точността, с която термографските камери сканират обектите, зависи от различни фактори. От основно значение са техническите характеристики на камерата - чувствителност, разделителна способност и възможностите на блока за обработка на сигнала.
Чувствителността на камерата се дефинира като способност да отчете и най-малката промяна в температурата на изследвания обект. Обикновено чувствителността на една камера се изразява като шумов еквивалент на температурната разлика или NETD (Noise Equivalent Temperature Differential), който представлява най-малката температурна разлика, която камерата би могла да засече при статични условия на работа. Коефициентът NETD се определя при лабораторни условия, докато реалната, действителната чувствителност на камерата зависи от условията на конкретното приложение. При работа на инфрачервената камера в ниско- и високотемпературен режим се налага да се избере модел с температурна компенсация.
Възможността камерата да фокусира равнината на изследвания обект върху достатъчно голям брой пикселни елементи определя разделителната й способност.
Към техническите характеристики на блока за обработка на сигнала спадат способността му да обработи генерирания от детектора на камерата сигнал. Образът на обекта се проектира от оптичната система във фокусната равнина на камерата, в която се намира FPA детекторът. При по-висока скорост на обработка на сигнала, генерираният от камерата образ на обекта е сравнително по-прецизен в сравнение с камера, работеща с по-ниска честота на сканиране.
Скоростта на сканиране е определящ фактор за точността на измерване на камерата, особено при заснемане на подвижни обекти. Обикновено скоростта, с която електронният блок на камерата обработва сигнала от FPA детектора, е аналогична на т.нар. скорост на затвора на фотоапаратите или видеокамерите.
За постигане на оптимален избор е добре да се вземат предвид температурата на околната среда, за която системата е проектирана и калибрирана да работи, добре е да се познават възможностите за бъдещо развитие на материално-техническата база в завода, както и системата да се тества в реални експлоатационни условия.
Работни разстояния
на камерите
Работните разстояния определят вида на оптиката, която следва да се използва за изследване на определените обекти. С цел улесняване на потребителите, камерите се доставят със стандартна оптика, която осигурява достатъчно качествени образи в голяма приложна област. При обекти, намиращи се на твърде далечни разстояния или прекалено близки, за получаването на добро изображение е необходимо използването на допълнителни обективи. Някои от камерите стандартно се предлагат с набор от допълнителни обективи, включително телеобектив за отдалечени обекти, широкоъгълен обектив за намиращи се близо обекти, микроскопски обектив за сканиране на обекти с малки размери и др.
Специфики
на термографските измервания
За да се получат достоверни и точни данни при работата на една термографска система, е добре да се отчете способността на телата да поглъщат, излъчват, отразят и пропускат топлинна енергия.
Излъчваща способност
(e) на телата. Всеки отделен материал се характеризира с определена излъчвателна способност, стойността на която за различни материали обикновено се дава в таблици. Препоръчително е таблиците предимно да се използват като ориентир, а точната стойност на e да се определи преди измерването, тъй като зависи освен от агрегатното състояние и химичния състав на телата, и от характера на повърхността им. Следва да се отчита фактът, че всички термографски системи са калибрирани за работа с абсолютно черно тяло, което е с излъчвателна способност e = 1, а за всички останали материали тази стойност е под единица. Например, за оксидираната стомана e = 0,8, т.е. в сравнение с абсолютно черно тяло, тя излъчва 80 % от погълнатата от нея електромагнитна енергия.
Отражателна способност.
Не са редки случаите в промишлеността, когато трябва да се измери температурата на обект, намиращ се в нагрята пещ или друго съоръжение с висока температура. За да се получат точни данни при измерването, е необходимо да се вземе предвид способността на телата да отразяват попадналата върху тях електромагнитна енергия. Проблемът е, че при този тип измервания температурата на заобикалящата среда е по-висока от температурата на изследвания обект и при измерването освен температурата на обекта се отчита и отразената от стените на пещта енергия.
Пропускателна способност.
Прозрачните материали като стъкло, пластмаса, някои полупроводници и др. се характеризират със способността си свободно да пропускат попадналата върху тях електромагнитна енергия. В зависимост от това коя температура се измерва - върху повърхността или под нея, е необходимо измерването да се извърши с различна дължина на електромагнитната вълна. При пластмасите, например, за намаляване на грешката при измерване, следва да се използва l, за която съответният материал е непрозрачен. За измерване температурата във вътрешността на стъклени изделия се препоръчва измерването да се проведе с дължина на вълната l = 1 mm, l = 2,2 mm и l = 3,9 mm. Препоръчва се за измерване повърхностната температура на стъклени изделия да се използва сензор за дължина на електромагнитната вълна по-голяма от 5 микрометра.
Поглъщателна способност.
Способността на веществата да поглъщат попадналата върху тях електромагнитна енергия би могла да доведе до грешки при измерване на температурата на горещи тела, когато изследването се провежда в запрашена среда, при наличието на дим или при замърсяване на оптиката на системата. В подобни приложения част от енергията на изследваните обекти се поглъща от заобикалящата ги среда, което води до измерване на по-ниска температура от действителната.
Допускането на грешки в измерването на температурата може да се дължи и на не доброто фокусиране на уреда, както и на лошо калибриране.
Вижте още от Измервателна техника
Новият брой 6/2024
