Page 15 - EI _11_2018_demo
P. 15
termowizja
termowizja
metodyka prowadzenia badań
termowizyjnych – wprowadzenie
mgr inż. Karol Kuczyński, mgr inż. Grzegorz Dymny
Kamery termowizyjne umożliwiają wykrycie i zarejestrowanie promieniowania
podczerwonego (ang. IR – infrared) emitowanego przez badany obiekt, którego tem-
peratura jest wyższa od zera bezwzględnego, a następnie przekształcenie tego promie-
niowania na obraz w widzialnym dla nas zakresie barw. Każdej barwie zarejestrowanej
na termogramie odpowiada na skali temperatur określona temperatura zarejestrowana
przez kamerę termowizyjną.
amery dysponują najczęściej temperatury na rezystancję półprze- pominąć przenoszenie ciepła drogą
K5–8 paletami barwowymi. Z re- wodnika (a-Si – z amorficznego krze- konwekcji naturalnej. Przy konwek- Fot. G. Dymny
guły barwami jasnymi oznacza się po- mu, VO x – z tlenku wanadu lub in- cyjnej wymianie ciepła przez atmo-
wierzchnie o wysokiej temperaturze, nych materiałów). Bolometry piro- sferę o obniżonym ciśnieniu, stosu-
natomiast kolorami ciemniejszymi – elektryczne działają na zasadzie zmia- je się pojęcie drogi swobodnej, którą
powierzchnie o temperaturze niższej ny polaryzacji elektrycznej dielektry- przebywają cząsteczki gazu między
[1, 2]. ka wywołanej zmianą wartości tem- kolejnymi kolizjami. Jeśli droga ta jest
peratury, a działanie termoelemen- dłuższa niż odległość między detekto- Fot. 1. Widoczne błędy związane
detektor bolometryczny tów (termopar radiacyjnych) polega rem a jego obudową, to konwekcyjne z odległością od obiektu oraz
na generacji napięcia termoelektrycz- przenoszenie ciepła można pominąć. zbyt małą rozdzielczością
Działanie bolometru polega na nego na złączu dwóch materiałów [1]. Przykładowo, w temperaturze poko- d – odległość między detektorem pod-
radiacyjnej wymianie ciepła mię- Detektory bolometryczne rezystan- jowej, dla ciśnienia p = 0,001 hPa, czerwieni a powierzchnią obudowy,
dzy obiektem a detektorem poprzez cyjne mogą być w postaci membra- średnia droga swobodna cząstek po- T – temperatura, w K.
obiektyw. W konsekwencji detektor ny półprzewodnikowej o powierzch- wietrza wynosi 0,1 m, co oznacza, że Wypadkowa wartość rezystan-
2
pochłania lub emituje promienio- niach np. (17×17) μm , zawieszone przy odległościach między detekto- cji termicznej powietrza o ciśnieniu
wanie podczerwone i zmienia swoją na kontaktach w odległości 2,5 μm rem a obudową (2,5 μm – 1 mm), efekt 0,1 Pa, przy temperaturze detektora
temperaturę – ogrzewa się lub ochła- od podłoża. Na podłożu znajduje się konwekcyjnego przenoszenia ciepła o wartości 25°C, dla detektora o wy-
dza. Wzrost wartości temperatury de- zwierciadło. Przestrzeń pod detekto- jest do pominięcia. Droga swobod- miarach (17×17) μm , może być osza-
2
tektora zmienia wartości jego para- rem spełnia podwójną funkcję. Jest na cząstek gazu zależy jednak od ciś- cowana na poziomie ok. 2·10 K/W.
10
metrów, co umożliwia zamianę syg- rezonatorem optycznym o długości nienia [1]. W każdej kamerze termowizyjnej
nału optycznego na elektryczny. Naj- fali λ/4 = 10 μm/4 = 2,5 μm. Sprzęże- Z powodu niewielkiej wartości ciś- przed przystąpieniem do badań ter-
częściej możemy spotkać 3 typy bo- nie optyczne zwiększa absorpcję pro- nienia wewnątrz obudowy, przeno- mowizyjnych należy określić war-
lometrów, które znalazły szerokie za- mieniowania przez detektor dla za- szenie ciepła z/do detektora przez we- tość [1]:
stosowanie w praktyce. Są to bolo- kresu LWIR (zakres podczerwieni dłu- wnętrzną atmosferę w obudowie od- emisyjności obiektu ε,
metry rezystancyjne, piroelektrycz- gofalowej) 7–14 μm. Ponadto, zwier- bywa się jedynie na zasadzie przewod- temperatury otoczenia (tła),
ne i termoelektryczne [1]. Bolometry ciadło podczerwieni pod detektorem nictwa cieplnego. Wartość współczyn- temperatury atmosfery,
rezystancyjne wykorzystują wpływ zmniejsza radiacyjną wymianę ciepła nika przewodności cieplnej gazów za- współczynnika transmisji atmosfe-
między detektorem a podłożem. Za- leży od ciśnienia, temperatury i wiel- ry (toru pomiarowego).
Fot. G. Dymny pewnia to lepszą izolację termiczną kości przestrzeni, w której zachodzi dodatkowo [1]:
W niektórych kamerach podaje się
wymiana ciepła. Dla powietrza prze-
detektora, a jest to warunkiem dużej
jego czułości [1].
Detektor bolometryczny jest wodność cieplną w takich warunkach odległość kamery od badanego
obiektu.
można wyznaczyć z równania [1]:
umieszczony na membranie, w próż- wartości parametrów uproszczone-
(
niowej obudowie, w odległości 2,5 μm λ pT d,, ) = , 0 0284 −5 go modelu transmisji atmosfery,
, ⋅10
od zwierciadła i ok. 1 mm od germa- 1 + 76
Fot. 2. Punkty (50;350) i (110; 350) nowego okna, które przepuszcza pro- p d
przedstawiają pozorne zwięk- T streszczenie
szenie temperatury poprzez mieniowanie podczerwone obiektu.
zsumowanie strumieni od W artykule omówiono metodykę prowa-
przewodów napowietrznych Wewnątrz obudowy panuje obni- gdzie: dzenia badań termowizyjnych oraz moż-
znajdujących się bliżej i dalej żone ciśnienie. Dzięki temu można p – ciśnienie, liwe źródła błędów pomiarowych.
www.elektro.info.pl nr 11/2018
20
