13. Zdalny monitoring pola temperatury Wstęp Techniki

13. Zdalny monitoring pola temperatury
Wstęp
Jedną z najczęściej mierzonych wielkości w przemyśle jest temperatura. Stosowane są różne układy do jej pomiaru.
Niejednokrotnie ważny jest rozkład temperatury na określonej powierzchni. Wykorzystanie w tym celu większej
liczby czujników punktowych jest zwykle kosztowne i kłopotliwe.
Poza tym nie zawsze możliwy jest pomiar dotykowy temperatury. Ograniczeniem może byd np. wysokośd mierzonej
temperatury (poza zakresem czujników dotykowych) czy wysokie napięcie. W takich przypadkach jedynym
rozwiązaniem jest pomiar zdalny, bezkontaktowy.
Dwie grupy przyrządów, bazujące na pomiarze promieniowania podczerwonego emitowanego przez badany obiekt,
umożliwiają takie pomiary. Są to: pirometry i kamery termograficzne. Pomiar pirometrem jest punktowy, podczas
gdy kamery termograficzne pozwalają na rejestrację rozkładu temperatury badanego obiektu z określoną
rozdzielczością.
Termowizja jest metodą badawczą, opartą o kamery termograficzne, która umożliwia wizualizacje rozkładu
temperatury obiektów albo zróżnicowania termicznego poszczególnych obiektów. Może byd podstawą diagnostyki
bazującej na pomiarach mocy cieplnej, wydzielanej przez elementy badanych urządzeo.
Diagnostyka termowizyjna umożliwia bardzo szybką ocenę
elektroenergetycznych, rurociągów, stanu izolacji budynków itd.
stanu
obiektów:
silników,
urządzeo
Ten rodzaj diagnostyki jest metodą bezdotykowa, prowadzoną w trakcie normalnej pracy urządzeo. Istnieje łatwośd
obserwacji dużych obszarów (np. linie energetyczne badane ze śmigłowca). Interpretacja ilościowa przyczyn zjawisk
jest tu jednakże trudna i mało precyzyjna. Przyczyną jest w dużej mierze intensywnośd oddziaływania
energetycznego z otoczeniem. Wpływ mają także procesy konwekcyjnej wymiany ciepła i wymiana ciepła przez
promieniowanie i przewodzenie. Dlatego też kolejne termowizyjne badania tego samego obiektu prowadzi się w
miarę możliwości w podobnych warunkach atmosferycznych tak, aby wyeliminowad wpływ nasłonecznienia czy
dodatkowej konwekcji wymuszonej wiatrem i deszczem.
Kamery termowizyjne są złożonymi urządzeniami. Ich koszt ze względu na trudną technologię wykonywania
detektorów jest wysoki.
Techniki pomiarów termowizyjnych
Wprowadzenie
Kamera termowizyjna dokonuje pomiarów i zobrazowania promieniowania podczerwonego pochodzącego z obiektu.
Fakt, że wartośd promieniowania jest funkcją temperatury powierzchni obiektu, umożliwia kamerze dokonanie
obliczeo i zobrazowanie temperatur. Energia odbierana przez kamerę nie zależy jedynie od temperatury obiektu, ale
jest także funkcją emisyjności. Promieniowanie pochodzi także z otoczenia i jest ono odbijane przez obiekt. Na
promieniowanie obiektu i promieniowanie odbite ma także wpływ absorpcja atmosfery.
Aby dokonad dokładnego pomiaru temperatury, niezbędne jest skompensowanie wpływu różnych źródeł
promieniowania. Jest to dokonywane automatycznie przez kamerę, po wprowadzeniu do niej opisanych parametrów
obiektu:
• emisyjnośd obiektu,
• temperaturę otoczenia,
• odległośd między obiektem a kamerą,
• wilgotnośd względną.
Emisyjność i temperatura otoczenia
Najważniejszym parametrem, który należy poprawnie wprowadzid, jest emisyjnośd. Emisyjnośd jest mówiąc
w uproszczeniu, miarą stopnia w jakim emitowane jest promieniowanie z obiektu w stosunku do tego,
które byłoby z niego emitowane, gdyby obiekt ten był ciałem doskonale czarnym.
Materiały obiektów i ich obrobione powierzchnie charakteryzują się emisyjnością w zakresie od 0.1 do
0.95. Dobrze wypolerowane (lustrzane) powierzchnie mają emisyjnośd poniżej 0.1. Powierzchnie
oksydowane lub pomalowane mają o wiele większe emisyjności. Farba olejna, niezależnie od jej koloru w
świetle widzialnym, ma w obszarze podczerwieni emisyjnośd ponad 0.9. Skóra ludzka wykazuje emisyjnośd
bliską 1.
Nieoksydowane metale są skrajnym przypadkiem połączenia doskonałej nieprzezroczystości i wysokiego
współczynnika odbicia, który w niewielkim stopniu zależy od długości fali. Wskutek tego emisyjnośd metali
jest niewielka, a jej wartośd zwiększa się z temperaturą. W przypadku niemetali emisyjnośd jest na ogół
wysoka, a jej wartośd zmniejsza się z temperaturą.
Określanie emisyjności obiektu
A. Przy użyciu termopary
Należy wybrad punkt odniesienia i zmierzyd jego temperaturę przy wykorzystaniu termopary. Dalej należy
zmienid ustawienia emisyjności w kamerze tak, aby mierzona temperatura była zgodna z odczytem z
termopary. Ustawiona emisyjnośd będzie równa emisyjności obiektu. Trzeba jednak pamiętad, aby
temperatura obiektu odniesienia nie była zbytnio zbliżona do temperatury otoczenia.
B. Przy wykorzystaniu emisyjności odniesienia
Na obiekt należy nakleid taśmę lub pomalowad go farbą o znanej emisyjności. Zmierz kamerą temperaturę
taśmy lub farby, ustawiając prawidłową wartośd emisyjności. Zapamiętaj wartośd temperatury. Zmieo
wartośd emisyjności tak, by odczyt temperatury obszaru o nieznanej emisyjności sąsiadującego z taśmą lub
farbą był taki sam, jak zapamiętany. Odczytaj wartośd emisyjności. Również w tym przypadku temperatura
obiektu odniesienia nie może byd zbytnio zbliżona do temperatury otoczenia.
Temperatura otoczenia
Parametr ten jest używany do kompensacji wpływu promieniowania odbitego od obiektu i promieniowania
emitowanego przez atmosferę znajdującą się pomiędzy kamerą i obiektem. Jeśli emisyjnośd jest niska,
odległośd bardzo duża, a temperatura obiektu jest stosunkowo bliska temperatury otoczenia, ważne jest,
by właściwie skompensowad temperaturę otoczenia.
Źródła:
 Laborka z MiSPD