Продукция

На главную » Статьи »

Практика применения пирометров и тепловизоров

Практика применения пирометров и тепловизоров

Чихунов Д.А

Введение

Температура тела человека – важнейший показатель состояния организма. Отклонение от нормы даже на несколько десятых градуса сигнализируют о болезненном состоянии. Как правило, человек начинает измерять температуру уже при наступлении болезни. И только осложнения заставляют нас сожалеть о несвоевременной диагностики болезни. В строительстве же несвоевременная диагностика неисправности оборудования или дефекта конструкции может привести не только к большим убыткам, но и к человеческим жертвам.

Так, например, люди старшего поколения помнят нашумевший в свое время случай… В 1984 году при сооружении Восточного участка БАМа произошла авария при проходке Кодарского тоннеля. В статье В. Шилова "Где задержалась бригада Варшавского", опубликованной в газете "Советская Россия" от 3 июня 1984, было написано: "Работы велись строго по утвержденной технологии. Разрыв между проходкой и бетонной обделкой был в пределах допустимого. Почему произошел обвал? Очередная загадка вечной мерзлоты. Правда есть особенность: температурный режим контролировался по нижним отметкам. Замеры не вызывали особой озабоченности. Только позднее обнаружилось, что под самым сводом было вдвое теплее, чем внизу". Не было загадки вечной мерзлоты, а был всего-навсего обычный фазовый переход «твердое тело (лед) – жидкость (вода), при котором резко меняются основные физико-механические свойства грунтов. Могло не быть и катастрофы, если бы постоянно производились измерения температуры по всему периметру тоннеля, а не только по нижним отметкам, и вовремя были приняты необходимые меры по поддержанию температурного режима свода и его креплению. Но для того, чтобы вести постоянные замеры температуры свода тоннеля, надо было бы организовать к нему доступ для периодического достаточно частого измерения температуры, либо смонтировать и постоянно наращивать систему термодатчиков, закрепляемых на своде, связав их проводами с регистрирующей аппаратурой.

Современная техника позволяет решить эту проблему очень просто. В данном случае нужно использовать тепловизор либо инфракрасный термометр (пирометр). Эти приборы позволяют измерять температуру объектов на расстоянии. С их помощью можно было бы получить температурные данные о своде тоннеля, стоя на его основании. А с помощью тепловизора же можно сделать инфракрасную «фотографию» тоннеля, дающую полное представление о температуре в каждой точке объекта.

В настоящее время разработаны и применяются следующие методы бесконтактного измерения температуры:

1. Яркостный метод. Применяется для измерения высоких (свыше 600 °С) температур, при которых нагретые тела начинают излучать в видимой части спектра.
2. Цветовой метод. Цветовыми пирометрами измеряют излучение в двух узких зонах спектра.
3. Радиационный (инфракрасный) метод – используется в подавляющем большинстве ситуаций, требующих неконтактного измерения температуры.

В данной статье мы детально рассмотрим оборудование для инфракрасного метода контроля.

Инфракрасный метод измерения температуры основан на измерении инфракрасного (теплового) излучения объекта и его пересчета в температуру.

В настоящее время для контроля температур инфракрасным методом используют два типа приборов, - тепловизоры и пирометры.

Радиационный (инфракрасный) тепловизор представляет собой аналог видео/фотокамеры, съемка которым производится в инфракрасной части спектра излучения объекта. Полученные таким образом «фотографии» называются термограммами. По термограмме можно определить температуру в каждой точке объекта. Пирометры же, в отличие от тепловизоров, позволяют определить температуру на некоторой сферической или эллиптической области поверхности.

Размеры области определения температуры как тепловизором, так и пирометром зависят от оптического разрешения (показателя визирования) прибора.

В пирометрии показателем визирования называется отношение диаметра пятна контроля прибора на объекте измерения к расстоянию до объекта. В технической документации на пирометр, как правило, указывается значение показателя визирования на определенном расстоянии до объекта или приводится диаграмма поля зрения.


 

Существует три различных варианта фокусировки оптики пирометров:

Для большинства применений тепловизоров и пирометров в строительстве и обследовании сооружений достаточным будет оптическое разрешение 12:1 ÷ 50:1. А для применения в энергетике, производстве материалов зачастую требуются модели с более высоким показателем визирования 50:1 ÷ 120:1. Модели с еще более высоким разрешением пользуются ограниченным спросом и необходимы в специфических ситуациях. Пирометры, по технологии применения, делятся на ручные и стационарные.

Стационарные неконтактные термометры, монтируемые на оборудовании, по параметрам сигналов полностью идентичны стандартным термопарам или выдают стандартный линейный потенциальный или токовый сигнал и могут, без каких либо ухищрений, заменить стандартные термопары, и обеспечивать контроль температурных режимов технологического процесса, а, в случае необходимости, и управление им.

Для корректного пересчета инфракрасного излучения в температуру необходимо учитывать излучательную способность реальных материалов. Для числового выражения излучательной способности введен коэффициент излучения, который у каждого материла свой.

Для большинства строительных материалов этот коэффициент близок к коэффициенту излучения огранических тел и составляет 0.95. Это позволяет использовать для большинства технологических операций в строительстве недорогие модели пирометров с нерегулируемым коэффициентом излучения, так как в таких моделях он устанавливается равным 0.95. Но для использования инфракрасных приборов в энергетике и производстве материалов возможность регулировки коэффициента излучения является обязательным требованием. Так, например, коэффициент излучения железа оцинкованного окрашенного и неокрашенного отличается примерно в 4 раза.

Ну и, пожалуй, главнейшей характеристикой при выборе модели инфракрасного измерителя температуры, является диапазон измеряемых температур. В настоящее время бесконтактные пирометры способны измерять температуру в диапазоне от -50 °С до +3000 °С.

На российском рынке представлено большое число фирм, поставляющих тепловизоры различных производителей, и еще большее количество организаций, поставляющих пирометры.

Среди зарубежных производителей тепловизоров наиболее широко представлена фирма Testo AG (Germany). Среди прочих фирм, представленных на российском рынке нужно отметить фирму Flir Systems, а также фирму Nec с моделями и ряд других менее распространенных производителей приборов.

В России хорошо освоен выпуск громоздких матриц, охлаждаемых с помощью сжиженных газов. Производство же неохлаждаемых матриц находится в начальной стадии.

Из зарубежных поставщиков пирометров лидеров снова является фирма RAYTEK и OPTRIS с обширным рядом как ручных, так и стационарных моделей пирометров. Среди остальных поставщиков выделяются фирмы Mikron (США), Eurotron (Италия).

Что же касается российских производителей, то тут они на высоте. Среди российских фирм можно выделить фирмы Техно Ас, Инфратест, Термоконт, Диполь и др. Причем характерной особенностью подавляющего большинства российских пирометров является выдающаяся по своим характеристикам оптика (оптической разрешение 100:1 ÷ 150:1), спрятанная в примитивный корпус огромных размеров да еще очень часто из металла. Интересно то, что большинству потребителей такие высокие характеристики оптики прибора излишни, и только увеличивают стоимость оборудования. Кстати говоря, стоимость отечественных приборов значительно выше импортных приборов аналогичной потребительской группы, думается, из-за применения «выдающейся» оптики. Уж не говоря о том, что не многим захочется носить с собой этакую «базуку».

Вариантов использования пирометров и тепловизоров для контроля в строительстве очень много. Это может быть и простейший контроль температур асфальта и бетона, а может быть и обследование сооружения для выявления энергопотерь, так называемый энергоаудит. С энергоаудитом связана одна очень интересная особенность, о которой очень часто спрашивают непрофессионалы, - можно ли измерять температуру пирометром через стекло? Дело в том, что стекло является прозрачным в видимой части оптического диапазона. Для пирометра же стекло будет таким же непрозрачным материалом, как для нас стена. И именно поэтому на термограмме при энергоаудите зданий очень хорошо выделяются квадратики окон, так как через них идут наибольшие энергопотери. И сравнивая термограммы, скажем от тройных пластиковых стеклопакетов и обычных двойных деревянных рам, легко можно сделать заключение об эффективности использования стеклопакета.

Но, как правило, потери энергии идут не только через окна. Установка определенного типа оконных рам, - это либо проектное решение, либо добрая воля собственника. Гораздо важнее энергопотери через дефекты конструкции либо через участки, где был допущен брак при сооружении:

Соединения, заполненные пеной, хорошо защищены ею от продувания, но пена может быть не эффективна как теплоизолятор, или произведенные работы выполнены с браком, с пустотами. В результате идут потери тепла. Вроде не дует, а холод будет в квартире.

При низких температурах наружного воздуха и высоких внутри помещения, произойдет отпотевание, влага будет накапливаться в пене.

Если пена в контакте с поверхностью стены с температурой ниже точки замерзания воды, пена превратится в ледяной монолит. Из теплоизолятора она превратится в проводник тепла.

На тепловизионном изображении видны красные горизонтальные полосы, это швы. Швы пропускают тепло. Снаружи они выглядят хорошо, но не выполняют своих функций как ограждающих конструкций. Температура шва разная, в зависимости от того, как качественно выполнен шов. Анализируя термограмму и зондируя проблемные участки, можно узнать, кто виноват в подобном дефекте, панели или швы.

Приведя все термограммы объекта к единой температурной шкале, мы увидим реальную картину теплопотерь здания через ограждающие конструкции. Естественно, температуры внутри помещений должна быть одинаковой, иначе придется разбираться с каждым помещением отдельно.

Еще шире применение тепловизоров в энергетике и прозводстве материалов. Ниже приведены некоторые типичные примеры использования тепловизоров. Все термограммы сделаны с использованием тепловизора Raytek Ti30.

1. Электрическая распределительная сеть

В отраслях энергетики инфракрасные камеры используются давно в целях обнаружения дефектов электрического оборудования и планово-предупредительного технического обслуживания оборудования. Вклад инфракрасной термографии может быть поистине бесценным, так как с помощью тепловизора можно обнаружить неисправности, до того как они превратятся в серьезную проблему.

Линия высоковольтной передачи. С помощью Ti30 обнаружено перегретое соединение на большом расстоянии. Тепловизор наводился с земли на линии передач.


 

Найдено неисправное коррозийное соединение (фото выше).


2. Нефтехимическая промышленность.

На нефтехимических предприятиях используется большое количество паропроводящих труб, труб с горячей водой. Эти трубы могут быть повреждены, изношены, может начаться коррозия. Тепловизор позволяет пользователю идентифицировать перегретые участки, обнаружить утечку энергии или убедиться в правильности температуры того или иного технологического процесса. С помощью инфракрасной камеры можно обнаружить утечку, не заметную человеческому глазу, также на таком типе предприятии существует множество задач обслуживания электрооборудования и других технологических задач.

Нефтеперерабатывающий завод. На снимке в центре наглядно видно где проходит процесс каталитического крекинга в реакторе.


 

Нефтехимический завод. Снимок в крайнем левом угле показывает нормально работающее соединение, нижний снимок несправное соединение, справа – как выглядит соединение.

3. Задачи профилактического обслуживания

Инфракрасное обследование может решать задачи профилактического и планово-предупредительного обслуживания многих электрических и механических устройств, используемых в производственных процессах, таких как переключатели, электрические выводы, коннекторы, предохранители и т.п. устройства. Преимуществом использования тепловизора для таких типов работ является быстрота и удобство, а также возможность не отключать оборудование во время инспекции.

Мотор, подающий охлаждающую воду. С помощью инфракрасной камеры обнаружен перегретый подшипник из-за износа оборудования.


 

Бумажная фабрика. Тепловизор показывает неровный нагрев электрического мотора, что значительно уменьшает эффективность его работы и продолжительность службы.

4. Технологические задачи

Инфракрасная термография – эффективное средство контроля расхода в технологических процессах. Ранее обнаружение утечек или коррозии оборудования может помочь избежать многих бед, например, утечки газа, возникновения пожара или взрыва. Многие процессы проходят в условиях высокой температуры окружающей среды. Тепловизор используется на расстоянии, и неисправности могут быть обнаружены куда в более неблагоприятных условиях.

Сахарный завод. На снимках, сделанных тепловизором Ti30, показано перемещение пара при нормальной работе паропровода (сверху) и его неисправность, когда пар свободно проходит (снизу). Лучше понять ситуацию помогает разница температуры, значения которой выводятся на снимок.


 

Сахарный завод. На снимке показано как пар «обходит» клапан утечки в паропроводе.


 5. Тепловые процессы

Дефекты оборудования, его износ или перенос нагрузки могут быть быстро обнаружены с помощью тепловизора.

 


 

Сталелитейный завод - Миксерный металловозный ковш (торпеда). Эти модифицированные вагоны перевозят жидкий металл с температурой примерно 1600 °C. Первый снимок – торпеда, заполненная металлом, последний – пустая торпеда. В отличие от инфракрасных снимков невооруженным взглядом (фото) нельзя увидеть, как хорошо распределяется тепло внутри ковша.

6. Применение тепловизоров при обследовании зданий

Процесс диагностики и решения проблем, таких как сохранение тепла, проникновения влаги, повреждения кровли, плохое качество системы кондиционирования и вентиляции, качество конструкции и т.п. может быть очень сложным. Тепловизор является необходимым, ценным инструментом в этих ситуациях, позволяя владельцу здания, архитектору или инспектору обнаружить проблему, проверить качество и найти эффективное решение.

Внешний вид здания: показаны возможные зоны потери энергии.


 

Этот снимок крыши получен во время инспекции. Было выявлено ухудшение качества кровли в отдельных местах, вызванное погодными условиями. Это помогло сохранить деньги при ремонте, так как по разнице температур можно проанализировать данные и найти низкостоимостное решение.


И это далеко не полный перечень возможных применений тепловизора.

Термограммы являются очень наглядным инструментом для диагностики оборудования, но также они далеко не дешевое решение. В принципе, все те же задачи можно решить и с помощью гораздо более дешевых пирометров, но за гораздо более длительный срок и менее наглядно.

Подводя итог всему изложенному, можно сделать следующие выводы:

  1. Инфракрасные приборы позволяют измерять температуру мгновенно, в отличие от обычных термометров, обладающих инерционностью.
  2. ИК термометры позволяют измерять температуру объектов, доступ к которым невозможен, затруднен и т.д.
  3. ИК термометры позволяют безопасно проводить температурную диагностику опасных объектов.
  4. При использовании ИК тепловизора можно получить такой объем информации, сбор которой с помощью обычных средств занял бы огромное количество времени и средств.

Получить информацию о товарах, доставке и о способах оплаты вы можете по тел.: 8 (800) 775-80-95
или по E-mail: urteks@bk.ru