elektro.info

BradyPrinter A8500: Pełna automatyzacja identyfikowalności płytek drukowanych w liniach SMT

BradyPrinter A8500: Pełna automatyzacja identyfikowalności płytek drukowanych w liniach SMT

Drukarka i aplikator etykiet BradyPrinter A8500 niezawodnie automatyzuje oznaczanie płytek z obwodami drukowanymi, co pozwala uzyskać pełną identyfikowalność. Urządzenie w sposób spójny drukuje i nakłada...

Drukarka i aplikator etykiet BradyPrinter A8500 niezawodnie automatyzuje oznaczanie płytek z obwodami drukowanymi, co pozwala uzyskać pełną identyfikowalność. Urządzenie w sposób spójny drukuje i nakłada nawet najmniejsze etykiety z naszej gamy automatycznie nakładanych etykiet poliimidowych, które są odporne na cały proces produkcji płytek drukowanych.

XIII Konferencja Innowacyjne Rozwiązania Dla Budownictwa

XIII Konferencja Innowacyjne Rozwiązania Dla Budownictwa

W dniach 9–10 października 2019 roku w OPALENICY k. Nowego Tomyśla odbyła się „XIII KONFERENCJA INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA DLA BUDOWNICTWA”, tradycyjnie zorganizowana przez Zakłady Kablowe Bitner Sp. z o.o.,...

W dniach 9–10 października 2019 roku w OPALENICY k. Nowego Tomyśla odbyła się „XIII KONFERENCJA INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA DLA BUDOWNICTWA”, tradycyjnie zorganizowana przez Zakłady Kablowe Bitner Sp. z o.o., firmę Miwi Urmet Sp. z o.o. oraz Kontakt-Simon S.A. Bieżąca edycja odbywała się pod patronatem medialnym „elektro.info”, przy udziale następujących firm: EATON Electric Sp. z o.o., THEUSLED „TNC INVESTMENTS” Sp. z o.o. Sp. K., GMP DEFENCE Sp. z o.o. Sp. K., HYBRYD Sp. z o.o., ETI Polam Sp. z o.o.,...

Asortyment walizek narzędziowych KNIPEX

Asortyment walizek narzędziowych KNIPEX

Walizki narzędziowe KNIPEX oferują równowagę między dużą pojemnością, mocną konstrukcją, kompaktowymi wymiarami i stosunkowo małą wagą. W zależności od potrzeb użytkowników, występują w różnych rozmiarach...

Walizki narzędziowe KNIPEX oferują równowagę między dużą pojemnością, mocną konstrukcją, kompaktowymi wymiarami i stosunkowo małą wagą. W zależności od potrzeb użytkowników, występują w różnych rozmiarach i możliwościach wyposażenia. Wykorzystywane są w branży: elektrycznej, sanitarnej, grzewczej i wielu innych.

Metodyka prowadzenia badań termowizyjnych – wprowadzenie

Methodology of research thermal imaging – introduction

Przykład instalacji elektrycznych poddawanych analizie termograficznej

Kamery termowizyjne umożliwiają wykrycie i zarejestrowanie promieniowania ­podczerwonego (ang. IR – infrared) emitowanego przez badany obiekt, którego temperatura jest wyższa od zera bezwzględnego, a następnie przekształcenie tego promieniowania na obraz w widzialnym dla nas zakresie barw. Każdej barwie zarejestrowanej na termogramie odpowiada na skali temperatur określona temperatura zarejestrowana przez kamerę termowizyjną.

W artykule:

• Detektor bolometryczny i jego działanie
• Współczynnik emisyjności temperatury mierzonego obiektu  i jego wyznaczanie
• Dokładność pomiaru temperatury kamerą termowizyjną

Kamery dysponują najczęściej 5–8 paletami barwowymi. Z reguły barwami jasnymi oznacza się powierzchnie o wysokiej temperaturze, natomiast kolorami ciemniejszymi – powierzchnie o temperaturze niższej [1, 2].

Detektor bolometryczny

Działanie bolometru polega na radiacyjnej wymianie ciepła między obiektem a detektorem poprzez obiektyw. W konsekwencji detektor pochłania lub emituje promieniowanie podczerwone i zmienia swoją temperaturę – ogrzewa się lub ochładza. Wzrost wartości temperatury detektora zmienia wartości jego parametrów, co umożliwia zamianę sygnału optycznego na elektryczny. Najczęściej możemy spotkać 3 typy bolometrów, które znalazły szerokie zastosowanie w praktyce. Są to bolometry rezystancyjne, piroelektryczne i termoelektryczne [1].

Bolometry rezystancyjne wykorzystują wpływ temperatury na rezystancję półprzewodnika (a-Si – z amorficznego krzemu, VOx – z tlenku wanadu lub innych materiałów).

Bolometry piroelektryczne działają na zasadzie zmiany polaryzacji elektrycznej dielektryka wywołanej zmianą wartości temperatury, a działanie termoelementów (termopar radiacyjnych) polega na generacji napięcia termoelektrycznego na złączu dwóch materiałów [1].

Detektory bolometryczne rezystancyjne mogą być w postaci membrany półprzewodnikowej o powierzchniach np. (17x17) mm2, zawieszone na kontaktach w odległości 2,5 mm od podłoża. Na podłożu znajduje się zwierciadło.

Przestrzeń pod detektorem spełnia podwójną funkcję. Jest rezonatorem optycznym o długości fali λ/4 = 10 μm/4 = 2,5 mm. Sprzężenie optyczne zwiększa absorpcję promieniowania przez detektor dla zakresu LWIR (zakres podczerwieni długofalowej) 7–14 mm. Ponadto, zwierciadło podczerwieni pod detektorem zmniejsza radiacyjną wymianę ciepła między detektorem a podłożem. Zapewnia to lepszą izolację termiczną detektora, a jest to warunkiem dużej jego czułości [1].

Detektor bolometryczny jest umieszczony na membranie, w próżniowej obudowie, w odległości 2,5 μm od zwierciadła i ok. 1 mm od germanowego okna, które przepuszcza promieniowanie podczerwone obiektu. Wewnątrz obudowy panuje obniżone ciśnienie. Dzięki temu można pominąć przenoszenie ciepła drogą konwekcji naturalnej. Przy konwekcyjnej wymianie ciepła przez atmosferę o obniżonym ciśnieniu, stosuje się pojęcie drogi swobodnej, którą przebywają cząsteczki gazu między kolejnymi kolizjami. Jeśli droga ta jest dłuższa niż odległość między detektorem a jego obudową, to konwekcyjne przenoszenie ciepła można pominąć.

Przykładowo, w temperaturze pokojowej, dla ciśnienia p = 0,001 hPa, średnia droga swobodna cząstek powietrza wynosi 0,1 m, co oznacza, że przy odległościach między detektorem a obudową (2,5 μm – 1 mm), efekt konwekcyjnego przenoszenia ciepła jest do pominięcia. Droga swobodna cząstek gazu zależy jednak od ciśnienia [1].

Z powodu niewielkiej wartości ciśnienia wewnątrz obudowy, przenoszenie ciepła z/do detektora przez wewnętrzną atmosferę w obudowie odbywa się jedynie na zasadzie przewodnictwa cieplnego. Wartość współczynnika przewodności cieplnej gazów zależy od ciśnienia, temperatury i wielkości przestrzeni, w której zachodzi wymiana ciepła. Dla powietrza przewodność cieplną w takich warunkach można wyznaczyć z równania [1]:

gdzie:

p – ciśnienie,

d – odległość między detektorem podczerwieni a powierzchnią obudowy,

T – temperatura, w K.

Wypadkowa wartość rezystancji termicznej powietrza o ciśnieniu 0,1 Pa, przy temperaturze detektora o wartości 25°C, dla detektora o wymiarach (17X17) μm2, może być oszacowana na poziomie ok. 2·1010 K/W.

W każdej kamerze termowizyjnej przed przystąpieniem do badań termowizyjnych należy określić wartość [1]:

  • emisyjności obiektu ε,
  • temperatury otoczenia (tła),
  • temperatury atmosfery,
  • współczynnika transmisji atmosfery (toru pomiarowego).

 

W niektórych kamerach podaje się dodatkowo [1]:

  • odległość kamery od badanego obiektu.
  • wartości parametrów uproszczonego modelu transmisji atmosfery,
  • wilgotność względną powietrza.

 

Wartość temperatury atmosfery to, w ogólnym przypadku nie jest równa temperaturze otoczenia (obiektów w otoczeniu, tła).

Współczynnik emisyjności

Emisyjność (współczynnik emisyjności) jest cechą danego materiału i jest definiowany jako stosunek energii promieniowania ciała do energii emitowanej przez ciało doskonale czarne w danej temperaturze, w danym kierunku i danej długości fali.

Emisyjność materiałów zależy od kilku czynników [1, 2]:

  • stanu powierzchni, chropowatości,
  • długości fali,
  • rodzaju materiału i jego składu chemicznego,
  • stanu skupienia,
  • temperatury,
  • grubości próbki,
  • właściwości cienkiej warstwy (o ile taka jest na badanym materiale).

 

W praktyce badań termowizyjnych wykorzystuje się emisyjność całkowitą do półprzestrzeni (ang. Hemispherical Total Emissivity) – ε, kierunkową – ε(θ) oraz widmową – ε(λ).

Emisyjność widmowa do półprzestrzeni określona jest zależnością [1]:

W zależności tej m(λ, T) i mc(λ, T) oznaczają egzytancje energetyczne monochromatyczne (widmowe gęstości mocy promieniowania) danego ciała i ciała doskonale czarnego, dla długości fali λ, w temperaturze T.

Jednym z podstawowych czynników, wpływających na niepewność pomiaru wartości temperatury metodą radiacyjną, jest emisyjność obiektu [1].

Czytaj też: Diagnostyka termowizyjna instalacji elektroenergetycznych przy zastosowaniu kamer termowizyjnych >>>

Ciała charakteryzują się różnymi wartościami emisyjności. W literaturze podawane są wartości emisyjności wybranych materiałów w różnych warunkach. Wartość emisyjności należy określić przed przystąpieniem do badań termowizyjnych. Umożliwia to oprogramowanie systemu mikroprocesorowego w kamerze lub oprogramowanie komputerowe do wykonywania raportów. W niektórych kamerach termowizyjnych zamiast wartości emisyjności, która w ogólnym przypadku nie jest znana, można wybrać rodzaj materiału, z jakiego jest wykonany badany obiekt.

Do najpopularniejszych sposobów wyznaczenia temperatury należy metoda kolorymetryczna z termometrem stykowym oraz metoda ciała referencyjnego. W pierwszym przypadku pomiar wartości temperatury dokonuje się metodą stykową w wybranym miejscu. Poprzez zmianę wartości emisyjności w kamerze doprowadza się, aby wartości temperatury w obu pomiarach były takie same. Ważna jest w tym przypadku wartość temperatury tła [1].

Natomiast w drugiej metodzie stosuje się obiekt badany i referencyjny o znanej emisyjności umieszczone obok siebie w tej samej temperaturze. Dokonuje się dwóch pomiarów wartości temperatury: ciała referencyjnego i obiektu badanego. W tym przypadku również jest ważna wartość temperatury tła. Dokonuje się zmiany wartości emisyjności obiektu i ciała referencyjnego, tak by wartość temperatury obu ciał była taka sama [1].

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

[termowizja,badania termowizyjne,kamery termowizyjne]

Dokładność pomiaru

Kamery termowizyjne rejestrują obraz za pośrednictwem detektora, który odwzorowuje powierzchniowy rozkład temperatury badanego obiektu. W układzie elektronicznym kamery, każdemu pikselowi takiego obrazu są przyporządkowane liczby o wartości uzależnionej od rozdzielczości przetwornika analogowo-cyfrowego zastosowanego w kamerze. Produkowane obecnie kamery termowizyjne są wyposażone najczęściej w przetwornik 14-bitowy. Każdemu pikselowi obrazu termowizyjnego zarejestrowanemu przez kamerę przyporządkowane są wartości z zakresu (0 – 16 383) [1, 2].

b metodyka badan termowizyjnych fot1
Fot. 1. Widoczne błędy związane z odległością od obiektu oraz zbyt małą rozdzielczością; fot. autorzy (G. Dymny, K. Kuczyński)

Dokładność pomiaru temperatury kamerą termowizyjną określają przede wszystkim dwie składowe błędu: błąd wyznaczania emisyjności obiektu oraz błąd współczynnika transmisji atmosfery. W wielu przypadkach pomiaru wartości temperatury kamerą termowizyjną pomija się tłumienie atmosfery ze względu na niewielką wilgotność (RH < 60%), brak gazów przemysłowych i niewielką odległość między kamerą a obiektem (< 20 m) [1] (fot. 1 i fot. 2)

b metodyka badan termowizyjnych fot2
Fot. 2. Punkty (50;350) i (110; 350) przedstawiają pozorne zwiększenie temperatury poprzez zsumowanie strumieni od przewodów napowietrznych znajdujących się bliżej i dalej; fot. autorzy (G. Dymny, K. Kuczyński)

Wartość błędu pomiaru temperatury kamerą termowizyjną jest najmniejsza, gdy wartości egzytancji (widmowa gęstość mocy promieniowania) otoczenia i atmosfery mają wartości zbliżone do wartości egzytancji badanego obiektu. W takim przypadku również wpływ wartości emisyjności i współczynnika transmisji atmosfery na ten błąd jest najmniejszy.

Przy ocenie niepewności nie do pominięcia jest wartość temperatury tła (obiektów w otoczeniu). Zmienne wartości egzytancji otoczenia wpływają na niepewność pomiaru wartości temperatury metodą radiacyjną. Wpływ otoczenia jest tym większy, im mniejsza jest wartość emisyjności badanego obiektu. Dodatkowo, należy uwzględnić błąd pomiaru wprowadzany przez samą kamerę i określony poprzez wartość współczynnika NETD [1].

Parametr NETD (ang. Noise Equivalent Temperaturę Difference) w tłumaczeniu na język polski oznacza różnicę temperatury równoważną szumowi. Parametr ten jest znany również pod nazwą rozdzielczości temperaturowej (progu rozdzielczości) i jest zdefiniowany zależnością [1]:

Parametr NETD zdefiniować można jako stosunek wartości skutecznej szumu un (np. napięciowego lub/i wyrażonego w jednostkach izotermicznych) kamery i czułości napięciowej ru [1].

Kolejnym parametrem obserwacyjnym, który wymaga zdefiniowania, jest wilgotność powietrza otaczającego obserwowany obiekt. Wpływa ona zasadniczo na przepuszczalność promieniowania podczerwonego emitowanego przez obserwowany obiekt, która dodatkowo zależy również od dystansu kamery od obserwowanego obiektu.

Dla małych odległości od obserwowanego obiektu błąd spowodowany niewprowadzeniem odpowiedniej wilgotności powietrza nie stanowi problemu. Przy większych odległościach wpływa znacząco na uzyskane wyniki. Operator kamery powinien również wprowadzić do danych pomiarowych temperaturę otoczenia podczas wykonywanych badań [3, 4].

Czytaj też: Zasady diagnostyki rozdzielnic nn przy zastosowaniu kamer termowizyjnych >>>

Zadana kamerze temperatura otoczenia jest dla niej punktem referencyjnym, do którego odnosi wizualizowane pola temperatur obiektu. Jeżeli operator nie ustawi prawidłowo tego parametru, otrzyma wskazania, które mogą sugerować np. przemarzanie ściany budynku. Osoba dokonująca pomiarów termowizyjnych powinna tak operować ustawieniami kamery termowizyjnej, by niwelować wpływ zakłócających parametrów środowiska pomiarowego. Dzięki temu uzyska większą dokładność odczytu temperatury, co pozwoli na dokładniejsze i szybsze znalezienie np. anomalii temperaturowych badanego urządzenia lub obiektu (fot. 3). W tym celu należy stosować pomocnicze urządzenia pomiarowe, takie jak termohigrometr lub dalmierz laserowy (jeżeli kamera nie posiada tych funkcji) [3, 4].

b metodyka badan termowizyjnych fot03
Fot. 3. Analiza obrazu w podczerwieni oraz zdjęcia w świetle widzialnym pozwala zauważyć wpływ oświetlenia słonecznego na pomiary (około 5˚C różnicy). Dopiero analiza zdjęć wykonanych pod różnym kątem obserwacji w podczerwieni umożliwia identyfikację miejsc potencjalnych awarii (prawdopodobne zawilgocenie pod palczatką z lewej strony b). Oczywiście miejsca, które wymagają interwencji, są dobrze widoczne oraz różnice użytych materiałów i stanu ich powierzchni; fot. autorzy (G. Dymny, K. Kuczyński)

Nieprawidłowe użytkowanie urządzeń termowizyjnych nie jest jednak związane jedynie z zaniechaniem kompensacji negatywnych parametrów środowiska pomiarowego. Inne błędy i niepewności popełniane przez operatorów kamer związane są z niedostosowaniem parametrów obserwacyjnych kamery do właściwości fizycznych obserwowanego obiektu.

Każdy materiał, z wyjątkiem ciała doskonale czarnego, charakteryzuje się pewną emisyjnością promieniowania z zakresu podczerwieni, pewną absorpcją promieniowania i pewną jego refleksyjnością. Dlatego do wartości definiowanych w kamerze termowizyjnej wprowadzono współczynnik emisyjności. Współczynnik emisyjności zawiera się w przedziale od 0 do 1. Współczynnik emisyjności zależy od faktycznej temperatury ciała, właściwości materiału (koloru, stopnia obróbki jego powierzchni) oraz otaczającego go środowiska. Powinien być każdorazowo zadany kamerze. Jest to jedna z niezbędnych do wprowadzenia w kamerze termowizyjnej informacji wpływających na uzyskanie wiarygodnych danych metrologicznych.

Literatura

1. B. Więcek i inni, Termografia i spektrometria w podczerwieni Zastosowania przemysłowe, PWN, Warszawa 2017 pod red. H. Madury, Pomiary termowizyjne w praktyce, Agenda Wydawnicza PAK, Warszawa 2004.

2. W. Oliferuk, Termografia podczerwieni w nieniszczących badaniach materiałów i urządzeń, Biuro Gamma, Warszawa 2008.

3. T. Karwat, Wpływ parametrów obserwacyjnych kamery termowizyjnej na uzyskane wyniki badań, „Izolacje” nr 5/2009.

4. Fot. 1.  Widoczne błędy związane z odległością od obiektu oraz zbyt małą rozdzielczością.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

[termowizja,badania termowizyjne,kamery termowizyjne]

Galeria zdjęć

Tytuł
przejdź do galerii

Powiązane

Transformatory rozdzielcze a ekologia – zagadnienia wybrane

Transformatory rozdzielcze a ekologia – zagadnienia wybrane

Współczesna produkcja transformatorów stosowanych w elektroenergetycznych sieciach rozdzielczych realizowana jest z wykorzystaniem blach niskostratnych oraz taśm amorficznych. Transformatory o mocach od...

Współczesna produkcja transformatorów stosowanych w elektroenergetycznych sieciach rozdzielczych realizowana jest z wykorzystaniem blach niskostratnych oraz taśm amorficznych. Transformatory o mocach od 10 do 3500 kVA mogą być wykonane jako suche żywiczne (małej i średniej mocy) lub olejowe hermetyczne.

Prefabrykowane stacje transformatorowe SN/nn – zagadnienia wybrane

Prefabrykowane stacje transformatorowe SN/nn – zagadnienia wybrane

Funkcją stacji transformatorowej SN/nn jest transformacja energii elektrycznej ze średniego napięcia na niskie i rozdział tej energii w sposób determinowany konfiguracją sieci nn, z zachowaniem warunków...

Funkcją stacji transformatorowej SN/nn jest transformacja energii elektrycznej ze średniego napięcia na niskie i rozdział tej energii w sposób determinowany konfiguracją sieci nn, z zachowaniem warunków technicznych określonych w obowiązujących przepisach [1]. W procesie projektowania i produkcji stacji prefabrykowanych zapewnienie realizacji określonej uprzednio funkcji transformacji i rozdziału nie nastręcza większych problemów. Istotę zagadnienia stanowi natomiast problem spełnienia wymagań bezpieczeństwa...

Wynalazki trzeba komercjalizować

Wynalazki trzeba komercjalizować

Korzenie Instytutu Tele- i Radiotechnicznego sięgają 1929 roku, kiedy to został powołany Instytut Radiotechniczny, którego zadaniem było prowadzenie prac w zakresie radioelektroniki. Instytut Radiotechniczny...

Korzenie Instytutu Tele- i Radiotechnicznego sięgają 1929 roku, kiedy to został powołany Instytut Radiotechniczny, którego zadaniem było prowadzenie prac w zakresie radioelektroniki. Instytut Radiotechniczny w kwietniu 1934 roku połączono z Laboratorium Teletechnicznym Ministerstwa Poczt i Telegrafów, tworząc Państwowy Instytut Telekomunikacyjny, który dostał lokalizację w budynkach Państwowej Wytwórni Łączności (Wytwórnię przeniesiono w inne miejsce) przy ulicy Ratuszowej 11 w Warszawie.

Komentarze

Copyright © 2004-2019 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
Portal Budowlany - Elektro.info.pl

Ta witryna wykorzystuje pliki cookies do przechowywania informacji na Twoim komputerze. Pliki cookies stosujemy w celu świadczenia usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. W każdym momencie możesz dokonać zmiany ustawień przeglądarki dotyczących cookies. Nim Państwo zaczną korzystać z naszego serwisu prosimy o zapoznanie się z naszą polityką prywatności oraz Informacją o Cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności oraz Informacji o Cookies.

Administratorem Państwa danych osobowych jest Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.K., nr KRS: 0000537655, z siedzibą w 04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18, tel. +48 22 810-21-24, właściciel strony www.elektro.info.pl. Twoje Dane Osobowe będą chronione zgodnie z wytycznymi polityki prywatności www.elektro.info.pl oraz zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016r i z Ustawą o ochronie danych osobowych Dz.U. 2018 poz. 1000 z dnia 10 maja 2018r.