Какую температуру регистрирует тепловизор
Перейти к содержимому

Какую температуру регистрирует тепловизор

  • автор:

Тепловизоры: визуализация разницы температур

Все тела с температурой выше абсолютного нуля излучают тепло, которое можно увидеть с помощью тепловизора. Это возможно благодаря тому, что он отображает разные диапазоны температуры разными цветами. В строительной термографии эта технология используется для диагностики зданий, например, для визуализации мостиков холода в здании.

В отопительных системах с помощью термографии проводят проверку функционирования тёплых полов или выявляют утечки неразрушающим способом. Во время технического обслуживания тепловизоры позволяют увидеть износ системы до того, как произойдёт отказ.
В наше время быстрый и эффективный поиск отказов едва ли возможен без современного тепловизора.

Основные преимущества термографии:

  • Отображение распределения или разницы температур на термограмме
  • Выявление в системах точек с повышенной температурой
  • Бесконтактное измерение
  • Обнаружение различных объектов в темноте

Универсальные
тепловизоры

Building thermography with testo 870

Удобное управление, прочная конструкция и практичные функции.
Идеальные тепловизоры для контроля состояния зданий и других повседневных задач.

Тепловизоры для
профессиональных задач

Infrared thermography with testo 885

Визуализируют самые незначительные разницы температур и имеют сменные объективы.
Идеальные тепловизоры для технического обслуживания и других профессиональных задач.

Тепловизоры
класса Hi-end

Thermal imaging camera testo 890

Благодаря большому размеру детектора позволяют получать точнейшие термограммы мегапиксельного качества для контроля компонентов малого размера.
Идеальные тепловизоры для исследований и разработки.

Практическое руководство по термографии

Термография: как для дома, так и на производстве

Температуру можно измерить обычным термометром. Но это можно сделать только в одной точке. Для мониторинга большого участка постоянные точечные замеры требуют непропорционально много сил, времени и затрат. При этом тепловизор даёт возможность увидеть температуру прямо на картинке, потому что он регистрирует распределение температур по поверхности. Это позволяет выделять отдельные участки или множество объектов, потому что их температура отличается от заданной.

Для отображения температур тепловизор использует инфракрасное излучение.

Метод термографии используется, в частности, в таких областях:

  • Строительная термография: диагностика зданий, анализ дефектов теплоизоляции, локализация протечек, диагностика тёплых полов
  • Фотоэлектрические элементы: выявление дефектных ячеек и проверка электрических соединений
  • Промышленность: обслуживание электрических и механических установок
  • Отопительная техника: проверка работы тёплых полов или локализация протечек
  • Научно-технические разработки: для регистрации кривых температур при разработке и тестировании печатных плат и экспериментальных установок, всегда, когда необходимо показать разницу температур

Области применения тепловизоров с распространением этой технологии становятся всё шире и разнообразнее. В целом, термография очень помогает выявлять источники тепла, а сферы её применения в будущем продолжат расширяться.

Энергоаудит и поиск протечек

Главное при выборе тепловизора

Testo предлагает большой выбор моделей тепловизоров, так что вы сможете найти подходящую модель для каждой задачи. Нужен ли вам тепловизор для ежедневного применения на стройплощадке или для профессионального использования в промышленности, мы поставим вам прибор в требуемой конфигурации. При выборе модели важно обратить внимание на следующее:

  • Размер детектора не менее 160 x 120 пикселей
  • Простое/интуитивное управление
  • Универсальное программное обеспечение для ПК для анализа и документирования

Термография в эксплуатации зданий

Измерение температуры камерой?

Инфракрасная камера измеряет и регистрирует температуру, наглядно показывает разницу температур и, таким образом, облегчает анализ, например, при строительном надзоре. Тепловизоры Testo оснащены полезными функциями. Так, функция SuperResolution увеличивает четкость изображения. Другие функции:

  • IRSoft: анализ данных термографии
  • SiteRecognition: сочетает в себе распознавание места съемки с управлением изображениями для воспроизведения измерений на одних и тех же объектах и собирания в базе данных изображений с одной измерительной локации
  • Мастер создания панорамных изображений: для отображения крупных объектов на одном изображении

Измерительные тепловизоры

В статье про классификацию тепловизоров по наличию измерительных функций мы разделили наблюдательные тепловизоры и измерительные тепловизоры. В этой статье поговорим об основных характеристиках и задачах измерительных тепловизоров.

Измерительные тепловизоры визуализируют инфракрасное излучение объектов и позволяют бесконтактно измерять температуру их поверхности.

Тепловое излучение испускается всеми окружающими нас объектами. Это излучение регистрирует тепловизор. Мощность и спектральный состав теплового излучения объекта контроля определяются законами излучения и зависят от температуры поверхности объекта, характеристик его поверхности и окружения. Чем выше температура объекта, тем мощнее его собственное тепловое излучение. Пересчет мощности излучения в температуру поверхности объекта тепловизор выполняет на основе заводской калибровки и указанных оператором условий тепловизионной съемки. Таким образом происходит не только визуализация инфракрасного излучения объекта, но и измерение температуры в каждой точке его поверхности.

Настройки измерительных тепловизоров

Как я уже сказал выше, для пересчета мощности ИК-ихлучения в температуру измерительный тепловизор использует определенные настройки, за которые отвечает оператор. Правильность этих настроек во многом определяет точность измерения температуры тепловизором. Важно правильно настраивать тепловизор при решении количественных задач диагностики, т.е. когда решение о состоянии объекта принимается на основе измеренных значений температуры.

Во всех измерительных тепловизорах мы встретим настройку параметров, отвечающих за учет отражений в наблюдаемой поверхности. К этим настройкам относятся:

  • коэффициент излучения (КИ) поверхности объекта контроля,
  • отраженная кажущаяся (радиационная) температура.

Во многих измерительных тепловизорах, исключая самые дешевые модели с маленькой матрицей, дополнительно вводится поправка на влияние атмосферы. К этим настройкам относятся:

  • дистанция от тепловизора до поверхности объекта,
  • температура воздуха, находящегося межу тепловизором и объектом,
  • относительная влажность воздуха, находящегося межу тепловизором и объектом.

Применение измерительных тепловизоров

Сферы применения наблюдательных тепловизоров и измерительных тепловизоров практически не пересекаются. Большинство статей, литературы и информации на сайте teplonadzor.ru посвящено технической диагностике и тепловизионным обследованиям с применением измерительных тепловизоров. Поэтому в дальнейшем под термином «тепловизор» мы будем иметь ввиду именно измерительный тепловизор.
Измерительные тепловизоры можно разделить по сфере применения на следующие основные категории:

  • тепловизоры для технической диагностики
  • тепловизоры для медицинской термографии
  • тепловизоры для научных исследований
  • тепловизоры для поиска утечек газа
  • тепловизоры для автоматизации
  • тепловизоры для аэросъемки

В каждой из перечисленных областей к тепловизионной системе существуют свои специфические требования. Например, для аэросъемки нужно высокое пространственное разрешение, для научных исследований требуется высокая скорость съемки, для автоматизации применяются стационарные тепловизоры с определенными интерфейсами связи, в полевой технической диагностике нужны портативные тепловизоры. Вместе с тем, существуют модели тепловизоров, которые могут быть применены сразу в нескольких отраслях. В большей степени это относится к профессиональным моделям тепловизоров с высокими характеристиками, но и с высокой стоимостью.

Результаты измерений тепловизором

Все современные тепловизоры сохраняют результаты измерений в виде файлов — радиометрических термограмм. Файл с радиометрической термограммой содержит результаты измерения мощности ИК-излучения от каждой точки объекта, а также условия съемки и параметры объекта (указываются оператором). Этой информации достаточно для визуализации температурного поля объекта и измерения температуры в каждой его точке. Некоторые модели тепловизоров могут записывать тепловые видеоролики, в том числе и радиометрическое видео.

Программное обеспечение (ПО) тепловизора или специальное ПО компьютера пересчитывают эти данные в температурные измерения. Для визуализации температурных полей ПО раскрашивает термограмму — присваивает разным температурам разные цвета в соответствии с выбранной цветовой палитрой. Пользователь имеет возможность выбрать отображаемый на термограмме диапазон температур и снять данные о температуре поверхности с помощью элементов анализа (точка, линия, область и др.). Вы можете сами попробовать функции обработки термограмм в онлайн редакторе FLIR WebViewer.

Следует отметить, что у разных производителей тепловизоров форматы файлов термограмм отличаются, а программное обеспечение несовместимо. Например, вы не сможете открыть термограмму с тепловизора TESTO в программном обеспечении FLIR.

Метрологические характеристики

В технических характеристиках измерительных тепловизоров (в отличие от наблюдательных) обязательно указывается предел допустимой основной погрешности измерения температуры. Этот параметр часто называют «точность» или «погрешность». Типичное значение этого параметра у современных тепловизоров составляет ±2°С или ±2%.

Поверка тепловизора

Измерительные тепловизоры являются средствами измерения. Следует помнить, что при выполнении работ в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора потребуется обязательная поверка тепловизора. Тепловизор должен быть внесен в Госреестр средств измерений. Поверку тепловизора нельзя выполнить самостоятельно. Для поверки тепловизора надо обратиться в центр стандартизации и метрологии или другую организацию, имеющую право поверки инфракрасных тепловизоров.

Условия проведения измерений

Measurement surroundings and thermal images

Её необходимо учитывать при выставлении отражённой температуры (RTC) и коэффициента излучения (ε), чтобы Ваш тепловизор мог правильно рассчитать температуру поверхности.

  • Во многих случаях отражённая температура совпадает с температурой окружающего воздуха.
  • Выставление точного коэффициента излучения особенно важно при наличии большой разницы между температурой измеряемого объекта и температурой окружающего воздуха.
2. Источники излучения и помех

Каждый объект с температурой выше абсолютного нуля (0 кельвинов = — 273,15 °C) испускает инфракрасное излучение. Объекты, температура которых сильно отличается от температуры объекта измерения, своим излучением могут создавать помехи при инфракрасном измерении. Необходимо по возможности избегать подобных источников помех или деактивировать их.

  • Экранируйте источники помех, например, с помощью картонной коробки.
  • Отражённое излучение можно измерять с помощью ламбертовского излучателя в сочетании с тепловизором.

Radiation and thermography

3. Погодные условия

Облачность

Инфракрасные измерения под открытым небом лучше всего проводить в условиях сильной облачности. Причина: так объект измерения будет защищён от воздействия солнечного излучения и «холодного рассеянного небесного излучения».

Осадки

Вода, лёд и снег имеют высокий коэффициент излучения и непроницаемы для инфракрасного излучения. Кроме того, измерение влажных объектов может привести к ошибкам, так как при испарении влаги поверхность измеряемого объекта охлаждается.

Учтите: Сильные осадки (дождь, снег) могут исказить результаты измерений.

Air and thermography

4. Воздух / влажность воздуха

Если на объективе (или защитном стекле) тепловизора образуется конденсат из-за высокой относительной влажности, инфракрасное излучение регистрируется не полностью. Из-за воды не всё излучение достигает объектива тепловизора. Очень густой туман также может влиять на измерение, так как капли воды на пути передачи блокируют часть излучения.

Учтите: Относительная влажность воздуха во время измерения должна быть низкой. Это позволит избежать образования конденсата в воздухе (туман), на измеряемом объекте, защитном стекле или объективе тепловизора.

Воздушные потоки

В результате теплообмена (конвекции) воздух около поверхности имеет ту же температуру, что и измеряемый объект. При сильном ветре или сквозняке этот слой воздуха «сдувается» и заменяется новым слоем, который ещё не адаптировался к температуре измеряемого объекта. В результате конвекции тепло испускается тёплым объектом измерения или поглощается холодным объектом измерения, пока температура воздуха и поверхности объекта на сравняется. Чем больше разница температуры измеряемого объекта и окружающего воздуха, тем больше усиливается тот эффект теплообмена.

Учтите: Ветер или сквозняк в помещении может вносить помехи при измерении температуры с помощью тепловизора.

Загрязнение воздуха

Некоторые взвешенные частицы, например, пыль, сажа и дым, а также некоторые пары имеют высокий коэффициент излучения и почти не пропускают излучение. Это означает, что они могут препятствовать измерению, испуская собственное излучение, регистрируемое тепловизором. Кроме того, лишь часть инфракрасного излучения от измеряемого объекта доходит до тепловизора, так как частицы рассеивают и поглощают его.

Тепловизоры — Измерение температурных полей

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВИЗОРОВ
17. измерение температурных полей
После создания первых тепловизоров длительное время считалось достаточным качественное наблюдение теплоизлучающих объектов. Затем появилась необходимость количественного измерения температуры объектов по получаемым термограммам. В настоящее время применение тепловизоров для дистанционного измерения температурных полей является одним из важных приложений тепловидения, используемых при неразрушающем контроле различных объектов.
Измерить истинную температуру нагретого тела с помощью тепловизора сложно. Практически измеряются не истинную (Т), а так называемую радиационную (Тъ) температуру — температуру абсолютно черного тела, при которой его энергетическая светимость Ме равна энергетической светимости нечерного излучателя с коэффициентом теплового излучения е (Т).

Такой способ измерения радиационной температуры применяют в тех случаях, когда в тепловизоре используется неселективный ПИ (например пирикон).
Величина бТ зависит от коэффициента теплового излучения, знание которого и его зависимость от температуры необходимы для правильной интерпретации результатов измерений и количественной оценки температуры тела.
Влияние отраженного объектом излучения окружающей среды на определяемую температуру учитывают, вводя эквивалентный коэффициент теплового излучения.
Другой способ измерения температуры основан на определении энергетической светимости тела в ограниченном спектральном диапазоне. Он применяется тогда, когда в тепловизоре используется селективный ПИ. Если спектральный диапазон чувствительности приемника достаточно уз
кий, то воспринимаемое тепловизором инфракрасное излучение объекта можно считать монохроматическим с длиной волны. При этой длине волны измеренная температура объекта будет равна температуре черного тела, имеющего такую же энергетическую яркость, что и объект. Эту температуру называют яркостной.

Таким образом, при обоих способах тепловизионного измерения температуры нагретого объекта не устраняется влияние коэффициента теплового излучения. Расчеты показывают что если поверхность объекта имеет, например, температуру 300 К и коэффициент теплового излучения в — 0,5. то при отклонении коэффициента е на величину Де = 0,01 (Де/е = 2 %) выходной сигнал тепловизора будет соответствовать температуре, отличающейся от 300 К на 0,6 К- С ростом коэффициента теплового излучения погрешность ДТ измерения температуры уменьшается, но превышает разрешающую способность по температуре современных тепловизоров.
Тепловизионные измерения температуры нагретых объектов проводят двумя способами: дифференциальным и непосредственным. В одних случаях важно знать непосредственное значение радиационной или яркостной температуры, в других требуется определить лишь перепады этих температур по поверхности объекта.
С учетом конструктивной сложности дифференциальные измерения аппаратуры выполняются проще, так как не требуется стабильность уровня видеосигнала вследствие дрейфа нуля усилительного тракта, влияния низкочастотного шума приемника излучения и т. п. Пример дифференциальных измерений — определение тепловизором уровня жидкости в железнодорожных цистернах по линии перепада температуры на их поверхности.
При дифференциальных измерениях местоположение уровня отсчета видеосигнала на шкале температур не определено и его измеряют как разность между двумя величинами. Точки или зоны выборок видеосигнала на термограмме определяют в зависимости от конкретных задач. При этом одну из точек или зону принимают за опорную и по отношению к ней оценивают перепады температур.
Дифференциальные измерения делятся на сравниваемые с нормой или с эталонным термопортретом, выполняемые визуально или с помощью ЭВМ. Сравнение с нормой представляет собственно допусковый тепловой контроль, а сравнение с теплопортретом — задачу по обработке изображений. В первом случае сравнивают двумерное изображение с заданной константой, во втором — два двумерных изображения.
При измерениях различают цифровые (дискретные) и числовые термограммы. Цифровые термограммы получают квантованием аналогового видеосигнала в цифровых тепловизорах или с помощью соответствующих преобразователей. При работе тепловизора с ЭВМ числовая термограмма получается, например, в виде массива цифр, адекватного объекту на ленте цифропечатающего устройства или образа термограммы, записанной на магнитную ленту или перфоленту.
Непосредственные измерения проводят при контроле температурных режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры, узлов авиационных двигателей и т. д. Такие измерения делятся на прямые и выполняемые путем сличении. При прямых измерениях уровень отсчета температур формируется за счет опорного сигнала, образуемого в самом тепловизоре. При измерениях путем сличения точка отсчета формируется за счет опорного сигнала вне тепловизора.
Измерения сличением широко применяли в первых моделях тепловизоров и иногда применяют в современных моделях, где уже преобладают прямые измерения. Сущность измерения сличением заключается в том, что рядом с объектом в поле зрения тепловизора помещают эталонный инфракрасный излучатель с известной температурой. Совместно термографируя объект и излучатель по величине сигналов от них судят о распределении температур по поверхности объекта. Оценка величины сигнала в одном из трех режимов — радиометрическом, сканирования строки или кадра — ведется непосредствен но по яркости или цвету термограмм, изотерм различного типа или по индикаторам (стрелочный прибор, осциллограф, цифровой измеритель сигнала генератор термопрофилей и т. п.), т. е. отсчет измеряемой температуры ведется по изображению и по индикатору.

Рис. 5.1. Схема компенсации дрейфа пиловой клин с температурами от видеосигнала 85 до 100° F (29,4. 37,7 °С)

Наибольшая точность измерения достигается при равенстве опорного (от эталонного излучателя) и измеряемого (от объекта) сигналов. Для остальных точек динамического диапазона сигнала точность измерения уменьшается. Предварительно тепловизор градуируют в пределах предполагаемой амплитуды сигнала от объекта. Для этого в поле зрения тепловизора помещают АЧТ с температурой Т1 и регистрируют уровень сигнала от него. Далее изменяют температуру АЧТ до Т.г и по регистратору отмечают вторую реперную точку. В пределах АТ — Тг— Тг считают шкалу индикатора линейной, что достаточно справедливо лишь при небольшой АТ, в связи с нелинейной зависимостью энергетической яркости АЧТ от его температуры. Как правило, такая калибровка осуществляется после включения тепловизора и достаточно длительного прогрева элементов его конструкции. Далее калибровку периодически повторяют, так как измерение сличением носит характер лабораторных экспериментов Для уменьшения погрешности измерения сличением вместо АЧТ используют протяженный ИК излучатель в виде теплового аналогового или дискретного клина. Дискретный десятиэлементный использовался в одном из первых зарубежных тепловизоров фирмы «Варне». Этот клин также необходимо было после 30-минутного прогрева термографировать совместно с объектом и, сравнивая оптическую плотность участка клина и объекта, оценивать значение температуры.
При измерении температуры сличением особых метрологических требований к видеоканалу не предъявляется. При переходе на прямые измерения в новых моделях тепловизоров необходимо было переработать видеоканал, что привело к его превращению в измерительный или информационно-измерительный канал. Основное требование к последнему: стабильность коэффициента передачи (так как он непосредственно определяет точность измерения) а также формирование стабильной или известной точки отсчета уровня видеосигнала. При прямых, измерениях отсчет температуры также проводят по изображению и по индикатору.
При создании измерительного канала наиболее важной задачей является уменьшение дрейфа видеосигнала до величины, соизмеримой с порогом температурной чувствительности тепловизора. Для этого применяют ряд мер. Одной из них является введение в состав тепловизора оптического прерывателя, с помощью которого поток излучения объекта сравнивается с потоком встроенного черного тела. Чем ближе к. входу оптического канала вводится поток черного тела, тем выше точность калибровки, так как при этом учитывается излучение элементов оптической системы.
По периодичности ввода потока черного тела различают построчную, надкадровую и покадровую калибровку, для чего используют время обратного, или нерабочего хода при сканировании. С увеличением частоты автокалибровки уменьшается мощность низкочастотного шума ПИ, проникающего в видеосигнал.
Если такое устройство не обеспечивает необходимой точности измерения, применяют электронную схему компенсации дрейфа сигнала, которая позволяет при постоянной температуре черного тела изменять уровень отсчет температуры тепловизором. Схема состоит из прерывателя 1 (рис. 5.П, который периодически подает на приемник излучения 2 потоки Фо5, Ф0 от объекта и черного тела, ключа 5, предусилителя 4, усилителя 6 сигнала
рассогласования и запоминающего конденсатора 3. Прерыватель и ключ работают синхронно, причем когда на ПИ падает поток Ф0, ключ замкнут, а когда- поток Фоб— ключ разомкнут. Поток Ф0 подается на приемник во время нерабочего хода сканирующего луча; в этом случае выходное напряжение Uc предусилителя равно постоянному (опорному) напряжению U0 и не зависит от сигнала с ПИ. Обозначая At/,— входное напряжение предусилителя, UK— напряжение на зажимах конденсатора.

Для уменьшения погрешности измерения температура черного тела должна быть близкой к среднему значению диапазона измеряемых температур. Знак опорного напряжения UB выбирается в зависимости от того, в меньшую или большую сторону относительно температуры черного тела выбирается уровень отсчета.
К измерительным тепловизорам применимы метрологические понятия; и определения, используемые в другой измерительной аппаратуре.
Абсолютная погрешность AT тепловизионных измерений выражается в единицах измеряемой величины и является именованным числом. При градуировке тепловизора по шкале температур обозначается ATS°C; при градуировке по энергетической яркости черного тела АТЯ, Вт/(см 2 • ср).

Диапазоном регистрируемых температур TR считается перепад температур АЧТ, которому соответствует сигнал, укладывающийся в пределы динамического диапазона тепловизора.
За уровень отсчета температур Ту принимается температура АЧ1, сигнал от которого не выходит за пределы динамического диапазона тепловизора при заданном диапазоне регистрируемых температур. Величина J используется как опорная точка в процессе отсчета температур.
Различают диапазон наблюдаемых температур Dr K и диапазон измеряемых температур DT и. За величину DT H принимают максимальное и минимальное значения температур АЧТ, термографируемых одновременно или разновременно и вызывающих сигнал, соответствующий экстремальным границам динамического диапазона тепловизора. Величиной DT считается максимальное и минимальное значения температур АЧТ, измерение которых тепловизором возможно с точностью, укладывающейся в пределы заданной погрешности измерений.
В тепловизионных измерениях применяют также такие параметры, как последовательность устанавливаемых значений уровня отсчета и диапазона измеряемых температур, погрешности измерения температуры окружающей среды и поддержания уровня привязки, время выхода на режим измерений, частоту и время автокалибровки измерительного канала и др. (табл. 5.1).
5.1. Основные параметры измерительных тепловизоров отечественного производства

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *