termografii
Transkrypt
termografii
Opracowano we współpracy Created cooperation z FlukeinCorporation with Corporation orazFluke The Snell Group and The Snell Group Wprowadzenie do termografii AMERICAN TECHNICAL PUBLISHERS, INC. ORLAND PARK, ILLINOIS 60467-5756 Introduction to Thermography Principles contains procedures commonly practiced powszechnie in industry andstosowane Niniejsze opracowanie Wprowadzenie do termografii prezentuje procedury trade. Specific procedures vary with each task and must be performed by asię qualified person. Forod zadania wthe przemyśle i innych aplikacjach komercyjnych. Procedury te różnią w zależności safety, always refer to specific manufacturer recommendations, insurance regulations, i maximum mogą być stosowane przez wykwalifikowany personel. Aby zapewnić najwyższy poziom specific job site and plant procedures, applicable federal, state, and producenta, local regulations, and any authorbezpieczeństwa, zawsze przestrzegaj: specjalnych zaleceń przepisów bezpieczeństwa, ity havingobowiązujących jurisdiction. The material contained is intended an educational resource for the user. procedur w danym miejscu pracy toi be zakładzie przemysłowym, przepisów prawa Neither AmericanwTechnical Publishers, Inc.,regulacji the Fluke wydawanych Corporation, nor The Snell Group isorgana. liable forZebrany tu obowiązujących danym kraju, a także przez uprawnione any claims, losses, or damages, including property damage or injury, incurred by reliance materiał pełni funkcję edukacyjną. Żadna z organizacji anipersonal firm: American Technical Publishers, Inc., on Fluke this information. the Corporation oraz The Snell Group nie bierze odpowiedzialności za żadne roszczenia, straty lub uszkodzenia, włączając szkody majątkowe lub obrażenia osobiste powstałe wskutek wykorzystania informacji zawartych w niniejszym materiale. © 2009 przez American Technical Publishers, Inc., Fluke Corporation oraz The Snell Group. Wszelkie prawa zastrzeżone. © 2009 by American Technical Publishers, Inc., Fluke Corporation, and The Snell Group. All Rights Reserved 1 2 3 4 5 6 7 8 9 – 09 – 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Wydrukowano w USA. Printed in the United States of America ISBN 978-0-8269-1535-1 Książka została wydrukowana na papierze w 30% odzyskanym z surowców wtórnych. This book is printed on 30% recycled paper. Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles SPIS TREŚCI INTRODUCTION TO INFRARED THERMOGRAPHY AND THERMAL IMAGERS 1 T 8 1 WPROWADZENIE DO TERMOGRAFII ORAZ KAMER TERMOWIZYJNYCH • TERMOGRAFIA W PODCZERWIENI • HISTORIA TECHNIKI W PODCZERWIENI • ZASADA DZIAŁANIA KAMERY TERMOWIZYJNEJ 2 TERMOGRAFIA – TRAFIONA hermal imagers operateINWESTYCJA based on infrared thermography principles. A • ROZWIĄZYWANIE thermal imagerPROBLEMÓW is used as a cost-saving, and often money-making, test I SZKOLENIA tool 3 for BEZPIECZEŃSTWO troubleshooting, maintenance and inspection of electrical systems, • NIEZBĘDNE KWALIFIKACJE I CERTYFIKATY KOMPETENCJI mechanical systems, and building envelopes. 12 • BEZPIECZEŃSTWO W MIEJSCU PRACY • STANDARDY I PISEMNE PROCEDURY KONTROLI the standard for the thermal inspection Infrared THermOgrapHy of countless applications. 4 PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE TEORII Infrared thermography is the science of • PODSTAWY TERMODYNAMIKI using electronic optical devices to detect • RODZAJE PRZEPŁYWU CIEPŁA and measure radiation and correlating that HIsTOry Of Infrared • DOKŁADNOŚĆ POMIARU TEMPERATURY to surface temperature. Radiation is the TeCHnOlOgy 5 PRZYKŁADOWE movement of heat thatOBRAZY occursCIEPLNE as radiant 6 (electromagnetic ZASTOSOWANIA TERMOGRAFII energy waves) moves The derivation of “infrared” is “past red,” ELEKTRYCZNE without a• INSTALACJE direct medium of transfer. Mod- referring to the place this wavelength • ELEKTROMECHANIKA I MECHANIKA ern infrared thermography is performed holds in the spectrum of electromagnetic TECHNOLOGICZNE by using• PROCESY electronic optical devices to de- radiation. The term “thermography” is de• DIAGNOSTYKA BUDOWLANA tect and measure radiation and correlate it rived from root words meaning “temperaMETODOLOGIA TESTÓW to the7surface temperature of the structure ture picture.” The roots of thermography can be credited to the German astronomer or equipment being inspected. • TERMOGRAFIA PORÓWNAWCZA Humans have always been able to Sir William Herschel who, in 1800, per• ODNIESIENIE DO LINII BAZOWEJ detect infrared radiation. The nerve formed experiments with sunlight. • TRENDY TERMICZNE endings in human skin canORAZ respond 8 ANALIZA, RAPORTOWANIE DOKUMENTOWANIE to temperature differences as little as • ANALIZA KONTROLI ±0.009°C (0.005°F). ex• RAPORTOWANIE ORAZAlthough DOKUMENTOWANIE tremely sensitive, human nerve endings 9 ŹRÓDŁA INFORMACJI O TERMOGRAFII are poorly designed for nondestructive • ŹRÓDŁA INFORMACJI thermal evaluation. 10example, INNE TECHNOLOGIE POWIĄZANE For even if humans had the WIZUALNE I SŁUCHOWE thermal • KONTROLE capabilities of animals that can • ANALIZA ELEKTRYCZNA find warm-blooded prey in the dark, it • WYKRYWANIE ULTRADŹWIĘKÓW W POWIETRZU is probable that better heat detection • ANALIZA DRGAŃ tools would still be needed. Because SMARU humans • ANALIZA have physical limitations in de- A thermal image of the residual heat • ANALIZA ZUŻYCIA CZĄSTEK tecting heat, mechanical and electronic transferred from a hand to the surface of 11INDEKS devices that are hypersensitive to heat a painted wall can be easily detected with have been developed. These devices are a thermal imager. 1 17 26 42 52 56 58 60 62 Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles WPROWADZENIETO INFRARED INTRODUCTION THERMOGRAPHY AND THERMAL IMAGERS T Niniejsza publikacja została opracowana we współpracy z Fluke Corporation oraz The hermal Jej imagers based onpodstawowych infrared thermography Snell Group. celem operate jest przekazanie informacji principles. dotyczącychAzasad thermal imager is used as a cost-saving, and often money-making, test działania kamer termowizyjnych oraz procedur związanych z jej użytkowaniem. Kamery tool for troubleshooting, maintenance and inspection of electrical systems, termowizyjne stały się nieocenionymi przyrządami diagnostycznymi do usuwania usterek mechanical systems, building envelopes. oraz okresowych prac and konserwacyjnych wykonywanych przez elektryków i techników w przemyśle oraz aplikacjach komercyjnych. Przyrządy te, mające również kluczowe standard for the thermal inspection znaczenie dla usługodawców, wspomagająthe diagnostykę budowlaną i procedury testowe. Infrared THermOgrapHy Wprowadzenie do termografii zawiera podstawową o funkcjonowaniu oraz of countless wiedzę applications. Infrared thermography is the science of zastosowaniach kamer termowizyjnych. using electronic optical devices to detect and measure radiation and correlating Informacje uzupełniające, dotyczącethat przyrządów testowych, rozwiązywania problemów, HIsTOry Of Infrared to surface temperature. is the konserwacji oraz zasadRadiation stosowania w budownictwie, udostępnione są przez Fluke TeCHnOlOgy movement ofnaheat that occurs as radiant Corporation stronach: www.fluke.com/thermography, The Snell Group na www. derivationInc. of “infrared” “past red,” energy (electromagnetic waves) moves thesnellgroup.com oraz American TechnicalThe Publishers, na stronieisgo2atp.com. referring to the place this wavelength without a direct medium of transfer. ModWydawca ern infrared thermography is performed holds in the spectrum of electromagnetic by using electronic optical devices to de- radiation. The term “thermography” is detect and measure radiation and correlate it rived from root words meaning “temperato the surface temperature of the structure ture picture.” The roots of thermography can be credited to the German astronomer or equipment being inspected. Humans have always been able to Sir William Herschel who, in 1800, perdetect infrared radiation. The nerve formed experiments with sunlight. endings in human skin can respond to temperature differences as little as ±0.009°C (0.005°F). Although extremely sensitive, human nerve endings are poorly designed for nondestructive thermal evaluation. For example, even if humans had the thermal capabilities of animals that can find warm-blooded prey in the dark, it is probable that better heat detection tools would still be needed. Because humans have physical limitations in de- A thermal image of the residual heat tecting heat, mechanical and electronic transferred from a hand to the surface of devices that are hypersensitive to heat a painted wall can be easily detected with have been developed. These devices are a thermal imager. 1 Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles 1 WPROWADZENIE DO TERMOGRAFII ORAZ KAMERTO TERMOWIZYJNYCH INTRODUCTION INFRARED Introduction to Thermography principles unkcjonowanie kamer termowizyjnych opiera się na wykorzystaniu techniki THERMOGRAPHY AND IMAGERS F termografii. Przyrządy te stosowaneTHERMAL są do rozwiązywania problemów, T konserwacji i sprawdzania układów elektrycznych, mechanicznych oraz zewnętrznej budynków. Przyczyniają do znacznej principles. redukcji kosztów, hermal struktury imagers operate based on infraredsię thermography A a nawet pozwalają wypracować zysk. WPROWADZENIE DO TERMOGRAFII ORAZ KAMER thermal imager is used as a cost-saving, and often money-making, test INTRODUCTION TO INFRARED TERMOWIZYJNYCH tool for troubleshooting, maintenance andHISTORIA inspection of electrical systems, TERMOGRAFIA W PODCZERWIENI BADAŃ THERMOGRAPHY AND THERMAL mechanical systems, and buildingpolega envelopes. Termografia w podczerwieni W PODCZERWIENI IMAGERS na rejestrowaniu elektronicznymi Pojęcie „podczerwieni” odnosi się for thejego thermal inspection przyrządami optycznymi temperatur thedostandard Infraredhermal THermOgrapHy klasyfikacji pasma w widmie imagers operate based on infrared thermography principles. A powierzchni mierzonego obiektu of promieniowania countless applications. thermal imager used as money-making, test Infrared thermography the is science of a cost-saving, and often elektromagnetycznego przez pomiary jego is promieniowania. „poniżej czerwonego”. Pojęcie „termografia” tool for optical troubleshooting, maintenance and inspection of electrical systems, using electronic devices to detect Promieniowanie to strumień cząstek lub pochodzi z języka greckiego i oznacza mechanical systems, and building envelopes. and measure radiation and correlating that fal wysyłanych przez ciało, przenoszących HIsTOry Of Infrared „obraz temperatury”. Początków termografii to surface(fale temperature. Radiation is thebez TeCHnOlOgy energię elektromagnetyczne) można upatrywać w 1800, kiedy to the standard for the roku thermal inspection Infrared movement of heat(materialnego) that THermOgrapHy occurs as radiant bezpośredniego środka niemiecki astronom Sir William Herschel of countless applications. derivation of “infrared” is “past red,” energy (electromagnetic waves) moves przekazu. Współczesna Infrared thermography istermografia the scienceThe ofprzeprowadził serię eksperymentów ze referring to the place this wykorzystuje specjalne przyrządy without ausing directelectronic medium optical of transfer. Moddevices to do detectświatłem słonecznym. wavelength holds inPrzepuścił the spectrum electromagnetic wykrywania i pomiarów promieniowania and measure radiation correlating that ern infrared thermography isand performed HIsTOry onof promienie słoneczne Of Infrared radiation. The term “thermography” is depodczerwonego. Intensywność surface temperature. Radiation by usingtoelectronic optical devices to de- is the przez pryzmat i sprawdził temperaturę TeCHnOlOgy rived from root wordsbarw meaning “temperapromieniowania zależy od correlate wysokości movement of heat and that occurs as itradiant poszczególnych widma przy użyciu tect and measure radiation The derivation of “infrared” is “pastHerschel red,” temperatur występujących na powierzchni ture picture.” The roots of thermography energy (electromagnetic waves) moves czułego termometru rtęciowego. to the surface temperature of the structure referring to the place this wavelength badanego obiektu lub przedmiotu. without a direct medium of transfer. Modcan be credited to the German astronomer zauważył, że poza strefą widzialnego or equipment being inspected. holds inHerschel the spectrum Humans Promieniowanie podczerwone, mimo ern infrared thermography is performed William who,ofinelectromagnetic 1800, perczyli „poniżej czerwonego”, have always been able to Sirwidma, radiation. The term “thermography” is deże niewidzialne dla ludzi, jest wyczuwalne by using electronic optical devices to detemperatura wzrasta. experiments with sunlight. detect infrared radiation. The nerve formed przez nasze ciało. Zakończenia tect and measure radiation and correlate it rived from root words meaning “temperaendings in human skin can respond ture picture.” The roots of thermography nerwowetowtheskórze są czułe of nawet na surface temperature the structure Kamera termowizyjna w postaci obrazu to temperature differences as little asjuż can be credited to the German astronomer małe różnice temperatur. Reagują or equipment being inspected. termicznego. rejestruje nawet pozostałości ±0.009°C (0.005°F). Although exo o Sir William Herschel who, in 1800, perna zmianę Humans ± 0,009have C (0,005 F).been Jednak always able to ciepła dłoni po dotknięciu powierzchni tremely sensitive, human nerveże endings formed experiments ściany. with sunlight. ich wysoka czułość sprawia, analiza detect infrared radiation. The nerve pomalowanej are poorly for nondestructive termiczna tądesigned metodą nie należy endings in human skin do canbadań respond thermal to evaluation. bezinwazyjnych. temperature differences as little as example, even if przez humansAlthough had the ex For Nawet posiadane drapieżniki ±0.009°C (0.005°F). thermal tremely capabilities of animals that can zdolności do wykrywania ciepła swoich sensitive, human nerve endings ofiar mogą się równać z możliwościami find nie warm-blooded prey in thenondestructive dark, it are poorly designed for specjalistycznych detektorów thermal is probable thatevaluation. better heatpodczerwieni. detection Ze względu na ograniczenia organizmu For example, even if had the tools would still be needed. humans Because człowieka w zakresie wykrywania ciepła, thermal capabilities of animals that A thermal image of the residual heat humans have physical limitations in de- can powstały liczne przyrządy and do precyzyjnych find warm-blooded prey in the dark,transferred it from a hand to the surface of tecting heat, mechanical electronic pomiarów promieniowania przyrządy, is probable that better heat detection devices that are hypersensitive to heat a painted wall can be easily detected with których stosowanie sięneeded. standardem tools would stało still be Because a thermal imager. have been developed. These devices are w badaniach termicznych w niezliczonych humans have physical limitations in de- A thermal image of the residual heat dziedzinach życia. tecting heat, mechanical and electronic transferred from a hand to the surface of a painted wall can be easily detected with 1 devices that are hypersensitive to 1heat have been developed. These devices are a thermal imager. T WSTĘP DO TECHNIKI Chapter 1 — Introduction to InfraredTERMOGRAFII Thermography and Thermal Imagers 3 Rys. 1–1. Kamera termowizyjna to przyrząd służący do bezdotykowych pomiarów, obrazujący emisję promieniowania podczerwonego. Thermal Imagers Kamery termowizyjne 138.2 THERMAL IMAGER 130 138.2 120 130 120 110 110 100 Ti25 90 IR FUSION TECHNOLOGY 100 80 72.2 90 F1 F2 F3 80 72.2 URZĄDZENIE EQUIPMENT ZOBRAZOWANE HEAT PATTERN PROMIENIOWANIE DETECTED IN EQUIPMENT URZĄDZENIA ODLEGŁOŚĆ OPEN SPACE BETWEEN MIĘDZY KAMERĄ THERMAL TERMOWIZYJNĄ IMAGER AND A URZĄDZENIEM EQUIPMENT MIERZONYM KAMERA TERMOWIZYJNA THERMAL IMAGER Figure 1-1. A thermal imager is a device that detects heat patterns in the infraredwavelength spectrum without making direct contact with equipment. temperatury, a nie różnicy potencjałów. W 1840 roku syn Sir Williama Herschela, systems were lightweight, portable, and Sir John Herschel wygenerował pierwszy operable without cooling. obraz termiczny ewaporografem. Obraz late 1980s, a new device knownstopnia tenIn the powstał w wyniku różnego as a focal-plane array (FPA) was released parowania cienkiej warstwy oleju i odbicia from theświatła. military into the commercial od niej marketplace. A focal-plane array (FPA) is anWarto image-sensing device consisting of an wiedzieć... array (typically rectangular) infraredPierwsze modele kameroftermowizyjnych sensing detectors at the focal plane ofczarnoa wyświetlały obrazy termiczne na lens. See Figure 1-2. białych lampach kineskopowych (CRT). This was a significant improvementtaśma Rejestrowanie ciągłe umożliwiała over original scanned detectors and the fotograficzna lub magnetyczna. result was an increase in image quality and resolution. Typical arrays spatial Kamera termowizyjna to on przyrząd modern thermal imagers have pixels that służący do pomiarów bezdotykowych, range from 16 × 16emisję to 640 × 480. A pixel, obrazujący promieniowania in this sense, is the smallest independent podczerwonego (rys. 1–1). Pierwsze modele element an FPA that can detect kamer oftermowizyjnych były infrared znane, jako energy. For specialized applications, ar- 1916– detektory fotoprzewodzące. W latach rays are available with pixels in excess of 1918, amerykański wynalazca, Theodore 1000 × 1000. The first number represents Case przeprowadzał eksperymenty the of vertical columns while the aby z number detektorami fotoprzewodzącymi, wygenerować sygnał w bezpośredniej interakcji z fotonami, zamiast nagrzewania. W rezultacie powstał szybszy i bardziej czuły detektor fotoprzewodzący. Odkryty przez niego obszar „ciemnego promieniowania” stanowi przedział widma Thermal imaging systems in the 1970s elektromagnetycznego, obecnie znanego durable and reliable but the quality of jako were promieniowanie podczerwone, the images was poor compared to modern rozpoznane jako promieniowanie thermal imagers. By the beginning of the elektromagnetyczne. 1980s, imagingniemiecki was being widely 20 latthermal później fizyk, used forSeebeck medical purposes, Thomas odkryłin mainstream zjawisko industry, and for termoelektryczne, co building z kolei inspections. przyczyniło Thermal imaging systems were calibrated się do wynalezienia pierwszej wersji to produce fully radiometric images, that termopary „thermomultiplier” w so1829 temperatures couldLeopoldo be mearoku radiometric przez włoskiego fizyka anywhere in theprostego image. A radiometric Nobili.sured Działanie tego przyrządu image is aopiera thermal się imagena that zjawisku contains dotykowego temperature measurement calculations for powstawania różnicy potencjałów między various points within themetalami image. dwoma odmiennymi pod thermal Współpracownik imager coolers wpływemReliable temperatury. refined to replace the compressed fizyka,wereMacedonio Melloni wkrótce or liquefied gas that had been used to udoskonalił prototyp termopary. Zbudował cool thermal Less expensive, termostos (zestaw imagers. szeregowo połączonych tube-based, pyroelectric vidiconna(PEV) termoelementów) i tak skupił nim thermal imaging systems depromieniowanie cieplne, że were mógł also wykryć widely produced. ciepłoveloped ciała z and odległości 9,1 m. Although radiometric, PEV thermalastronom imaging Wnot1880 roku, amerykański Samuel Langley zarejestrował ciepło ciała krowy z odległości 304 m przy użyciu bolometru. Bolometr mierzy zmianę rezystancji elektrycznej pod wpływem 2 horizontal rows displayed on the screen. For example, an array of 160 × 120 is equal to 19,200 total pixels (160 pixels × Rys. 1–2. Detektor typu FPA zbudowany jest 120 pixels = 19,200 total pixels). z matrycy (zwykle prostokątnej) detektorów The development of FPA podczerwieni umieszczonych na technology płaszczyźnie WSTĘP DO TERMOGRAFII W latach 40. i 50. nastąpił dynamiczny rozwój termografii, znajdującej coraz więcej zastosowań w wojsku. Niemieccy naukowcy odkryli, że schładzanie detektorów fotoprzewodzących zwiększa efektywność ich pracy. Wraz z początkiem lat 60. termografia stała się ogólnodostępna. Pomimo tego, że pierwsze kamery termowizyjne były mało skuteczne, powolne i posiadały niską rozdzielczość, to jednak znalazły zastosowanie w przemyśle, m.in.: w testach elektrycznych systemów przekładni i rozdzielnic. Dalsze udoskonalania w latach 70. w aplikacjach wojskowych przyczyniły się do powstania pierwszych przenośnych układów do diagnostyki budowlanej i bezinwazyjnego testowania materiałów. Kamery termowizyjne z lat 70. były już bardziej niezawodne i solidnie wykonane, jednak jakość obrazów w porównaniu z obrazami współczesnych przyrządów pozostawiała wiele do życzenia. Na początku lat 80. termografię zaczęto stosować w medycynie, głównych gałęziach przemysłu oraz diagnostyce budowlanej. Przyrządy kalibrowano, aby generowały w pełni radiometryczne obrazy, umożliwiając pomiary temperatur radiometrycznych w dowolnym ich punkcie. Obraz radiometryczny to obraz termiczny z obliczonymi wartościami temperatur w poszczególnych jego punktach. Udoskonalone niezawodne systemy chłodzenia kamer termowizyjnych zastąpiły stosowanie sprężonego lub skroplonego gazu, jako chłodziwa. Opracowano również i zaczęto produkować na szeroką skalę tańsze kamery termowizyjne, bazujące na lampie elektronowej z wbudowanym widikonem piroelektrycznym (PEV). Brak analizy radiometrycznej w kamerach PEV rekompensowała lekkość, małe wymiary i optymalna praca bez potrzeby chłodzenia. ogniskowej soczewki. Focal Plane Arrays Detektory typu FPA PLASTIKOWA PLASTIC OBUDOWA FRAME KABEL CZUJNIKA SENSOR WIRE CZUJNIK SENSOR Ti25 IR FUSION TECHNOLOGY OPTIC SOCZEWKA LENS decade an creased. Fu software fo tremendou available, m software to writing. R and sent e or preserve a PDF, and digital stor THerm OperaT It is useful of how the because it i SENSOR KABEL WIRE CZUJNIKA mographer of the equi KAMERA TERMOWIZYJNA THERMAL IMAGER accurate de problems. T Figure 1-2. A focal-plane array (FPA) is is to detect anPod koniec lat 80. wojsko udostępniło image-sensing device consisting of an by the targ doarray użytku publicznego detektor (typically rectangular) of light-sensingtypu FPA. pixelsDetektor at the focal typu plane ofFPA a lens.zbudowanyan object jest z matrycy (zwykle prostokątnej)imager. utilizing various detectors has increased detektorów podczerwieni umieszczonych Infrared since the year 2000. A long-wave thermal na płaszczyźnie ogniskowej soczewkimal imager imager is a thermal imager that detects in- in a respon (rys. 1–2). frared energy in a wavelength band that is electrical re Przyrząd ten znacząco wpłynął na between 8 µm and 15 µm. A micron (µm) rozwój termografii wykorzystującej detektorytronics in t is a unit of length measurement equal to skanujące. W szczególności wpłynął nasignal prod one-thousandth of a millimeter (0.001 m). jakość obrazu i rozdzielczość przestrzenną.converted i A mid-wave thermal imager is a thermal Typowe matryce współczesnych kamergram) on a imager that detects infrared energy in a termowizyjnych składają się z 16 x 16 doan image of wavelength band that is between 2.5 µm 640 x 480 pikseli. W termografii pikselonto a disp and 6 µm. Both long- and mid-wave theroznacza najmniejszy, niezależny punkttones corre mal imaging systems are now available in detektora typu FPA, zdolny do wykrywaniared radiatio fully radiometric versions, often with image In this sim promieniowania podczerwonego. fusion and thermal sensitivities of 0.05°C W określonych zastosowaniach, matryceis able to (0.09°F)się orzless. składają 1000 x 1000 pikseli. Pierwszaresponds to The cost of systems has dropped liczba określa these liczbę kolumn, a drugathe surface wyświetlanych wierszy. Na przykład matryca 160 x 120 składa się z 19200 pikseli (160 pikseli x 120 pikseli = 19200 pikseli). 3 WSTĘP DO TERMOGRAFII Chapter 1 — Introduction to Infrared Thermography and Thermal Imagers Fot. 1–1. Pomiary kamerą termowizyjną, która obrazuje promieniowanie podczerwone emitowane przez mierzony obiekt. Targets Pomiar urządzenia KAMERA THERMAL TERMOWIZYJNA IMAGER MIERZONY TARGET OBIEKT 5 analizę i dokumentowanie wyników. Umożliwia ono szybkie wygenerowanie raportu i przesłanie w formie elektronicznej lub zapisanie w formacie PDF na dowolnym nośniku pamięci. Termogram jest to obraz mierzonego obiektu elektronicznie przetworzony do wyświetlania, Chapter 1 — Introduction to Infrared Thermography and Thermal Imagers 5 który poprzez skalę kolorów przedstawia rozkład temperatur na jego powierzchni. Targets THERMAL IMAGER TARGET A thermogram is electronically processed onto a display screen where different color tones correspond to the distribution of infrared radiation over the surface of a target. Lenses. Thermal imagers have at least one lens. An imager lens takes infrared A thermogram is electronically processed radiation andafocuses it on an infrared deZASADA DZIAŁANIA KAMERY onto display screen where different tector. The detector responds and creates color tones correspond to the distribution TERMOWIZYJNEJ (thermal) or thermoof infrared radiation over the surface of Zapoznanie się image z zasadami działania 1-3. Azapoczątkował target is an object to be an electronic Figure Rok 2000 intensywny gram. The lens obrazowania on a thermal imager is a target. inspected with a thermal imager. The systemów termicznego oraz rozwój technologii FPA, co zaowocowało to collect and focus the incoming purpose of a thermal imager is to detect usedograniczeniami kamer termowizyjnych projektami wielu detektorów. Długofalowa radiation the detector. The bowiem the infrared radiation given off by the infrared z nimion pracę. Umożliwiają kamera termowizyjna wykrywa ułatwia Lenses. Thermal imagers have at least target. lenses of most long-wave thermal imagto wykrywanie i analizę wielu potencjalnych promieniowanie podczerwone w DETECTS paśmie lens. imager lens takes infrared THERMAL IMAGER ers are one made of An germanium (Ge). Thin Kamera termowizyjna RADIATION o długości od 8 μmINFRARED do15 μm. Mikron (μm) nieprawidłowości. radiation and focuses it on an infrared delayers of antireflection coatings improve GIVEN OFF BY TARGET promieniowanie podczerwone to jedna tysięczna milimetra (0,001m). wykrywa tector. The detector responds and creates transmission of przez the lenses. mierzony obiekt (fot. 1–1). Krótkofalowa kamera termowizyna emitowane an electronic (thermal) image or thermoFigure 1-3. A target is an object to beMierzonym obiektem może być przedmiot, Thermal Imager Components wykrywa promieniowanie podczerwone gram. The lens on a thermal imager is inspected with a thermal imager. Thebudynek lub inne urządzenie wybrane do w Typical paśmie od 2,5 do imager 6 of μm. Oba used to collect and focus the incoming purpose of a μm thermal is to detect thermal imagers consist sevTECH-TIP sprawdzenia kamerą termowizyjną. rodzaje kamer termowizyjnych są obecnie radiation on the detector. The the infrared radiation given off eral common components including the by the infrared Układ optyczny kamery skupia dostępnetarget. w pełnej radiometrycznej wersji, Because of theofongoing need to conserve lenses most long-wave thermal imaglens, lens cover, display, detector and promieniowanie podczerwone na government często z funkcją nakładania się obrazów energy, ersmunicipalities are made ofand germanium (Ge). Thin processing electronics, controls, data detektorze, który zamienia je na sygnał o o use of infrared aerial scans made improve i o czułości termicznej 0,05 C (0,09 F) lub agencies layers antireflection coatings elektryczny (zmiana lub from adaptations to military aerial napięcia storage devices and data processing mniejszej. transmission of the lenses.thermal maps. The purpose of these scans is rezystancji elektrycznej) odbierany przez and report software. These W ciągu generation ostatnich 10 lat, ceny kamer toelektroniczne provide communities, and Następnie Thermal Imager Components układyresidents, przyrządu. components can vary depending on the zmalały przynajmniej dziesięciokrotnie, businesses with information regarding na obraz sygnał jest przekształcany Typical imagersimaging consist of sevprzy jakości. type jednoczesnej and modelthermal of thepoprawie thermal thetermiczny loss TECH-TIP of heat in(termogram) their buildings. i wyświetlany Ponadto dostępne jest już zaawansowane eral common components including the system. See Figure 1-4. of the ongoing need to conserve przezBecause przyrząd. Termogram jest to oprogramowanie do display, przetwarzania lens, lens cover, detector and energy, municipalities and government obraz mierzonego obiektu elektronicznie obrazów. processing Prawie wszystkie dostępne electronics, controls,nadata agencies use infrared aerial scans madeskala przetworzony do wyświetlania, rynku kamery termowizyjne sprzedawane from obrazuje adaptations rozkład to militarytemperatur aerial ther- na storage devices and data processingkolorów są z oprogramowaniem, ułatwiającym mal maps. The purpose of these scans is and report generation software. These to provide communities, residents, and components can vary depending on the 4 businesses with information regarding type and model of the thermal imaging the loss of heat in their buildings. KAMERA TERMOWIZYJNA WYKRYWA PROMIENIOWANIE PODCZERWONE THERMAL IMAGER DETECTS EMITOWANE PRZEZRADIATION MIERZONY INFRARED OBIEKT. GIVEN OFF BY TARGET 6 WSTĘP DO TERMOGRAFII INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES Fot. 1–2. Standardowe kamery termowizyjne składają się z: obiektywu, przesłony obiektywu, wyświetlacza, przycisków sterujących oraz uchwytu z paskiem na rękę. Thermal Imagers Kamery termowizyjne PRZESŁONA OBIEKTYWU LENS COVER OBIEKTYW LENS WYŚWIETLACZ DISPLAY PRZYCISKI STERUJĄCE CONTROLS TRIGGER WYZWALACZ CONTROL KAMERA TERMOWIZYNA THERMAL IMAGER UCHWYT KAMERY HANDLE WITH Z PASKIEM NA HAND STRAP RĘKĘ Figure 1-4. Typical thermal imagers have several common components including the lens cover, Dzięki display, controls, and handle with hand strap. jego lens, powierzchni. tej metodzie odbierania i skupiania promieniowania można stworzyć obraz rejestrujący moc promieniowania powierzchni mierzonego obiektu. podczerwonego na detektorze. Obiektywy kamer długofalowych wykonane są zDisplays. germanu (Ge). warstwy A thermal imageCienkie is displayed odblaskowe polepszają jakość view transmisji on a liquid crystal display (LCD) obiektywu. screen located on a thermal imager. The LCD view screen must be large and bright enough be easily viewed under the diWartotowiedzieć... verse lighting in Rosnąca conditions potrzebaencountered oszczędzania various field locations. A display will also energii zapoczątkowała wdrażanie often provide information as battery przez władze lokalne isuch agencje rządowe charge, date, time, target temperature (in powietrznych systemów detekcji °F,podczerwieni, °C, or °K), visible light image, and które początkowo amiały color spectrum key related to the temperazastosowanie wojskowe przy tworzeniu ture. See Figure 1-5. map termicznych. Informacje o stratach ciepła budynków uzyskane w wyniku Detector and Processing Electronics. pomiarów systemami skanującymi Detector and processing electronics sąusedprzydatne dla administratorów are to process infrared energy into budynków, a także właścicieli przedsiębiorstw. Budowa kamery termowizyjnej Standardowa kamera termowizyjna składa się z takich elementów, jak: obiektyw, przesłona obiektywu, wyświetlacz, detektor, układy elektroniczne, przyciski sterujące, nośniki pamięci oraz oprogramowanie dokumentujące i analizujące wyniki pomiarów. Kamery różnią się w zależności od rodzaju i modelu (fot. 1–2). Obiektywy Thermal imagers typically have a carKamery posiadają co ryingtermowizyjne case to house the instrument, najmniej jeden software, and obiektyw, other relevantrejestrujący equipment promieniowanie podczerwone, a następnie for field usage. skupia je na detektorze podczerwieni. W efekcie detektor przetwarza promieniowanie na obraz termiczny, czyli termogram. Obiektyw kamery służy do 5 from the target is focused on the detector, which is typically an electronic semiconWSTĘP DO TERMOGRAFII LENS ductor material. The thermal radiation produces a measurable response from the Wyświetlacze Przyciski sterujące detector. This response is processed Termogram pokazywany jestelec- na Aby podnieść jakość wyświetlanego obrazu tronically within the thermal imager(LCD) to wyświetlaczu ciekłokrystalicznym termicznego, zmienia się odpowiednie TRIGGER produce a thermal image termowizyjnej. on the display wbudowanym w kamerze ustawienia parametrów elektronicznych CONTROL screen of the thermal imager. przyciskami sterującymi. Ustawia się Rys. 1–3. Termogram widoczny na wyświetlaczu kamery termowizyjnej. w ten sposób zmienne: zakres temperatury, zakres i poziom termiczny, palety kolorów oraz stopień nałożenia obrazów. Można również dopasować ustawienia emisyjności THERMAL IMAGER i odbijanej temperatury otoczenia (fot. 1–3). Displays Wyświetlacz KAMERA THERMAL TERMOWIZYJNA IMAGER WYŚWIETLACZ CIEKOKRYSTALICZNY LCDLIQUID CRYSTAL THERMAL IMAGER W zestawie z kamerą termowizyjną jest several com Figure 1-4. Typical thermal imagers have przeważnie skrzynka bezpiecznego lens, lens cover, display,docontrols, and handle with han przenoszenia oraz przechowywania przyrządu, oprogramowanie, a także inne akcesoria CONTROLS kamery USED TO przydatne w użytkowaniu w terenie. DISPLAY (LCD) F1 F2 OPERATE IMAGER AND ADJUST SETTINGS F3 OBRAZ THERMAL TERMICZNY IMAGE Figure 1-5. A thermal image is displayed Displays. on a liqui screen loc LCD view enough to verse ligh various fie often prov charge, da °F, °C, or color spec ture. See F Thermal imagers typically have a cara liquid crystal (LCD) located Zeon względu na display różnorodne warunki Nośniki pamięci Figure rying 1-6. With adjustments casecontrols, to house the instrument, on the thermalnapotykane imager. oświetlenia w trakciecan Elektroniczne pliki, zawierające cyfroweDetector be software, made to important variables such and other relevant equipment Detector pomiarów w terenie, ekran musi byćas temperature obrazy termiczne i powiązane range, thermal span and z nimi for field usage. are used t odpowiednich wymiarów i dostatecznie dane, zapisywane and other settings. są na różnego rodzaju Controls. Various electronic adjustments level, jasny. Wyświetlacz pokazuje również kartach pamięci lub innych nośnikach. can be made with controls to refine a informacje dotyczące stanu baterii, datę, Wiele kamer termowizyjnych umożliwia thermal image on the display. Electronic godzinę, temperaturę mierzonego obiektuData również dodatkowej Storagezarejestrowane Devices. Electronic digi- notatki adjustments can be made to variables such o o F,temperature C lub oK), range, obraz thermal widzialnego (w as głosowej lub thermal tekstowej, a także containing images and obrazu span światła and tal files oraz skalę odpowiadającą wartościassociated zarejestrowanego wbudowaną kamerą. data are stored on different level, colorbarw palettes, and image fusion. temperatury (rys. Adjustments can1–3). often also be made to types of electronic memory cards or Oprogramowanie dokumentujące and transfer devices. Many inthe emissivity and reflected background storage Detektor i układy elektroniczne i analizujące wyniki pomiarów frared imaging systems also allow for temperature. See Figure 1-6. Detektor i układy elektroniczne przetwarzają Oprogramowanie najnowszych kamer promieniowanie podczerwone na inne termowizyjnych posiada szeroki wachlarz wielkości fizyczne. Promieniowanie cieplne funkcji, jednocześnie pozostając prostym emitowane przez mierzony obiekt jest w obsłudze. Cyfrowe obrazy termiczne skupiane na detektorze, zazwyczaj i obrazy widzialne po skopiowaniu będącym także półprzewodnikiem. do komputera można wyświetlać, Następnie detektor zamienia używając różnych palet barw. Można promieniowanie na wielkości mierzalne, również zmieniać wszystkie parametry które elektronicznie przetworzone radiometryczne oraz funkcje analizujące. wyświetlane są, jako obrazy termiczne. 6 WSTĘP DO TERMOGRAFII Przetworzone obrazy umieszczane są następnie w szablonie raportu i drukowane, bądź zapisywane, lub przesyłane dalej drogą elektroniczną. uction to Infrared Thermography and Thermal Imagers radiation detector, semiconradiation e from the ssed elecmager to e display 7 Fot. 1–3. Przyciskami sterującymi ustawisz zmienne: zakres temperatury, zakres i poziom termiczny oraz inne. Controls Przyciski sterujące CRYSTAL AY (LCD) PRZYCISKI CONTROLS USED TO STERUJĄCE KAMERĄ I OPERATE SŁUŻĄCE IMAGER DO AND ADJUST REGULACJI JEJ SETTINGS USTAWIEŃ ERMAL AGE displayed D) located justments refine a Electronic ables such span and e fusion. made to ckground Figure 1-6. With controls, adjustments can be made to important variables such as temperature range, thermal span and level, and other settings. Data Storage Devices. Electronic digital files containing thermal images and associated data are stored on different types of electronic memory cards or storage and transfer devices. Many infrared imaging systems also allow for 7 Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles 2 10 –INTRODUCTION THERMOGRAPHY PRINCIPL TERMOGRAFIA TRAFIONATO INWESTYCJA INTRODUCTION TO INFRARED THERMOGRAPHY AND THERMAL IMAGERS Thermal Signatures P omiary kamerą termowizyjną znalazły zastosowanie w wielu funkcjach krytycznych aplikacji komercyjnych oraz przemysłowych. Umożliwiają hermal techniczną, imagers operate based onurządzeń, infrared thermography principles. A diagnostykę konserwację a także weryfikację zewnętrznej struktury budynków. uważane są zamoney-making, stosunkowo kosztowne thermal imager Kamery is used termowizyjne as a cost-saving, and often test przyrządy. Jednak inwestując w ich zakup i używając do doraźnych oraz okresowych tool for troubleshooting, maintenance and inspection of electrical systems, napraw, redukujesz koszty i czas przestoju maszyn. mechanical systems, and building envelopes. T AB thetermowizyjną, standard for the thermal inspectionmożna to na jego podstawie of countless applications. stwierdzić czy wymagana jest dalsza analiza. Termografia w podczerwieni pełni ważną Infrared thermography is the science of Na przykład można szybko skontrolować funkcję przy usuwaniu usterek w aplikacjach using electronic optical devices to detect silnik elektryczny i wykryć ewentualną komercyjnych oraz przemysłowych. and measure radiation and correlating that HIsTOry Of Infrared usterkę łożysk lub sprzęgła. Smarowanie Nieprawidłowa praca urządzeń lub jej to surface temperature. Radiation is the TeCHnOlOgy wczesne oznaki, nasuwają natychmiast łożyska, którego temperatura jest znacznie movement of heat that occurs as radiant wyższa od of temperatury pytania o ich stan. Zlokalizowanie usterki The derivation “infrared” isobudowy “past red,”silnika, energy (electromagnetic waves) moves prawdopodobnie jest niewłaściwe nie sprawia problemu, jeżeli jest ona referring to the place this wavelength lub without a direct medium of transfer. Modnadmierne. Na nieprawidłowe ustawienie sygnalizowana w czytelny sposób, np. za holds in the spectrum of electromagnetic ern infrared thermography performed wskazuje również wyższa temperatura pomocą wibracji, sygnału isdźwiękowego radiation. The term is deFigure 2-1. The“thermography” thermal signatures of operating equipm by using electronic optical devices to delub podwyższonej temperatury. Przyczyna jednej z okładzin sprzęgła (fot. 2–2). and abnormal conditions. rived from root words meaning “temperatect andmoże measure and correlate it usterki byćradiation jednak trudna lub nawet Fot. 2-1.The Temperatura łożyska wyższa od ture picture.” roots of thermography to the surface niemożliwa dotemperature wykrycia. of the structure temperatury obudowy silnika wskazuje na can be credited to the German astronomer niewłaściwe smarowanie lub nieosiowość. or equipment Sygnaturabeing inspected. termiczna to Sir William Herschel who, in 1800, perThe ke Humans have always been able to obraz przedstawiający w fałszywych Troubleshooting Motor Nieprawidłowości związane z Bearings łożyskami using ther barwach energię radiation. podczerwoną ciepło formed experiments with sunlight. detect infrared Thelub nerve OBUDOWA SILNIKA understand MOTOR CASING emitowane przez skin przedmiot. Analiza endings in human can respond needed to nieprawidłowości polega na porównaniu to temperature differences as little as abnormal c sygnatury termicznej urządzenia ±0.009°C (0.005°F). Although exof equipm sprawnego z sygnaturą urządzenia tremely sensitive, human nerve endings example, u testowanego (fot. 2–1). Główną zaletą are poorly designed for nondestructive shoot an el wykorzystywania technologii podczerwieni thermal evaluation. it is not en jest możliwość wykonania szybkiego For example, even if humans had the potential p testu urządzenia metodą bezinwazyjną. thermal capabilities of animals that can visible un Dodatkowo kamery termowizyjne nie find warm-blooded prey in the dark, it switch is e wymagają kontaktu z badanym układem, fully troub is probable that better heat detection dlatego badane urządzenie lub część ŁOŻYSKO SILNIKA MOTOR BEARING observed a tools would still wbetrakcie needed. (WARMER THAN MOTOR (BARDZIEJ NAGRZANE można sprawdzać jegoBecause normalnej operating c CASING) COULD BE image ofSILNIKA) the residual heat humans have physical limitations in de- A thermal NIŻ OBUDOWA pracy. SIGN OF POTENTIAL MOŻE WSKAZYWAĆ NA Knowin from a hand to the surface of heat, mechanical and electronic PROBLEM tectingNawet jeżeli obraz termiczny transferred EWENTUALNĄ USTERKĘ needed fo devices that arewadliwego hypersensitivenieto heatjest a painted wall can be easily detected with urządzenia piece of eq imager. Figure 2-2. A motor bearing that is beenzinterpretowany developed. Theseprzez devices are a thermal whave pełni kamerę Infrared THermOgrapHy ROZWIĄZYWANIE PROBLEMÓW 1 8 significantly warmer than the motor casing suggests the possibility of either a lubrication or alignment problem. Along wit solid under transfer, rad 10 WSTĘP DO TERMOGRAFII INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES Fot. 2–2. Sygnatury termiczne testowanych urządzeń umożliwiają szybkie wskazanie nieprawidłowości. THERMOGRAPHY AND Thermal Signatures Sygnatury termiczne RETURN ON INVESTMENT NIEPRAWIDŁOWA PRACA ABNORMAL CONDITION PRZEGRZEWANIE SIĘ he use of thermal imagers, can be used to perform s for commercial and industrial environments and maintenance of equipment and the inspections rmal imagers have traditionally been considered s associated with the maintenance and unplanned tions can be greatly reduced when thermal imagers ve and predictive maintenance tasks. PRAWIDŁOWA PRACA testing may be required. For example, it is easy to perform a quick inspection important of an electric motor and understand if problems there are irregularities with the bearings perations. and any coupling. A motor bearing that ndition are is significantly warmer than the motor condition casing suggests the possibility of either a level, this Figure 2-1. Thealignment thermal signatures of operating equipment can quickly indicate normal lubrication or an problem. An vibration, and abnormal conditions. alignment problem can also be indicated Nie zawsze jednak dokładne On a subtle Gorąca przykrywka łożyska oznacza if one side of the coupling is warmer than zapoznanie się z instrukcją serwisową em may be ewentualne złe ułożenie, niewłaściwe smarowanie albo See usterkę lub the opposite side. Figure silnika 2-2. danego urządzenia jest możliwe. Oprócz n. podłączonych urządzeń. The key to successful troubleshooting Troubleshooting Motor Bearings doświadczenia w stosowaniu termografii, color picusing thermal imaging is having a good skuteczne usuwanie wymaga heat, being understanding of the basic usterek requirements MOTOR CASING posiadania szerokiej wiedzy na ng the therneeded to detect potential problems or temat rozchodzenia sięin any ciepła, ating piece abnormal conditions specific radiometrii, piece użytkowania kamery termowizyjnej, aluated for of equipment when they are present. For a także using funkcjonowania i awarii urządzeń. excellent example, a thermal imager to troubleRadiometria igure 2-1. shoot an electrical polega disconnect na switchwykrywaniu when oraz pomiarach elektromagnetycznej hermograit is not energized has no value because energii promieniowania w podczerwieni. ed quickly potential problems (hot spots) will not be ment. Also, visible unless the electrical disconnect Konserwacja okresowa quire conswitch is energized. Likewise, to successKonserwacja to be prace equipment fully troubleshoot a okresowa steam trap, it must MOTOR BEARING wykonywane zgodnie z ustalonym A hot bearing cap is a sign of a poten Zastosowanie termografii do observed as it goes through a complete (WARMER THAN MOTOR harmonogramem, mające na celu tial problem with either the alignment, l image iswykrywania i COULD usuwania usterek operating cycle. CASING) BE SIGN OF POTENTIAL utrzymanie jakości działania urządzeń na lubrication, or issues with the motor or mographer,wymaga Knowing exactly what conditions are uprzedniego zapoznania się PROBLEM najwyższym poziomie. Naprawy okresowe equipment it is connected to. if furtherz podstawowymi needed for troubleshooting a particular parametrami wadliwego minimalizują występowanie usterek i awarii urządzenia. Na testowanie Figure 2-2. A przykład motor bearing that is piece of equipment is not always simple. oraz umożliwiają osiągnięcie maksymalnej Along with thermographer experience, a wyłącznika bez podłączenia zasilania nie significantly warmer than the motor 9 efektywności produkcji, a także zapewniają solid understanding of variables such as heat ma sensu, ponieważ nagrzewanie casing suggests the possibility of eithersię a bezpieczne warunki radiometry, camera w use,miejscu and equip- pracy. niektórych miejsc występuje tylko przy transfer, lubrication or alignment problem. W efekcie konserwacja okresowa prowadzi włączonym zasilaniu. Podobnie należy do wydłużenia żywotności urządzeń, badać zbiornik kondensacyjny przy redukcji przestojów produkcji oraz wzrostu normalnym cyklu pracy. ogólnej efektywności przedsiębiorstwa. 9 WSTĘP DO TERMOGRAFII Prace okresowe oraz częstotliwość ich więcej problemów generowała niż wykonywania należy dostosować do rozwiązywała. Ponadto metody te często specyfikacji producenta, instrukcji obsługi, nie zapewniały zwrotu poniesionych publikacji handlowych i doświadczenia inwestycji. pracowników. INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES doraźna 12 Celem konserwacji okresowej Konserwacja jest dostarczanie informacji dotyczących Konserwacja doraźna polega na pracy urządzeń na podstawie ich oceny monitorowaniu zużycia i odchyleń i obserwacji. Kamery termowizyjne parametrów urządzeń od period ich specyfikacji baseline condition is used for verification allow, monitored until a repair can wspomagają proces monitorowania pracy ze z góry ustaloną tolerancją. Ma na celu of manufacturer performance specifica- be scheduled. urządzeń. Analiza obrazów termicznych potencjalnych usterek lub Regardless of the maintenance pro-awarii. tions or comparisons at later points in wykrycie urządzeń umożliwia zwiększenie Informacje dotyczące pracy urządzeń są time. Acceptance inspections of new or grams used within a company, the use skuteczności napraw lub wymiany, zbierane i analizowane, obrazując w ten rebuilt equipment are critical to cost- of thermography and thermal imagers redukuje koszty oraz poprawia is sposób tendencje pracy specyfikację beneficial. When used for i troubleeffective PdMogólne programs. niezawodność urządzenia. Gdy wymagana ich podzespołów. W razie konieczności Whether installing a new motor-control shooting and maintenance, the advanjest pełna funkcjonalność urządzenia, wykonuje się naprawy. center, roof, steam line, or building insula- tages are reduced equipment outages szef linii produkcyjnej może być pewien Naprawy doraźne time. Otherczęsto tion, thermal imaging is used to document and increased operating osiągnięcia zamierzonych efektów pracy. wymagają dodatkowej inwestycji on sprzęt the actual equipment condition at the time major benefits include large returns w Konserwacja obejmuje szereg monitorujący oraz szkoleń dla pracowników. of acceptance. A thermal image can be investments in reliability maintenance, zaawansowanych prac, Ten savings rodzaj through konserwacji reduced powszechnie hours, used to determine if thewykonywanych installation was cost określonymi metodami. W ostatnich latach stosuje się w przypadku urządzeń,ofktórych properly performed. If a deficiency in the and the reduced overall frustration odkryto, że większość starych funkcjonowanie jest kosztowne lub technicians. installation is discovered, it can metod, be im- maintenance począwszy od konserwacji okresowej, kluczowe. Informacje zebrane podczas mediately corrected or, as circumstances Rys. 2-1. Konserwację doraźną powszechnie się stosuje w przypadku urządzeń, których praca jest kosztowna lub decydująca. Predictive Maintenance Konserwacja doraźna Rozpocznij START PREDICTIVE MAINTENANCE program konserwacji PROGRAM doraźnej ELIPSA WSKAZUJE ELLIPSE INDICATES POCZĄTEK LUBOR KONIEC BEGINNING END SCHEMATU OF FLOW CHART ARROWWSKAZUJĄ INDICATES STRZAŁKI KIERUNEK PORUSZANIA SIĘ DIRECTION ZBIERANIE COLLECT DATA DANYCH VALUES WARTOŚCI WITHIN W GRANICACH TOLERANCES? TOLERANCJI? TAK YES PROJEKT DESIGN ZASTOSOWANIA YES TAK NO NIE TAK YES WYKONAJMAINTENANCE PROCEDURY PERFORM KONSERWACJI PROCEDURES DIAMOND ROMBY ZAWIERAJĄ CONTAINS PYTANIA QUESTION POJAWIA SIĘ PROBLEM PROBLEM? RECURS? ZMIANA PROJEKTU CHANGE DESIGN ANALYZE DESIGN ANALIZA PROJEKTU ANALIZA DANYCH ANALYZE DATA NIE NO NO NIE OK? APPLICATION ZASTOSOWANIE OK? OK? NIE NO ZMIANA ZASTOSOWANIA CHANGE APPLICATION PROSTOKĄT ZAWIERA ZESTAW INSTRUKCJI RECTANGLE TAK YES ANALIZA ZASTOSOWANIA ANALYZE APPLICATION CONTAINS SET OF INSTRUCTIONS Figure 2-3. Predictive maintenance is most10 commonly used on the expensive or critical equipment in a facility. WSTĘP DO TERMOGRAFII monitoringu urządzeń są analizowane w zestawieniu ze stałymi bazowymi w celu określenia czy zmierzone wartości mieszczą się w przedziale tolerancji (rys. 2–1). Jeśli wykraczają poza przedziały tolerancji, wymagane jest wykonanie konserwacji. Po zakończeniu procedur urządzenie jest dokładnie monitorowane. Jeżeli problem się powtórzy, zastosowanie urządzenia i jego budowę poddaje się ponownej analizie, a w razie konieczności dokonuje się wymiany. Program napraw doraźnych zwykle zastępuje konserwację okresową. Pewne procedury konserwacji, takie jak: smarowanie lub czyszczenie, wykonuje się w razie konieczności, a nie według ustalonego harmonogramu. Technika termografii i obrazowanie termiczne umożliwia określenie stanu urządzenia w razie pojawienia się co do niego wątpliwości lub przy okresowej konserwacji. Test odbiorczy polega na sprawdzeniu urządzenia przy jego pierwszej instalacji lub wymianie części, w celu określenia jego podstawowego stanu. Stan podstawowy służy do porównania ze specyfikacją producenta lub późniejszych porównań. Wykonanie testów odbiorczych nowego lub naprawionego urządzenia zasadniczo wpływa na opłacalność konserwacji doraźnej. Kamery termowizyjne dokumentują bieżący stan urządzeń w momencie ich odbioru, w trakcie instalacji nowej centrali sterowania silnikami, dachu, rurociągu parowego czy też izolacji. Obraz termiczny umożliwia stwierdzenie czy dana instalacja wykonana jest prawidłowo. Ewentualnie wykrytą nieprawidłowość można natychmiast naprawić lub, jeśli pozwalają na to okoliczności, monitorować aż do jej naprawy zgodnie z harmonogramem. Niezależnie od programów konserwacji w firmie, stosowanie termografii i obrazowania termicznego jest przydatne. Do zalet wykorzystywania termografii w rozwiązywaniu problemów i pracach konserwacyjnych należą: krótsze przestoje i dłuższy czas efektywnej pracy. Innymi głównymi korzyściami są: zwiększona skuteczność konserwacji, a tym samym zwroty inwestycji w przyrządy testowe oraz oszczędności ze zmniejszenia liczby robogodzin. 11 Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles 3 BEZPIECZEŃSTWO I SZKOLENIA INTRODUCTION TO INFRARED THERMOGRAPHY AND THERMAL amery termowizyjne wykorzystuje się do różnegoIMAGERS rodzaju zadań K w obiektach handlowych i przemysłowych. Wiele z tych zadań wykonywanych jest w warunkach wysokiego ryzyka, np. przy urządzeniach elektrycznych pod hermal based on infrared thermography principles. A napięciem, naimagers dużych operate wysokościach, itp. Tylko dzięki odpowiedniemu szkoleniu thermal imager is used as a cost-saving, and often money-making, test z użytkowania kamery termowizyjnej oraz przestrzeganiu zasad dotyczących tool for troubleshooting, maintenance and inspection electrical i systems, bezpieczeństwa wykonanie wymaganych zadań będzie of bezpieczne efektywne. mechanical systems, and building envelopes. T NIEZBĘDNE KWALIFIKACJE Infrared THermOgrapHy I CERTYFIKATY KOMPETENCJI konsekwencje, takie jak: nieprecyzyjne the standard for the thermal inspection zalecenia na temat wykrytych of nieprawidłowości countless applications. lub ich przeoczenie. Aby Infrared thermography is the science of Szkolenie z obsługi współczesnej kamery using electronic optical devicesproste. to detectTak uzyskać wyniki wysokiej jakości, oprócz termowizyjnej jest względnie odpowiednich kwalifikacji równie ważne naprawdę wystarczy na poziomie and measure radiationszkolenie and correlating that HIsTOry Of Infrared jest opanowanie teorii. podstawowym z zajęciami praktycznymi. to surface temperature. Radiation is the TeCHnOlOgy Prawidłowa obrazu movement of heatinterpretacja that occurs as radiant termicznego może jednak przysporzyć energy (electromagnetic waves) moves The derivation of “infrared” is “past red,” trudności. Nie wystarczy poznać referring the place this wavelength without a direct medium of transfer. ModTabela 3-1.toCertyfikacja pozwalająca na stosowanie techniki zastosowania termografii, lecz trzeba także termograficznej składa się z 3 electromagnetic ern infrared thermography is performed holds in the spectrum of poziomów. wzbogacić swoje teoretyczne podstawy radiation. The term “thermography” is deby using electronic optical devices to dePoziomy certyfikacji z technik o ćwiczenia i bezpośrednie doświadczenie rived from root words meaning “temperatect and measure radiation and correlate it termowizyjnych w użytkowaniu kamer termowizyjnych. ture picture.” The roots of thermography to the surface temperature of the structure Aby w pełni spożytkować inwestycję can be Poziom Kwalifikacje credited to the German astronomer equipment being inspected. wortermografię, pracownicy powinni mieć 1 w zakresie gromadzenia Sir William Herschel who, in 1800, perHumans have always been able to odpowiednie kwalifikacje i certyfikaty najistotniejszych danych with sunlight. detect infrared radiation. The nerve formed experiments kompetencji. i sortowania ich według in human skinodcan respond endings Niezależnie sposobu ustalonych kryteriów. to temperaturetechniki differences as littlejakość as wykorzystania termografii, Poziom Kwalifikacje w zakresie ±0.009°C (0.005°F). exkwalifikacji pracownikaAlthough użytkującego 2 ustawiania i kalibracji kamerę w nerve głównej mierze tremely termowizyjną sensitive, human endings przyrządów, interpretowania zależy od praktyki, doświadczenia oraz are poorly designed for nondestructive danych, tworzenia raportów ilości testów w jednej z trzech kategorii thermal evaluation. i nadzorowania pracowników przyznanego certyfikatu For example, even if (tabela 3–1). humans had the na poziomie 1. thermal Proces certyfikacji capabilities of animals thatstanowi can Poziom Kwalifikacje w zakresie inwestycję, która prey zwykle zwraca find warm-blooded in the dark, itsię 3 rozwijania procedur wielokrotnie. is probable thatKontrole better heat prowadzone detection kontroli, interpretowania przez certyfikowany personel nie tylko tools would still be needed. Because odpowiednich kodów są wyższej jakości, ale również są of the residual heat humans have physical limitations in de- A thermal image i zarządzania programem, bardziej kompetentne merytorycznie. transferred fromaatakże handnadzorowania to the surface of lub tecting heat, mechanical and electronic Niecertyfikowani pracownicy mogą narazić szkolenia i testowania. a painted wall can be easily detected with devices that are hypersensitive to heat firmę na drogie i niebezpieczne pomyłki. Te have been developed. These devices are a thermal imager. pomyłki często pociągają za sobą poważne 1 12 WSTĘP DO TERMOGRAFII Tabela 3–2. Sugerowana odległość pracy w odzieży ochronnej Zabezpieczenie przed wyładowaniem łuku elektrycznego Wartości nominalne (napięcie, zakres, napięcie międzyfazowe*) Graniczne odległości zbliżenia Przybliżone ograniczenie (uwzględniające przypadkowe przesunięcie) Zakazane granice podejścia Odsłonięty przewodnik przenośny Odsłonięty stały element obwodu 0 do 50 brak brak brak brak 51 do 300 10′–0″ 3′–6″ Unikaj kontaktu Unikaj kontaktu 301 do 750 10′–0″ 3′–6″ 1′–0″ 0′–1″ 751 do 15000 10′–0″ 5′–0″ 2′–2″ 0′–7″ *w V W USA certyfikat wydawany jest przez pracodawcę zgodnie z normami Amerykańskiego Towarzystwa Badań Nieniszczących (ASNT). Jest to organizacja pomagającą tworzyć bezpieczne środowisko przez świadczenie usług z zastosowaniem metody badań bezinwazyjnych i promowanie tej techniki przez publikacje, certyfikaty, badania oraz konferencje. W pozostałych państwach za certyfikację odpowiedzialne są centralne komitety certyfikujące w każdym kraju spełniającym normy Międzynarodowej Organizacji Normalizującej (ISO). Jest to pozarządowa, międzynarodowa organizacja zrzeszająca organizacje normalizujące z ponad 90 krajów. W obydwu systemach kwalifikacje zdobywa się przede wszystkim poprzez odpowiednie szkolenia, co regulują właściwe normy. Wymagany jest również okres czynnego zdobywania doświadczenia oraz egzamin pisemny i prezentacja umiejętności. BEZPIECZEŃSTWO W MIEJSCU PRACY Każdy program certyfikujący kładzie nacisk na techniki stosowania termografii oraz umiejętności zapewnienia bezpieczeństwa w miejscu pracy. Kierowanie się ogólnymi zasadami bezpieczeństwa nie zawsze wystarcza, gdyż niektóre ostrzeżenia często dotyczą tylko określonych sytuacji. Na przykład, sprawdzając systemy elektryczne pomiarem termograficznym, kontroler narażony jest na potencjalne zagrożenie wyładowania łukowego. W wielu przypadkach, kontrolerzy sprawdzają zasilane urządzenia, gdzie natychmiast po zdjęciu osłon, może powstać łuk elektryczny między fazami lub fazą a uziemieniem. Łuk elektryczny występuje w powietrzu i jest wyładowaniem o wysokiej temperaturze spowodowanym przez awarie elektryczne. Temperatura łuku elektrycznego może wynieść nawet 19,427 oC (35,000 oF). Strzał łuku elektrycznego to wybuch, który ma miejsce, gdy powietrze otaczające urządzenie elektryczne jest zjonizowane i nabiera właściwości przewodzących. Zagrożenie wyładowaniem łuku elektrycznego wzrasta dla układów elektrycznych powyżej 480V. Granice zabezpieczenia przed łukiem elektrycznym wyznaczają bezpieczną odległość wymaganą przy pracy w odzieży ochronnej (PPE) zapewniającej ochronę Warto wiedzieć... Przed badaniem termograficznym, pracownik powinien zrobić „obchód” badanych urządzeń lub obiektów dla podwyższenia bezpieczeństwa i efektywności pracy. 13 WSTĘP DO TERMOGRAFII przed poparzeniami spowodowanymi wyniki. łukiem elektrycznym (tabela 3–2). Podczas Jeżeli zdjęcie osłon jest niezbędne, gdy zasilanie obwodu w trakcie jego wszelkie procedury należy wykonywać Chapter 3 — Training and Safety 15 naprawy powinno być zawsze odłączone, ze szczególną ostrożnością oraz stosować wciąż istnieje prawdopodobieństwo, że tak, aby zminimalizować ryzyko łuku pobliskie obwody w granicach bezpiecznej elektrycznego. Norma 70E Narodowego pracy będą pod napięciem. aby Boundaries Związku Ochrony Przeciwpożarowej FlashDlatego Protection zapobiec łukowi elektrycznemu, należy (NFPA) jest jedną z kilku, która może Limited Approach Boundary Prohibited Restriced Approach Nominal System stosować środki ochronne, takie jak: okazać się przydatna podczas Approach stosowania Boundary (Allowing for (Voltage, Range, Phase Exposed Movable Exposed Boundary Accidental Movement) Fixed-Circuit płaszczeto Phase*) izolacyjne, a Conductor także PPE. Skutki Parttakich procedur. wyładowania są jednak Wykonanie rutynowej kontroli 0 to 50łuku elektrycznego N/A N/A N/A N/A często śmiertelne. Należy instalacji elektrycznej przez zespół 51 to 300 10′–0″więc zawsze 3′–6″ Avoid Contact Avoid Contact 301 to 750 10′–0″ 3′–6″ 1′–0″ 0′–1″ przestrzegać zasad bezpieczeństwa. gwarantuje zachowanie wysokiego 751 to 15,000 10′–0″ 5′–0″ poziomu 2′–2″ bezpieczeństwa0′–7″i skuteczności * in V 3-1. W przypadku konieczności usunięcia Fot. testów. W skład zespołu może wchodzić jakichkolwiek osłon elektrycznych, wszelkie Figure 3-2.należy A flash protection distance at which PPE is kamerą procedury wykonywać ze boundary szczególną is the suggested np. pracownik mierzący ostrożnością tak, aby required fororaz thestosować prevention ofzminimalizować burns when an arctermowizyjną flash occurs. oraz wykwalifikowana osoba ryzyko wystąpienia łuku elektrycznego. otwierająca drzwiczki zabezpieczające, much safer and more effective when Electrical Enclosures mierząca obciążenia i conzamykająca Osłony elektryczne ducted by a team. The team could consist drzwiczki po zakończeniu inspekcji. BEZPIECZNIKI ELECTRIC of two peoplewykwalifikowana such as the thermographer Osoba to taka osoba, ELEKTRYCZNE FUSES and która the qualified personpełną who opens enclo-i wszelkie posiada wiedzę sures, measures loads,dotyczące and safely closes the i pracy umiejętności budowy enclosure once work has been completed. urządzeń elektrycznych orazA przeszła qualified person is a person who has knowlodpowiednie szkolenie z zakresu edgebezpieczeństwa. and skills related to the construction and operation of electrical equipmentzazwyczaj and Kontrole budowlane są has received appropriate safety training. mniej niebezpieczne. Jednak ryzyko nadal Work for building inspections is typiistnieje, zwłaszcza w niskich korytarzach callyoraz less risky. risks do exist na However, poddaszach. Szczególną suchostrożność as when accessing crawlspaces and również należy zachować attics. must also be gdzie taken when bew Care miejscach, trwają roboty ing exposed to construction work that is budowlane. in progress. Inspektorzy użytkujący kamery OTWARTE ELECTRIC Thermographers working in any indus- otoczeniu termowizyjne w jakimkolwiek DRZWICZKI ENCLOSURE trial przemysłowym environment must always be aware ZABEZPIECZAJĄCE DOORS OPENED muszą byćof zawsze otherświadomi hazards including the potential for ryzyka, istnienia innego and falls and enclosed-space entry upadków 3-3. When electrical enclosures must tripsnp. Figure Wykonywanie pomiarów ewentualnych potknięć, clothing may also be re-na obszar be opened, procedures should termograficznych przy be carefully założonejhazards. orazBright związanego z wejściem developed, and followed that quired in many environments. On roofs, osłonie i implemented, zamkniętych drzwiczkach zamknięty. W wielu przypadkach will minimize risk of anwystąpienie arc flash. must bejest takenjasna for fallodzież. hazards, Podczas redukuje co the prawda łuku,precaution wymagana at the roof but alsonależy for simple lecz zmniejsza efektywność pomiarównot only pomiarów naedge dachach dostosować be carefully developed, elevation or over a structurally z procedures powodu should ograniczenia pola widzeniachanges się indo wszystkich ostrzeżeń przed implemented, and followed will miniroof deck. Work performed kamery osłonami (fot. that 3–1). Jednakweakened niebezpieczeństwem upadku, on nie tylko na should never be performed alone. na innych the risk of an arc urządzeniach flash. National Fire wemize współczesnych wieleroofskrawędzi dachu, ale również Furthermore, precautions Protection Agency (NFPA) 70E, is one of osłon posiada specjalne, przezroczyste różnicach special poziomów lub must w przypadku at night.struktury A thermographer candachu. beseveral standards that can be useful when be taken okienka, przepuszczające podczerwień. osłabionej podłoża Prace blindnie whenpowinny viewing abyć thermal developing such procedures. Takie rozwiązanie zmniejsza ryzyko łukucome nanight dachu wykonywane in the brightosobę. display of an imaging Routine electrical inspectionprawidłowe can be image elektrycznego i wciąż zapewnia przez jedną 14 developed and followed. When circum- as “recipes for success.” WSTĘP DO TERMOGRAFII Creating these “recipes for success,” stances change, the plan must be reevaluwhile an investment, does not need to be ated for any necessary changes. difficult. Typically, it isI useful to involve W nocy wymagane są dodatkowe STANDARDY PISEMNE The Occupational Safety and Health a small group of individuals who have relśrodki ostrożności. Zdolność widzenia Administration (OSHA) is a United States PROCEDURY KONTROLI evant experience in the inspection process osoby użytkującej kamerę termowizyjną government agency established under the Opracowywanie procedur kontroli zapewnia in order to represent different viewpoints, może zaburzyć wyświetlanie obrazu Occupational Safety and Health Act of uzyskanie wyników wysokiej jakości. areas of expertise, and responsibilities. termicznego na employers jasnym to wyświetlaczu. 1970 that requires provide a Na przykład próba upieczenia ciasta na a written inspection procedure Ślepota zmierzchowa polega For naOnce safe environment for their employees. podstawie przepisu wydaje się prostsza od has been developed, it should be tested zaburzeniu widzenia w warunkach słabego example, OSHA requires that work areas pieczenie bez niego. Pisemne procedury and periodically reviewed by oświetlenia, wyniku adaptacji wzrokuthoroughly must be freewfrom hazards that are likely testowe można nazwać „przepisem na certified personnel to ensure that it condo tojasno podświetlonego ekranu kamery cause serious harm. OSHA provisions sukces”. tinues to represent best practices. termowizyjnej. are enforced by the U.S. government and Wdrażanie w życie tego „przepisu na Many inspection standards exist that safe-work plans can be developed within sukces” przy realizacji inwestycji, nie musi Kontrole termiczne urządzeń zasilanych wysokim can provide a foundation for simple writOSHA guidelines. być trudne. Przy inspekcjach pomocne napięciem należy wykonywać z bezpiecznej ten inspection procedures. For example, jest stworzenie małej grupy niezależnych odległości. committees of professionals have worked osób o różnym poziomie doświadczenia with both the ISO and American Society w tego typu pracach, a tym samym of Testing Materials (ASTM) Internareprezentujących różne punkty widzenia, tional to develop a number of relevant obszary kompetencji standards. American Societyi odpowiedzialności. of Testing Po każdym opracowaniuis a pisemnej Materials (ASTM) International procedury należy ją gruntownie technical societykontroli, and primary developer przetestować oraz okresowo weryfikować of voluntary standards, related technical przez wykwalifikowaną osobę, aby information, and services that promote wykluczyć wszelkie nieprawidłowości public health and safety. ASTM Internapodczas jej stosowania. tional also contributes to the reliability of Wiele products, materials,standardów and services.kontroli stanowi bazę standards dla zwykłych pisemnych These help to determine the procedur kontroli. Na przykład, komisje performance of infrared systems. Theyskładające z profesjonalistów alsosię describe the best practice for współpracowały inspeczarówno z insulation, ISO, jakair ileakage, Amerykańskim tions of building Stowarzyszeniem Badań i Materiałów, przy Thermal inspections of high-power elec- electrical and mechanical systems, roofs, opracowywaniu odpowiednich standardów. tricalWypadki najczęściej zdarzają się equipment must be performed at a and highway bridge decks. Other standards Amerykańskie Stowarzyszenie wtedy, gdy pomiary nie są wcześniejorganizations safe distance from the equipment. in individual countries may Materiałów (ASTM), planowane lub gdy zmianie ulega rodzaj Testowania pracy oraz gdy mierzy się co innego, będące organizacją międzynarodową, niż uzgodniono. Kiedy zmieniają się zrzesza techników odpowiedzialnych za dobrowolnych standardów, okoliczności, plan należy również tworzenie rozpowszechnianie powiązanych z nimi dostosować do nowej sytuacji. Agencja Bezpieczeństwa i Zdrowia informacji technicznych oraz promowanie w Pracy (OSHA) jest amerykańską bezpieczeństwa i zdrowia publicznego. agencją rządową utworzoną na podstawie Celem działalności ASTM jest również Ustawy o Zdrowiu i Bezpieczeństwie podnoszenie jakości produktów, materiałów w Pracy z 1970 roku, która wymaga od i usług. Standardy te pomagają określić pracodawców zapewnienia pracownikom systemów obrazowania bezpiecznych warunków pracy. Na efektywność przykład zgodnie z wymaganiami OSHA w podczerwieni. Wskazują również metody inspekcji izolacji miejsce pracy musi być zabezpieczone najlepsze przed ryzykiem poważnego uszkodzenia budowlanej, miejsc uchodzenia powietrza, ciała. Przepisy OSHA egzekwowane przez układów elektrycznych i mechanicznych, rząd Stanów Zjednoczonych wymuszają dachów oraz struktur mostów na autostradach. tworzenie bezpiecznych warunków pracy. 15 imagers available today and the wide that other organizations may not receive. WSTĘP DO TERMOGRAFII range of prices, infrared technology has See Figure 3-4. Fot. 3-2. Kamery termowizyjne do różnych zastosowań i rodzajów testów. Thermal Imagers Kamery termowizyjne DO KONSERWACJI OGÓLNEJ, FOR GENERAL MAINTENANCE, ROZWIĄZYWANIA PROBLEMÓW TROUBLESHOOTING, I PODSTAWOWYCH KONTROLI AND BASIC INSPECTIONS DO ZASTOSOWAŃ SPECJALISTYCZNYCH, FOR SPECIALIZED, COMPLEX, ZŁOŻONYCH LUB INTENSYWNYCH OR INTENSIVE APPLICATIONS WYMAGAJĄCYCH ZAAWANSOWANEGO REQUIRINGLUB ENHANCED DETECTION WYKRYWANIA FUNKCJI ANALIZY AND ANALYSIS CAPABILITIES Figure 3-4. There are different thermal imagers available for different types of applications and inspections. Pozostałe organizacje opracowujące standardy w innych krajach mogą określać dodatkowe normy. Na przykład wiele takich standardów zarządzania bezpieczeństwem w instalacjach elektrycznych ma bezpośrednie zastosowanie dla osób kontrolujących układy elektryczne techniką termografii. Duża różnorodność modeli kamer termowizyjnych dostępnych aktualnie na rynku oraz szeroki zakres cen czyni te przyrządy bardziej dostępnymi. Jednak przewagę nad pozostałymi uzyskują te organizacje, które inwestują w rozwój niezawodnych programów obrazowania termicznego, procedury kontroli oraz wykwalifikowany personel. To one zazwyczaj odnoszą długoterminowe korzyści, których inne organizacje mogą nie umieć wypracować (fot. 3–2). 16 Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles 4 PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE TEORII INTRODUCTION TO INFRARED THERMOGRAPHY ANDrozchodzenia THERMAL IMAGERS ermodynamika jest nauką o różnicach się ciepła między dwoma T różnymi materiałami. Generowanie obrazów termicznych przez kamery termowizyjne bazuje na zasadach termodynamiki. Technicy muszą być świadomi hermaltermografii imagers operate on infraredpodczas thermography principles. A ograniczeń i kamerbased termowizyjnych badania różnego rodzaju thermal imager is used as a cost-saving, and often money-making, test struktur, urządzeń i materiałów. tool for troubleshooting, maintenance and inspection of electrical systems, termografii jest fakt, że ciepło lub energia mechanical systems, and building envelopes. PODSTAWY TERMODYNAMIKI Termodynamika jest nauką o tym, jak cieplna jest produktem ubocznym niemal konwersji energii. Energii nie energia termiczna (ciepło) rozprzestrzenia thewszystkich standard for the thermal inspection Infrared THermOgrapHy stworzyć lub zniszczyć, lecz jedynie się, przenosi oraz wpływa na resztę of można countless applications. Infrared thermography is the science of zamienić na inną jej postać. swojego otoczenia. Chcąc użytkować using electronic optical devices to detect Temperatura jest miarą stopnia współczesną kamerę, należy zapoznać andzmeasure radiation and correlating that HIsTOry nagrzania się ciała w porównaniu się podstawami zarówno przekazywania Ofdanego Infrared to surface Radiation is the z innym. Ludzie nieświadomie porównują ciepła, jak itemperature. fizyką promieniowania. Mimo TeCHnOlOgy movement of heat thatpoziomu occurs as radiant zaawansowanego techniki temperaturę swojego ciała do temperatury derivation ofotoczenia “infrared” is “past powietrza oraz red,” wrzenia termograficznej wyniki pracy energy (electromagnetic waves) człowieka moves The referring to the place this wavelength i zamarzania wody. zależą niego samego. Skuteczność withoutod a direct medium of transfer. Mod in the Zgodnie z electromagnetic drugą zasadą spectrum of użytkowania kamer termowizyjnych ern infrared thermography is performed holds termodynamiki, ciepło płynie tylko The term “thermography” is de-wtedy, zależy od poziomu umiejętności by using electronic optical devices to de- radiation. gdyfromwystępuje różnica“temperatemperatur, interpretacji danych przez operatora, root words meaning tect and measure radiation andjejcorrelate it rived w picture.” kierunkuThe odroots temperatury wyższej do dodatkowo wymagającej zapoznania się ture of thermography to the surface temperature of the structure ażastronomer do momentu z podstawami przekazywania ciepła i fizyki cantemperatury be credited to niższej, the German or equipment being inspected. zrównoważenia się. Przepływ promieniowania. Sir William Herschel who, in 1800, per-ciepła Humans have always been able to powoduje albo przepływ elektronów, Energia to zdolność do wykonywania formed experiments with sunlight. detect infrared radiation. The nerve pracy. Wielkość ta może przybierać różne albo zwiększone drgania atomów lub endings human skin can respond formy. Nainprzykład elektrownia opalana cząsteczek. Te skutki przepływu ciepła są to temperature differences as little as ważne, ponieważ rejestrowane są podczas węglem w wyniku spalania zamienia ±0.009°C (0.005°F). Although exenergię chemiczną z paliwa kopalnego pomiaru temperatury. tremely sensitive, human na energię cieplną. Ta znerve koleiendings wprawia are poorly designed for nondestructive w ruch generator turbiny oraz wytwarza RODZAJE PRZEPŁYWU CIEPŁA thermal evaluation. energię mechaniczną, przetworzoną Istnieją trzy rodzaje przepływu energii następnie na energię Chociaż For example, evenelektryczną. if humans had the cieplnej: przewodzenie, konwekcja oraz wykorzystanie energii w trakcie tych promieniowanie. Każdy rodzaj opisywany thermal capabilities of animals that can przetwarzań jest trudne, jest jako stan ustalony lub nieustalony. find warm-blooded prey to in nie the występują dark, it tuisżadne jej straty. Podczas ustalonego przepływu ciepła probable that better heat detection tools Pierwsza zasada termodynamiki jego szybkość jest stała oraz nie zmienia would still be needed. Because tohumans prawo,have zgodnie z którym kiedy praca kierunku. Na residual przykład heat nagrzana thermal image of the physical limitations in de- A swojego mechaniczna zamieniana jest na ciepło maszyna pod stałym obciążeniem tecting heat, mechanical and electronic transferred from a hand to the surface of lub kiedy ciepło zamieniane jest na pracę, a painted odprowadza ciepło ze stałą prędkością wall can be easily detected with do devices that are hypersensitive to heat praca i ciepło są zawsze równoważne. otoczenia. have been developed. These devices are a thermal imager. Dużą zaletą w zastosowaniach techniki T 1 17 WSTĘP DO TERMOGRAFII W rzeczywistości doskonały, ustalony przepływ ciepła nie istnieje. Zawsze występują niewielkie, nieustalone fluktuacje, które pomija się ze względów praktycznych. Przewodzenie polega na przepływie ciepła z jednego ciała do drugiego przez ich bezpośredni kontakt. Konwekcja to przepływ energii cieplnej związany A conductor is a material readily z ruchem cząsteczek i/lub that cyrkulacją transfers heat.ciepłymi Metals areatypically very prądów między chłodnymi conductive of heat.gazów However, the obszarami powietrza, lub even cieczy. conductivityto of metals can cząstek vary dependPromieniowanie strumień lub ing on the type metal. przenoszący For example, fal wysyłanych przezof ciało, iron(fale is much less conductive than bez aluenergię elektromagnetyczne) minum. An insulator is a material that is materialnego środka przekazu. Podczas inefficient atlub transferring heat. Materials nagrzewania schładzania się that are inefficient conductors w aresposób known maszyny, ciepło jest emitowane as insulators. Often these are simply niejednolity. Powyższe zależności są materials, suchw as foam insulation or niezmiernie ważne technice termografii, layered clothing, się thatcząsteczek trap small pockets ponieważ poruszanie ciepła air andsię slow transfer of energy. See częstoofwiąże z the temperaturą badanego Figurelub 4-1. przedmiotu obiektu. Pojęcie pojemności cieplnej Convection Pojemność cieplna wyraża of zdolność Convection is the transfer heat that danego materiału do absorbowania occurs when currents circulate between i przechowywania ciepła. warm and cool regions of fluids.Przepływ Convecciepła tion z różną i/lub różnych occursszybkością in both liquids andwgases, and kierunkach jest nieustalony. involves the mass movement of molecules jako że różne materiałya atPonadto, different temperatures. For example, są w stanie nieustalonym, przenoszone thundercloud is convection that occurs są on różne ilości energii, zmieniając temperaturę. Na przykład: potrzebna jest niewielka ilość energii, aby zmienić temperaturę powietrza w pokoju w porównaniu z ilością energii potrzebnej do zmiany temperatury wody w basenie o takiej samej objętości. Chapter 4 — cieplna Practicalwyraża Applied Theory Pojemność jak dużo21energii jest dodawanej lub odbieranej od materiału, aby zmienić jego temperaturę. Szybkość tej a large scale because as na masses of warm zmiany wpływa także sposób przepływu air rise, cool air sinks. On a smaller scale ciepła. occurs as the cold cream, convection Pojemność cieplna, określona poured into a cup of hotpomiędzy coffee, sinks to jako zależność ciepłem the temperaturą, bottom of the cup. a z jednej strony może Convectivew heat is also wprowadzać błądtransfer użytkownika kamery determined in part and temperatermowizyjnej, alebyzarea drugiej może okazać się przydatna.ForNa przykład: określenie ture difference. example, an engine poziomu płynu w zbiorniku jest możliwe radiator with a large engine transfers dzięki różnicy pojemnością more heat than amiędzy small engine because ofcieplną powietrza i cieczy. Jeżeli zbiornik znajduje its larger area. Other factors also affect się z stanie nieustalonym, oba ciała convective heat transfer including theczęsto mają różne temperatury. velocity of a fluid, direction of fluid flow, and surface condition of an object. An Przewodzenie engine radiator that is blocked by dust Przewodzenie polega na przepływie does not transfer heat as efficiently as a ciepła z jednego ciała do drugiego clean one. As with conduction, most of przez bezpośredni kontakt. Przepływ us have a goodich practical sense of these ciepła tym sposobem miejsce głównie relationships, which ma are more formally w ciałach stałych, a także do pewnego described by Newton’s law of cooling. stopnia w cieczach i zachodzi podczas Natural convection occurs when warmer przekazywania energii z fluids rise and cooler fluids sink, such ciepłych as cząsteczek przylegającym do nich in the cooling tubes of oil-filled trans- Fot. 4-1. Izolatory regulujące przepływ ciepła zamontowane na ścianach. Nieprawidłowo zainstalowana izolacja przepuszcza ciepło. Insulators Izolatory ŚCIANA WALL CIEMNIEJSZE OBSZARY DARK-COLORED AREAS OZNACZAJĄ WIĘKSZYHEAT INDICATE WHERE PRZEPŁYW CIEPŁA TRANSFER IS GREATER JAŚNIEJSZE OBSZARY LIGHT-COLORED AREAS OZNACZAJĄ MNIEJSZY INDICATECIEPŁA WHERE HEAT PRZEPŁYW TRANSFER IS REDUCED (IZOLACJA) (INSULATION) Figure 4-1. Insulators are installed in walls18 to control the transfer of heat. Poorly installed insulation does not control heat transfer adequately. WSTĘP DO TERMOGRAFII cząsteczkom chłodniejszym. Na przykład: czy szmatki wielowarstwowe, blokujące zjawisko przewodzenia występuje podczas powietrze i spowalniające przepływ dotykania ciepłego kubka z kawą lub zimnej ciepła (fot. 4–1). puszki napoju. Szybkość z jaką przepływa ciepło Konwekcja zależy od przewodnictwa materiałów Konwekcja to proces przekazywania ciepła i różnicy temperatur (∆T) między związany z cyrkulacją prądów między ciałami. Te proste zależności bardziej ciepłymi a chłodnymi obszarami cieczy. formalnie opisuje prawo Fourier’a. Na Proces ten zachodzi zarówno w cieczach, przykład: przekazywanie ciepła podczas jak i w gazach oraz dotyczy ruchu podnoszenia filiżanki kawy w rękawiczkach cząsteczek o różnych temperaturach. jest znikome w porównaniu do Na przykład chmura burzowa stanowi bezpośredniego kontaktu z dłonią. Ciepła konwekcję zachodzącą na dużą skalę, filiżanka z kawą nie przekazuje tyle ciepła, ponieważ masy ciepłego powietrza co gorąca filiżanka, z powodu mniejszej wznoszą się, a chłodnego opadają. różnicy temperatur. Podobnie jest W mniejszym wymiarze konwekcja w przypadku, gdy energia przekazywana występuje, gdy wlejemy zimne mleko do jest z taką samą szybkością, ale filiżanki gorącej kawy, które zaraz opadnie na większej powierzchni. Wówczas na dno. przekazane zostanie więcej ciepła. Konwekcyjny przepływ ciepła po Przewodnik jest substancją części zależy również od różnic temperatur łatwo przewodzącą ciepło. Typowymi i wielkości powierzchni. Na przykład przewodnikami ciepła są metale. Jednak chłodnica dużego silnika oddaje więcej przewodnictwo metali może się różnić ciepła niż małego silnika, ze względu w zależności od ich rodzaju. Na przykład na większą powierzchnię. Ponadto na żelazo charakteryzuje się mniejszą konwekcyjny przepływ ciepła wpływają przewodnością niż aluminium. Izolator to takie czynniki, jak: szybkość przepływu, materiał nie wykazujący przewodzenia kierunek przepływu cieczy oraz stan ciepła. Nieefektywnymi przewodnikami, powierzchni badanego przedmiotu. znanymi jako izolatory, TO mogą być takie Osadzający 22 INTRODUCTION THERMOGRAPHY PRINCIPLES się kurz na chłodnicy silnika proste materiały, jak: pianka izolacyjna Fot. 4-2. Naturalna konwekcja występuje, gdy cieplejsze płyny wznoszą się, a chłodniejsze opadają, tak jak w kadziach chłodniczych transformatorów olejowych. Natural Convection Konwekcja naturalna KADZIE CHŁODNICZE TRANSFORMATORA COOLING TUBES OLEJOWEGO (CHŁODZENIE NATURALNĄ OIL-FILLED KONWEKCJĄ TRANSFORMER POLEGAJĄCĄ CYRKULACJI (COOLED BYNA NATURAL CIEPŁEGO OLEJU KADZIACH CONVECTION ASWWARM OIL CHŁODNICZYCH) CIRCULATES INTO COOLING TUBES) STANDARDOWE WZORCE NORMAL CIRCULATION CYRKULACJI WSKAZUJĄ PATTERNS WARM OIL CIEPŁY OLEJSHOW NA GÓRZE (LIGHTER) ATI CHŁODNIEJSZY THE TOP AND (JAŚNIEJSZY) COOLER OIL KADZI (DARKER) AT OLEJ NA DNIE THE BOTTOM OF THE TUBES (CIEMNIEJSZY) DARK-COLORED TUBES KADZIE OZNACZONE CIEMNYM INDICATEWSKAZUJĄ WHERE KOLOREM NISKĄ THERE IS LITTLE OR CYRKULACJĘ OLEJU LUB NO CIRCULATION OF OILJEJ BRAK Figure 4-2. Natural convection occurs when 19warm oil rises and cool oil sinks, such as in the cooling tubes of an oil-filled transformer. WSTĘP DO TERMOGRAFII Chapter 4 — Practical Applied Theory 23 utrudnia wymianę ciepła. Promieniowanie Większość z nas pojmuje instynktownie Promieniowanie polega na przekazywaniu powyższe zależności przewodzenia, między przedmiotami energii waves. The primary among See elektromagnetycznej, Figure 4-3. naukowo ujęte w difference prawie chłodzenia w tym ciepła, the waves is their konwekcja wavelength.występuje, While Newtona. Naturalna z prędkością światła. Ponieważ nie is vis-się, jest tu wymagany żaden materialny gdyelectromagnetic cieplejsze radiation płyny (light) wznoszą Concept of Conservation of ible to the human eye, tak radiated is a chłodniejsze opadają, jak wheat kadziach środek przekazu, promieniowanie może energy visible only transformatorów through thermal imaging chłodniczych olejowych występować nawet w próżni. Przykładem and infrared radiation behave systems. (fot. 4–2). The electromagnetic spectrum Light energii elektromagnetycznej jest when they interact with variis the range of all types of electromag- similarly odczuwanie ciepła słońca w chłodny dzień. Infrared radiation is reRys. radiation, 4-1. Spektrum elektromagnetyczne netic based on wavelength. ous materials. Energia elektromagnetyczna określa zakres każdego rodzaju radiacji flected by some types of surfaces, jest promieniowaniem w such formie fal elektromagnetycznej, na podstawie długości fali. Electromagnetic Spectrum as the metal liner under a stove burner. Energia elektrycznych i magnetycznych. Spektrum elektromagnetyczne Reflections of both warm and coolprzybrać obelektromagnetyczna może kilka jectspostaci, can be seen with infrared imagers w tym: fali świetlnej, radiowej oraz in some surfaces, suchpodczerwonego. as bright metals, Główną promieniowania 10-12m PROMIENIOWANIE GAMMA RAY GAMMA which we call “thermal In fal a jest ich RADIATION różnicą powyższychmirrors.” rodzajów fewdługość. cases, infrared radiation is transmitPodczas gdy, wzrok ludzki wykrywa ted długości through afal surface, such as światło throughwidzialne, PROMIENIOWANIE znanych jako X-RAY X the lens of an infrared imaging system. długości RADIATION kamery termowizyjne wykrywają Infrared radiation can also be absorbed PROMIENIOWANIE fal będących wyemitowanym ciepłem (lub ULTRAFIOLETOWE by apromieniowaniem surface, such as a hand near a hot Każda ULTRAVIOLET podczerwonym). LIGHT stove burner. In this case a temperature długość fali stanowi inną część spektrum RADIATION PROMIENIOWANIE change results, causing the surface to WIDZIALNE VISIBLE LIGHT elektromagnetycznego. RADIATION emit more energy. Równanie Stefana Boltzmanna PROMIENIOWANIE Transmission is theruchu passage of w trakcie INFRARED opisuje zależności ciepła PODCZERWONE radiant energy through a material RADIATION promieniowania. Wszystkie or przedmioty structure. Infrared radiation can also kondukcji promieniują ciepło. W przypadku be absorbed in czysta a surface, the energii i konwekcji ilośćcausing emitowanej PROMIENIOWANIE MICROWAVE temperature to change and an emission MIKROFAL zależy od różnic obszaru i temperatury. RADIATION of more energy from the przedmiot, surface of the Im cieplejszy jest tym więcej object. Absorption is the energii emituje. Na interception przykład rozgrzany of radiant Emission the dis-energii niż palnik energy. kuchenki emitujeiswięcej charge of radiant energy. Although an zimny. infrared thermal imaging system can Promieniowanie cieplne jest wymianą PROMIENIOWANIE readciepła reflected, transmitted, absorbed, RADIO WAVE poprzez fale elektromagnetyczne. FAL RADIOWYCH RADIATION and Główną emitted radiation, only energy that długość. różnicą fal jest ich Podczas gdy, promieniowanie elektromagnetyczne (światło) jest dla ludzkiego oka widzialne, promieniowanie TECH-TIP 106m cieplne jest widzialne tylko za pomocą The roughness of a surface determines the systemów obrazowania termicznego. Konwekcja wymuszona, np. przez type and direction of radiation reflection. Spektrum elektromagnetyczne składa smooth surface is known as a specular pracę pompy lub wentylatora, tłumi typowe A się z fal elektromagnetycznych o różnej Figure 4-3. The konwekcji. electromagnetic spectrum while a rough or patterned surskutki naturalnej Wiatr powoduje reflector długości i różnej energii (rys. 4–1). is the range of all types of electromagnetic odczuwanie zimna, co jest skutkiem face is known as a diffuse reflector. radiation, based on wavelength. szybszej utraty ciepła. Na temperaturę przedmiotów lub obiektów badanych kamerą termowizyjną ma znaczny wpływ oddziaływanie wiatru. 20 WSTĘP DO TERMOGRAFII 24 Odziaływanie z materią promieniowania INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIP Rys. 4-2. Promieniowanie może być odbite, przekazane, pochłonięte lub emitowane. of emissio as a value with a valu ABSORPCJA ABSORPTION per, emits l skin with a One of imager is EMISJA energy tha EMISSION eyes. Some only do lo metals, em TRANSMISJA TRANSMISSION also reflec ings. When imaging sy emitted an ODBICIE REFLECTION the image. is displaye KAMERA THERMAL TERMOWIZYJNA derstand w IMAGER what energ Several Figure 4-4. Radiation can be reflected, emissivity. absorbed, or emitted. transmitted, Emisyjność pozostałych materiałów,can also va również wielu niepomalowanych lubperature, a is absorbed or emitted affects sursilnie utlenionych metali, jest the mniejsza. emissivity face temperature. See Figure 4-4. W przypadku nagrzanej czystej powierzchnithe angle o In następuje addition, the quantity of heat metalu stosunkowo małyradiwzrost It is no ated by a ciepła. surface Różnice is determined by how przepływu między ciepłąemissivity efficientlypowierzchnią the surface emits energy. a chłodną metalu sąMost trudneshiny meta such as painted do nonmetallic zauważeniamaterials, przez ludzkie oko, a nawetbeen char surfaces termowizyjną. or human skin, efficiently emitmetale en- values can kamerę Czyste ergy. Thiszwykle means that as their temperature posiadają niską emisyjność (niskaEmissivity increases, they radiate Emisyjność a great deal more intensywność emisji). określaas a guide wartość od 0,0 doa stove 1,0. burner. Powierzchniaa material energy, such as with o wartości emisyjności 0,10, typowo Other materials, mostly metals that dlaskilled ther błyszczącej miedzi emitujeoxidized, mało energii are unpainted or not heavily are stand how w porównaniu człowieka (wartośćFigure 4-6 less efficient ze at skórą radiating energy. When emisyjności 0,98). a bare metal surface is heated, there is Cavitie comparatively little increase in the radiant energy at heat transfer, and it is difficult to see the around the Warto wiedzieć... difference between a cool metal surface light. The Chropowatość powierzchni określa and a warm one either with our eyes rodzaj or a because it i oraz kierunek odbicia promieniowania. thermal imaging system. Bare metals typi- it is absorb Gładka powierzchnia idealne a surface w cally have a low emissivitystanowi (low efficiency „lustro”, podczas gdy chropowata lub wzorzysta ma właściwości rozpraszające. Reflection, Transmission, Światło oraz promieniowanie podczerwone zachowują się podobnie w zetknięciu z różnymi materiałami. Niektóre rodzaje powierzchni, jak np. metalowa okładzina pod palnikiem kuchenki, odbijają promieniowanie podczerwone. Odbicia te, znane jako „odbicia cieplne” zarówno w przypadku ciepłych, jak i zimnych przedmiotów są rejestrowane przez kamery termowizyjne na niektórych powierzchniach, np. jasnych metali. W niektórych przypadkach, promieniowanie podczerwone jest przekazywane przez takie powierzchnie, jak soczewka systemu obrazowania termicznego. Promieniowanie podczerwone może być również pochłonięte przez powierzchnię, np. przez dłoń w pobliżu gorącego palnika kuchenki. W takim przypadku następuje zmiana temperatur, powodująca większą emisję energii przez powierzchnię. Transmisja (przekazywanie) to przejście promieniowanej energii przez materiał lub strukturę. Promieniowanie podczerwone może być również pochłonięte przez powierzchnię, powodując zmianę temperatury oraz wyższą emisję energii przez powierzchnię danego przedmiotu. Absorpcja (pochłanianie) jest to przechwycenie emitowanej energii. Emisja to wysyłanie emitowanej energii. Chociaż kamery termowizyjne rejestrują promieniowanie odbite, przekazywane, pochłaniane czy emitowane, to jednak tylko energia pochłaniana lub emitowana wpływa na temperaturę powierzchni (rys. 4–2). Ponadto, to intensywność emitowania energii wpływa na ilość ciepła emitowanego przez powierzchnię. Większość materiałów niemetalicznych, np. powierzchnie pomalowane lub skóra ludzka, emitują energię o dużym natężeniu. Oznacza to, że wraz ze wzrostem ich temperatury, emitują o wiele więcej energii, tak jak np. palnik kuchenki. Odbicie, przekazywanie, Absorption, and Emission pochłanianie oraz emisja promieni Ti25 IR FUSION TECHNOLOGY 21 WSTĘP DO TERMOGRAFII Jednym z wyzwań użytkowania kamery termowizyjnej jest wyświetlanie energii normalnie niewidocznej dla ludzkiego oka. Czasami może to być mylące. Zarówno powierzchnie o niskiej emisyjności, takie jak metale, jak również te które odbijają warunki cieplne swojego otoczenia, emitują nieefektywnie. Pomiary powierzchni kamerą termowizyjną obrazują połączenie emitowanego i odbijającego się promieniowania podczerwonego. Dlatego ważne jest, aby użytkownik kamery wiedział, jak rozróżniać energię emitowaną od odbitej. Na emisyjność materiału może wpłynąć też kilka innych czynników. Oprócz rodzaju materiału, emisyjność może się różnić w zależności od stanu powierzchni, temperatury oraz długości fali. Intensywność emisyjności przedmiotu może się także różnić w zależności od kąta patrzenia (fot. 4–3). Określenie emisyjności większości materiałów, które nie są błyszczącymi metalami, nie sprawia trudności. Emisyjność wielu materiałów została już określona, a jej wartości można znaleźć w tabelach emisyjności. Wartości te jednak powinny służyć tylko jako wskazówki w trakcie pomiarów. Nawet dokładna wartość emisyjności materiału może się różnić od jej wartości z tabeli, dlatego niezbędne jest posiadanie wiedzy na temat pomiarów rzeczywistej wartości emisyjności (tabela 4–1). Ubytki, szczeliny oraz otwory emitują energię cieplną z większą intensywnością niż powierzchnie je otaczające. Ta sama zależność dotyczy światła widzialnego. Źrenica ludzkiego oka jest czarna, ponieważ jest wgłębieniem i absorbuje światło. Powierzchnia pochłaniająca całe światło jest „czarna”. Wartość emisyjności wgłębienia wynosi w przybliżeniu 0,98, jeżeli jego głębokość jest siedem razy większa od szerokości. Tabela 4-1. Wartości emisyjności powszechnie stosowanych materiałów można znaleźć w tabelach emisyjności. Wartości emisyjności powszechnie stosowanych materiałów Materiał Emisyjność* Aluminium, wypolerowane 0,05 Cegła, zwyczajna 0,85 Cegła, ogniotrwała, chropowata 0,94 Żelazo lane, surowy odlew 0,81 Beton 0,54 Miedź, wypolerowana 0,01 Miedź, utleniona do czerni 0,88 Taśma elektryczna, czarny plastik 0,95 Szkło 0,92 Lakier, bakelit 0,93 Farba, na bazie oleju 0,94 Papier, czarny, matowy 0,94 Porcelana, szklista 0,92 Guma 0,93 Stal, galwanizowana 0,28 Stal, silnie utleniana 0,88 Papier smołowy 0,92 Woda 0,98 *Emisyjność prawie wszystkich materiałów mierzona jest w 0oC (32oF), ale nie różnią się przez to znacząco w temperaturze pokojowej. Temperatura powierzchni Kamery termowizyjne rejestrują tylko temperatury powierzchni większości przedmiotów (jeżeli są matowe) w postaci wzorców termicznych, dlatego użytkownik kamery powinien umieć je interpretować i analizować, a także powiązać je z temperaturami wewnętrznymi i budową mierzonego przedmiotu. Na przykład obraz termiczny zewnętrznej ściany domu pokazuje różne temperatury, ale zadaniem użytkownika kamery jest powiązanie ich z budową oraz ociepleniem budynku. Dokładne wykonanie tego zadania umożliwia zrozumienie jak ciepło przepływa przez różne części oraz materiały w ścianie. 22 Chapter 4 — Practical Applied Theory 25 WSTĘP DO TERMOGRAFII Fot. 4-3. Wartość emisyjności zależy od rodzaju materiału, stanu powierzchni, temperatury oraz długości fali. Emissivity Emisyjność PRZEWODNIK IZOLOWANY INSULATED CONDUCTOR MA WYSOKĄ EMISYJNOŚĆ HAS HIGH EMISSIVITY (CIEPŁO EMITOWANE) (EMITTED HEAT) EMISYJNOŚĆ ZALEŻY OD BY EMISSIVITY AFFECTED RODZAJU STANU MATERIALMATERIAŁU, TYPE, SURFACE POWIERZCHNI, TEMPERATURY CONDITION, TEMPERATURE, ORAZ DŁUGOŚCI FALI AND WAVELENGTH TYLNA CZĘŚĆ PANELU MA BACK OF PANEL HAS NISKĄ EMISYJNOŚĆ (CIEPŁO LOW EMISSIVITY ODBIJANE) (REFLECTED HEAT) Figure 4-5. Emissivity can be affected by material type, surface condition, temperature, W chłodny dzień ciepło ze aby zwiększyć ich emisyjność. Dzięki and wavelength. środka domu przepływa przez strukturę temu można podwyższyć dokładność oraz a cavity will approach 0.98 wyników. when it is usprawnić interpretowanie ściany na jej zewnętrzną powierzchnię, of Emissivity Values a następnie jej temperatura wyrównuje seven times deeper than it is wide. of Common Materials się z otoczeniem. W tym momencie DOKŁADNOŚĆ POMIARU Material Emissivity* użytkownik kamery musi zinterpretować TEMPERATURY surface Temperature Aluminum, polished 0.05 obraz termiczny mierzonej powierzchni. Dokładność współczesnych przyrządów Brick, common 0.85 because only the surfaceZależności te mogą być całkiem 0.94 złożone, Typically, testowych na podczerwień jest dość Brick, refractory, rough temperature patterns of most objects are ale w Cast większości przypadków wystarczy iron, rough casting 0.81 wysoka. Dokładność pomiarów seen (as they are opaque) thermographers racjonalne Concretepodejście oraz znajomość 0.54 przedmiotów o wysokiej emisyjności, must interpret and analyze these patterns Copper, polished 0.01 podstaw fizyki. umiarkowanie ciepłych powierzchnie Copper, oxidized to black 0.88 and relate them to the object’s internal w granicach rozdzielczości pomiaru Electrical tape, black plastic 0.95 temperatures and structures. For2example, o o Emisyjność układu wynosi typowo ± C (3,6 F) lub Glass 0.92 the exterior wall of(może a housesię willjednak display różnić Obraz Lacquer, termiczny niemalowanego lub słabo 2 % pomiaru Bakelite 0.93 of various temperatures, but the utlenianego metalu jest trudny do0.94 odczytu patterns Paint, average oil-based w zależności od modelu kamery). Wyższa task of a thermographer is to relate them Paper,na black, dull emisyjność metali 0.94 oraz ze względu niską dokładność wyników pomiarów podnosi Porcelain, glazed 0.92 the structure and thermal performance ich właściwości odbijające. Bez względu na to atrakcyjność technologii podczerwieni, Rubber 0.93 of the house. accurately this, there to czy obrazowany jest rozkład temperatur, również ze To względu na do brak konieczności Steel, galvanized 0.28 must be a basic understanding of how heat czy mierzymy temperaturę metodą bezpośredniego kontaktu przyrządu Steel, oxidized strongly 0.88 travels through different components and radiometryczną, należy wziąć pod uwagę testowego z badanym przedmiotem. Tar paper 0.92 materials in the wall. powyższe czynniki. Wiele modeli kamer Poniżej przedstawiono czynniki, Water 0.98 termowizyjnych zarówno During coldna weather, heat from dokładności inside * Emissivities of umożliwia almost all materialskorektę are measured at 0°C wpływające zmniejszenie (32°F) but do not differ significantly at room temperature. emisyjności, jak i odbitego otoczenia the house travels pomiarów through the structure of wyników temperatury cieplnego. Tabele korekty emisyjności the wall to the exterior surface, and then polegających na detekcji promieniowania Figure 4-6. The emissivity values of odnoszą sięcommon do wielu materiałów. podczerwonego: surface comes into thermal equilibrium many materials can be found in the Tabele korekty emisyjności • emisyjności poniżej withWartość its surroundings. It is at this point 0,6 that emissivity tables. pomagają zrozumieć właściwości • Różnice temperatur rzędu 30oC (54oF) danego materiału. Jednak w większości • Pomiary poza rozdzielczością układu przypadków powierzchni o niskiej (mierzony obiekt lub przedmiot jest za emisyjności, wyniki ich pomiarów mogą mały lub w zbyt dużej odległości) być błędne. Powierzchnie tego typu należy • Pole widzenia np. pokrywać taśmą elektryczną lub farbą, 23 WSTĘP DO TERMOGRAFII Chapter 4 — Practical Applied Theory 27 Rys. 4–3. Pole widzenia (FOV) to parametr określający obszar widzialny na obrazie termicznym przy zastosowaniu określonego obiektywu. Field of View (FOV) Pole widzenia (FOV) SZEROKIE POLE FOV OBIEKTYW SZEROKOKĄTNY WIDE FOV —–WIDE ANGLE LENS STANDARDOWE POLE FOV OBIEKTYW STANDARDOWY STANDARD FOV —– STANDARD LENS WĄSKIE POLE – OBIEKTYW WĄSKOKĄTNY NARROW FOVFOV — TELEPHOTO LENS Figure 4-7. The field of view (FOV) is a specification that defines the area that is seen the thermal (FOV) image when using a specific lens. Pole inwidzenia Warto wiedzieć... Pole widzenia (FOV) to parametr określający wielkość obszaru widzialnego When projected from theNiezależnie detector through na obrazie termicznym. od the lens, the IFOV gives the size ofwidzenia an object wielkości matrycy, wielkość pola can be seen at a stopniu given distance. FOV that w najwyższym zależy od An IFOV measurement is the measureobiektywu. Niezależnie od użytego ment resolution of a thermalzapewniają imager that obiektywu duże matryce describes the smallest object that bardziej szczegóły widoksizemierzonego can be measured at a given distance. See obiektu. Szerokie pole widzenia przydaje Figure 4-8. It is specified as an angle się zwłaszcza w przypadku pracy (in na mRad) butwis typically a factor of podstacjach terenie larger lub bywewnątrz threePodczas than the IFOV. is due tomatryce the fact budynku. gdy This mniejsze that the imager requires more information są wystarczające do prac wewnątrz budynków, to już pomiary na podstacjach wymagają większego pola widzenia (rys. 4–3). Wszystkie przedmioty testowane kamerą termowizyjną energię about the radiation ofpromieniują a target to measure możliwą do zmierzenia w paśmie it than it does to detect it. It is vital to unpodczerwieni. Obiekt nagrzany emituje derstand and work within the spatial and więcej energii. Ludzkie okoto dostrzega measurement resolution specific each bardzo gorące przedmioty emitujące TECH-TIP większe ilości energii. All thermal imager targets radiate energy Doraźne (IFOV) measurablepole on the widzenia infrared spectrum. As the targetpole heats up, it radiates more Doraźne widzenia (IFOV) to energy. Veryokreślający hot targets radiate enough kamery parametr zdolność energy to be seen by the termowizyjnej dohuman eye. wyodrębnienia szczegółów przestrzennych (rozdzielczość przestrzenna). Parametr IFOV zwykle wyraża się jako kąt w miliradianach (mRad). Podczas wyświetlania z pojedynczego detektora przez obiektyw parametr IFOV 24 simply will not see much of a change moisture cannot be seen. The characterisWSTĘP DO TERMOGRAFII on the surface as the internal connec- tic thermal signature often disappears. Wet tion changes. Surprisingly, even objects surfaces can also be confusing when either Rys. 4-4. Pomiar IFOV to pomiar rozdzielczości kamery termowizyjnej dla najmniejszego przedmiotu such as bolted electrical connections mierzonego z danej odległości. Rozdzielczość przestrzenna umożliwia pokazanie tabliczki z danej odległości, evaporation or freezing is occurring. a rozdzielczość pomiaru określa możliwość odczytania napisu na tabliczce po powiększeniu przedmiotu lub z mniejszej odległości. Spatial and Measurement Resolution Rozdzielczość przestrzenna i pomiaru PRZECZYTAJ MNIE PRZECZYTAJ MNIE DORAŹNE POLE WIDZENIA INSTANTANEOUS FIELD OF VIEW (ROZDZIELCZOŚĆ PRZESTRZENNA) (SPATIAL RESOLUTION) POMIAR IFOV IFOV MEASUREMENT (ROZDZIELCZOŚĆ POMIARU) (MEASUREMENT RESOLUTION) Figure 4-8. An IFOV measurement is the measurement resolution of a thermal imager określa, obszarthestanowi widzenia podłączeń elektrycznych thatjaki describes smallestpole size object that can be measured atwewnątrz a given distance. IFOV z danej odległości. wypełnianych is similar to seeing a sign in the distance whileurządzeń IFOV measurement is similarolejem. to readingZmiany the sign, either because or larger.na powierzchni spowodowane zmianami Pomiar IFOV jestit is closer pomiarem rozdzielczości kamery termowizyjnej, w połączeniach wewnętrznych nie dotyczącej najmniejszego przedmiotu są widoczne dla użytkownika kamery mierzonego z danej odległości (rys. 4–4). termowizyjnej. Co zaskakujące, nawet Wynik podawany jest jako kąt (w mRad), elektryczne połączenia skręcone śrubami ale zazwyczaj jest większy o współczynnik często mają duży gradient, nawet z małej 3 od IFOV. Wynika to z faktu, że kamera odległości fizycznej. Dlatego interpretując termowizyjna wymaga więcej informacji obraz termiczny, należy wziąć pod uwagę dotyczących promieniowania badanego warunki wewnętrzne. przedmiotu do zmierzenia go niż wykrycia. Podobny spadek wartości następuje, Bardzo istotna jest znajomość oraz praca wtedy gdy wpływ otoczenia na temperaturę w granicach rozdzielczości przestrzennej powierzchni jest znaczący lub nieznany. i pomiaru, określonej dla każdego układu. Tak jak w przypadku pomiarów dachu Niespełnienie tych warunków może o niskim nachyleniu w celu wykrycia spowodować niedokładne wyniki pomiarów zawilgoceń podczas silnego wiatru. Miejsca lub przeoczenie ważnych kwestii. występowania wilgoci nie są możliwe do ustalenia. Charakterystyczna sygnatura termiczna często znika. Mylące mogą Wpływ środowiska Wynik pomiaru powierzchni, wykonanego być również mokre obszary powierzchni nawet z dużą precyzją, może się w trakcie wyparowywania lub zamarzania znacznie zmniejszyć, jeżeli gradient zgromadzonej tam cieczy. termiczny między mierzoną powierzchnią a ciepłem wewnętrznym jest duży, tak jak w przypadku nieprawidłowych 25 Introduction to Thermography principles Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles 5 COLOR THERMAL IMAGES PRZYKŁADOWE OBRAZY CIEPLNE OF APPLICATIONS INTRODUCTION TO INFRARED THERMOGRAPHY AND THERMAL IMAGERS T hermal imagers operate based on infrared thermography principles. A thermal imager is used as a cost-saving, and often money-making, test tool for troubleshooting, maintenance and inspection of electrical systems, mechanical systems, and building envelopes. Infrared THermOgrapHy the standard for the thermal inspection of countless applications. Infrared thermography is the science of using electronic optical devices to detect and measure radiation and correlating that HIsTOry Of Infrared to surface temperature. Radiation is the Fot. 5-2. cieczy w zbiorniku Fot. widoczny na TeCHnOlOgy Figure 5-2.Poziom Under the proper conditions,można liquid Figure5-1. 5-1. Punkt The “hotprzegrzania spot” on the thermal image prosto w tank odpowiednich warunkach. obrazie cieplnym, zawsze wskazuje movement ofalways heat indicate that nie occurs as radiant in określić a storage can be easily detected. does not the primary problem. level główną przyczynę na The derivation of “infrared” is “past red,” The(electromagnetic top fuse may beproblemu. blown, andBezpiecznik the moves center fuse energy waves) samej górze może byćproblem przepalony, a środkowy may have a possible as well. without a direct medium of transfer. Mod- referring to the place this wavelength pracować nieprawidłowo. ern infrared thermography is performed holds in the spectrum of electromagnetic by using electronic optical devices to de- radiation. The term “thermography” is detect and measure radiation and correlate it rived from root words meaning “temperato the surface temperature of the structure ture picture.” The roots of thermography can be credited to the German astronomer or equipment being inspected. Humans have always been able to Sir William Herschel who, in 1800, perdetect infrared radiation. The nerve formed experiments with sunlight. endings in human skin can respond to temperature differences as little as ±0.009°C (0.005°F). Although extremely sensitive, human Fot. 5-4. kolorowa część schematu Fot. 5-3. (lub nerve ciemny) punkt na Figure Figure 5-3.Niebieski A blue (or dark) spot onendings the thermal 5-4.Jasna The lighter-colored, wispy thermal image shows an area of nondestructive unexpected moisture patterns picture-in-picture (PIP) thermal rozkładuin this temperatur nałożonych na obrazie termicznym niepożądane are poorly designed forwskazuje in a ceiling. wilgoci na suficie. image an HVACtermicznego register indicate excessive siebie ofobrazów i widzialnego wystąpienie thermal evaluation. air leakage in the ductwork (obraz w obrazie - PIP),connections. instalacji HVAC For example, even if humans had the wskazuje nadmierne uchodzenie powietrza w przewodach wentylacyjnych. thermal capabilities of animals that can find warm-blooded prey in the dark, it is probable that better heat detection tools would still be needed. Because humans have physical limitations in de- A thermal image of the residual heat transferred from a hand to the surface of tecting heat, mechanical and electronic 29 devices that are hypersensitive to heat a painted wall can be easily detected with have been developed. These devices are a thermal imager. 1 26 30 INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES WSTĘP DO TERMOGRAFII Fot. 5-5. Nieprawidłowy rozkład patterns temperatur Figure 5-5. Unexpected thermal on na piecu wyżarzającym oznaczać an annealing furnace can bemoże an indication of possible refractory breakdown. uszkodzenie izolacjiinsulation ogniotrwałej. Fot. Silnikcirculation wentylatora po on prawej Figure5-6. 5-6. The fan motor the stronie pieca doannealing wyżarzania, widoczny jako right side of this furnace may have a potential problem, it is operating hotter obszar cieplejszy od as innych może pracować than the others. nieprawidłowo. Fot. 5-7.5-7. NaAobrazie termicznym widoczne połączenie o wysokiej rezystancji lub usterka Figure high-resistance connection or jest component malfunction within a residential circuit obudowy czego image, nie wykryje się in w the obrazie widzialnym. breaker iswyłącznika easily seenobwodu, in the thermal but not visible light image. Fot. 5-8. Gdy na obrazie widzialnym nie widać żadnej nieprawidłowości, rozkład temperatur na Figurei 5-8. While the thermalnaimage of aze motor and coupling shows thermal patterns on both silniku sprzężeniu wskazuje problem współosiowością. sides that are indicative of a coupling alignment problem, the visible light image indicates no evidence of a problem. 27 WSTĘP DO TERMOGRAFII Chapter 5 — Color Thermal Images of Applications 31 Fot. 5-9.5-9. Termografia służy docan monitorowania Figure Thermography be used to monitor refractory performance over time and zabezpieczeń ognioodpornych i wykrywania detect problem areas in cement kilns other obszarów nieprawidłowości w and piecach process equipment. cementowych lub innych urządzeniach do obróbki. Fot. 5-10. Termografię z powodzeniem można Figure 5-10. Thermography can be used to view hiddendo building construction and other stosować obrazowania niewidocznej features, as an earthen berm on the konstrukcjisuch budynku i innych jego elementów, exterior of gliniana this gymnasium. takich jak berma na zewnątrz tej sali gimnastycznej. Fot. 5-11. WA przeciwieństwie do cylindrów prawidłowo pracujących, cylindry w których jest Figure 5-11. misfire in a cylinder of a diesel-electric power plant shows different, coolerbrak thermal zapłonu widoczne są woperating chłodniejszych barwach. patterns than normally cylinders. Figure 5-12. Thermal imagers can be used Fot. 5-12. Kamery termowizyjne skanują duże to scan large and facilities to locate budynki oraz buildings inne obiekty, aby zlokalizować unexpected thatmogące could nieprawidłowethermal różnicevariations temperatur indicate potential problems. oznaczać potencjalne nieprawidłowości. Figure 5-13. The thermal image of prawidłowo a normally Fot. 5-13. Obraz termiczny operating motor on ansystemu air-handling system pracującego silnika uzdatniania shows heatwskazuje dissipating from the vents. powietrza rozpraszanie ciepła przez otwory wentylacyjne. 28 32 INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES Fot. 5-14. Jasno kolorowy rozkładarea temperatur Figure 5-14. The light-colored of the zespołu bezpieczników fuse bank indicates the wskazuje possibility możliwość of a highresistance issuewysokiej or an internal problem with wystąpienia rezystancji lub the center phase. wewnętrzny problem ze środkową fazą. Fot. 5-15. tuleja oraz na Figure 5-15.Gorąca A hot bushing and zaczep tap on an podwyższonym transformatorze jest sign oczywistą elevated transformer is a clear of a problem.nieprawidłowości. oznaką Fot. 5-16.A high-resistance Zwiększanie connection obciążenia Figure 5-16. on w przypadku wysokiej rezystancjicanzwory a jumper (possibly due to corrosion) have significant consequences if the load were to (prawdopodobnie ze względu na korozję) increase further. poważne konsekwencje. może spowodować Fot. nieprawidłowości Figure 5-17. 5-17. ByWszelkie using a thermal imager, a działania wewnętrznych części wincentrum problem with an internal component a motor control center (MCC) can be easily detected. sterowania silnikami można łatwo wykryć kamerą termowizyjną. Fot. 5-18. stan niewyważenia Figure 5-18.Potencjalny A possible load imbalance on the obciążeń (pocan prawej stronie) może łatwo far right fuse be overlooked unlessbyć level and span of the image is adjusted. dopasowania przeoczony bez odpowiedniego poziomu i szerokości obrazu. Fot. 5-19. With Technik zaznajomiony Figure 5-19. the proper knowledge of equipment, a technicianmoże can zmechanical urządzeniami mechanicznymi often perform many troubleshooting and rozwiązać większość przypadków maintenance activities. nieprawidłowości i wykonać niezbędne prace konserwacyjne. 29 Chapter 5 — Color Thermal Images of Applications 33 WSTĘP DO TERMOGRAFII Chapter 5 — Color Thermal Images of Applications 33 Figure 5-20. Porównując A potential internal is Fot. 5-20. pracę problem podobnych visible comparing similar components części when w mniej więcej takich samych under similar conditions. warunkach widoczne Figure 5-20. load Aobciążenia, potential internal problemjest is visible when comparing components potencjalne wystąpieniesimilar nieprawidłowości under similar load conditions. w środku urządzenia. Figure5-21. 5-21. Thermal can be used to Fot. Kamery imagers termowizyjne można detect wet do insulation associated with a water używać obrazowania termicznego leak on5-21. a low-sloped roof. If can conditions Figure Thermal be usedare to przemokniętej izolacji i imagers wykrywania przecieków right and metal roof deck is painted, itwater may detect wetthe associated with awarunki w dachu o insulation niskim nachyleniu. Jeżeli be possible to detect such signatures from leak on a low-sloped roof. podłoże If conditions are są sprzyjające a metalowe dachowe the interior. right and the metal roof deck is painted, it may jest pomalowane, wszelkie nieprawidłowości be possible towykryć detectod such signatures from cieplne można wewnątrz. the interior. Figure 5-22. The use of saturation colors and color alarms in a grayscale palette can be useful for determining theuse hotof water and steam valves Fot. 5-22. Ustawienia obrazowania kolorami Figure 5-22. The saturation colors and that openinoraz and operating properly. nasyconymi paletąpalette odcieni szarości colorare alarms a grayscale can be useful for determining wykrywanie the hot water and steam valves umożliwiają gorącej wody are open działających and operatingotwartych properly. zaworów ithat prawidłowo parowych. Figure 5-23. Although two different motor and pump sets show different thermal patterns, both patterns may indicate acceptable operation. Fot. 5-23. Nawet jeżeli obrazy cieplne dwóch Figure 5-23. Although two different motor and różnych i układu pomppatterns, nie są takie pump setssilników show different thermal both patterns may pracować indicate acceptable operation. same, mogą prawidłowo. Figure 5-24. Thermal patterns in block wall construction show the intrusion of moisture at the connection of two walls, wellwall as Figure 5-24. Thermal patterns inas block Fot. 5-24. Obraz termiczny budynku pokazuje unexpected construction irregularities. construction show na thestyku intrusion ofścian moisture wystąpienie wilgoci dwóch oraz at the connectionkonstrukcji. of two walls, as well as nieprawidłowości unexpected construction irregularities. Figure 5-25. The dark-colored areas show coolant traveling through the coils of a commercial window-unit air conditioner. Figure 5-25. The dark-colored areasobszary show Fot. 5-25. Ciemno-zabarwione coolant traveling through the coils of a przedstawiają rozprowadzanie się płynu commercial air conditioner. chłodzącegowindow-unit po cewkach przemysłowego klimatyzatora. 30 34 INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES WSTĘP DO TERMOGRAFII Fot. 5-26. Powyższe zdjęcie platerowanej Figure 5-26. The effects of low-emissivity cysterny stanowi obrazowania materials on thermalprzykład imaging are apparent in the imagepowierzchni of a metal-clad tanker truck. The termicznego o niskiej emisyjności. metal odbija reflectschłód the coolness of thenieba clear oraz sky Metal bezchmurnego and theemitowane heat radiated from the w ground on a ciepło przez grunt słoneczny sunny day. dzień. Fot. 5-27. termowizyjną Figure 5-27.Pomiary Thermal kamerą imaging can be used to determine określenie when equipment is not properly umożliwiają prawidłowości pracy operating. The thermal image oforaz the układu motor urządzeń. Obraz termiczny silnika and set in the back indicates that it is pomppump może ostrzec przed wystąpieniem unexpectedly not running. nieoczekiwanego przestoju pracy. Fot. osłonabearing łożyska Figure5-28. 5-28. Prawa The right-side capturbiny of this air-handling unit is significantly warmer than nawiewno-wywiewnej jest znacznie cieplejsza the drugiej, other indicating a potential lubrication, od co wskazuje na nieprawidłowość alignment,ze or smarowaniem, belt problem. współosiowością związaną lub nabiciem pasa. Fot. 5-29. Technikę termografii stosuje Figure 5-29. Thermography can even be used for as troubleshooting a się applications nawet do such rozwiązywania problemów heating wire on an outdoor water line, which z przewodem grzewczym wodociągu, do cannot be allowed to freeze cold weather. zamarznięcia którego w in chłodne dni nie można dopuścić. Figure 5-30. All things on ear th emit Fot. 5-30.energy Wszystkie przedmioty i obiekty on na infrared including cold glaciers ziemi emitują energię podczerwoną, nawet mountaintops. lodowce na szczytach gór. Figure 5-31. A nighttime thermal image of a Fot. 5-31. Wyniki pomiarów kontenerowca container ship shows that the exhaust stack nocąengine wskazują, komin oraz maszynownia and roomżecan be detected even from mogą być wykryte nawet z dużych odległości. long distances. 31 WSTĘP DO TERMOGRAFII Chapter 5 — Color Thermal Images of Applications 35 Chapter 5 — Color Thermal Images of Applications 35 Fot. 5-32. Zdjęcie uniemożliwia rozróżnienie horyzontu Figure 5-32. In the wykonane visible lightzwykłą photo, kamerą it is difficult to clearly see the detailsszczegółów of the city skyline, or the sky,lub on nieba a hazy, day. However, with imaging, the details, as the miasta w late-summer mglisty, letni dzień. Szczegóły te,thermal jak i różnego rodzaju chmuryassąwell widoczne different types of clouds in the sky, can be easily seen. dopiero5-32. na obrazie Figure In the termicznym. visible light photo, it is difficult to clearly see the details of the city skyline, or the sky, on a hazy, late-summer day. However, with thermal imaging, the details, as well as the different types of clouds in the sky, can be easily seen. Fot. 5-33. Wykrycie temperatury Figure 5-33. Even nawet minor niskiej detected surface powierzchni może wskazywać na problems poważne temperatures can indicate serious nieprawidłowości, takie line jak orrozdzielony such as a shared neutral improper Figure 5-33. Even minor detected surface neutral-ground onlub a lighting system. This can przewód zerowy niewłaściwe uziemienie temperatures can indicate serious problems cause the metal conduit inside the Może wall to heat systemu oświetleniowego. to such as a shared neutral line or improper up to the pointdo where a fire hazard may exist. doprowadzić rozgrzania neutral-ground onniebezpiecznego a lighting system. This can się metalowej rynienki w efekcie cause the metal conduitwewnątrz, inside the awall to heat końcowym do pożaru. up to the point where a fire hazard may exist. Fot. 5-34. Nieprawidłowości, takie jak: Figure 5-34. Locating problems, suchgorący as a zatrzask lub hinge zakończenia złącza hot latch and ends ofzawiasu a high-voltage wysokonapięciowego można łatwo wykryć disconnect, can be simple in conditions such Figure 5-34. Locating problems, such as a as adequate load and little or no wind. przy prawidłowym obciążeniu oraz niewielkim hot latch and hinge ends of a high-voltage wietrze. disconnect, can be simple in conditions such as adequate load and little or no wind. Figure 5-35. Certain problems can be detected even at a great distance (left) by using a thermal imager. More detailed analysis often requires working with a telephoto lens or by simply moving closer (right)Pewne to the nieprawidłowości equipment. Fot. 5-35. wykryć termowizyjną nawet dużeja odległości Figure 5-35. Certain problems can bemożna detected evenkamerą at a great distance (left) by zusing thermal (zdjęcie po lewej stronie). Bardziej szczegółowa analiza wymaga teleobiektywu imager. More detailed analysis often requires working with aczęsto telephoto lens orużycia by simply moving closer (right) to thesię equipment. lub przybliżenia do mierzonego urządzenia (zdjęcie po prawej stronie). 32 36 WSTĘP DO TERMOGRAFII INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES Fot. 5-36. Nadmierne nagrzanie wyłącznika Figure 5-36. Abnormally high-resistance spowodowane wysokąswitch rezystancją często heating in a disconnect often represents oznacza kosztowny problem, a serious poważny and costly i problem because even relativelynawet low względnie temperatures can cause ponieważ niskie temperatury damage. mogą spowodować uszkodzenia. Fot. 5-37. Ze Because względu na to, żecurrent-flow równoległe Figure 5-37. parallel ścieżki przepływu prądu występują pathways exist in many disconnect switches, w wyłącznikach, punkt przegrzania the wielu “hot spot” may be the signature of a normal connection while theprawidłowe cooler side may indicate może oznaczać połączenie, actual problem area.wskazywać faktyczną athechłodniejsza strona nieprawidłowość. Fot. 5-38. Niewielki izolującej waty Figure 5-38. A smallubytek section of fiberglass szklanej prowadzić do uchodzenia insulationmoże missing in a building can cause abnormal airwzdłuż leakage along the edges of other powietrza krawędzi pozostałych areas. obszarów. Fot. Niedokładne uszczelnienie Figure 5-39. Because of poor air sealing, warm w miejscach tego budynku powoduje air wielu can bypass the fiberglass insulation as it has in many sections of this commercial uchodzenie ciepłego powietrza przezbuilding. izolującą watę szklaną. Figure 5-40. 5-40. A transformer that appears to be Fot. Podwyższona temperatura operating warmer than others on an elevated transformatora na słupie elektrycznym może rack can be the sign of a potential problem. wskazywać potencjalną nieprawidłowość. Figure5-41. 5-41. Conditioned can leak through Fot. Schłodzone airpowietrze może the joints of the HVAC ductwork into the wall uchodzić na złączach przewodów behind a diffuser. wentylacyjnych instalacji HVAC. 33 WSTĘP DO TERMOGRAFII Chapter 5 — Color Thermal Images of Applications 37 Fot. 5-42. o areas wyższej Figure 5-42.Obszary The warm on temperaturze a surface of a boiler can bebojlera causedmogą by refractory breakdown, powierzchni być spowodowane air leakage, or a combination of both. awarią zabezpieczenia ogniotrwałego albo uchodzeniem powietrza lub wystąpieniem obu tych nieprawidłowości. Fot. 5-43. Nasycony czerwony kolor wskazuje Figure 5-43. A red-colored “saturation palette” clearly shows the poor fit of fiberglass insulation nieprawidłowości ułożenia izolującej waty in a slantna ceiling. szklanej skosie sufitu. Fot. Temperatura zacisku Figure 5-44. 5-44. The connection tona the fuse clip bezpiecznika w centrali sterowania silnikiem in a motor control center (MCC) is abnormally warm. jest za wysoka. Fot. 5-45. TheMożna szybko sprawdzić Figure temperature of a motor casing temperaturę obudowy aby określić can quickly be checkedsilnika, to determine if it is operating normally. prawidłowość jego pracy. G. McIntosh Figure 5-47. can beumożliwia used to Fot. 5-47.Thermography Termografia document if a heater inside a control cabinet zweryfikowanie czy nagrzewnica w szafie is functioning normally to minimize problems sterowniczej funkcjonuje prawidłowo, aby with condensation. zminimalizować nieprawidłowości związane z kondensacją. Fot. Ta multi-stage wielostopniowa sprężarka Figure5-46. 5-46. This air compressor is powietrza pracuje prawidłowo, na co working well as can be seen by the temperature wskazuje na każdym z jej increase atwzrost each temperatury stage. elementów. 34 38 WSTĘP DO TERMOGRAFII INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES Fot. pomiarów Figure5-48. 5-48. AWyniki thermal image of thebudynku exterior of a buildingpokazują can clearlyproblematyczne show problem zview zewnątrz areas such as the sections where powierzchnie, np. lighter obszary jaśniejsze insulation isbraki missing. oznaczają izolacji. Fot. 5-49. Miejsca, w missing których insulation nie ma izolacji Figure 5-49. Areas of show up as warmjako spotsciepłe from the exteriorna of azewnątrz building pokazano obszary during cold weather.dzień. budynku w chłodny Fot. miejsca nacenter środku Figure5-50. 5-50. Ciepłe Warm spots in the of podwójnych okien wskazują braki double-glazed szyb windows can indicate a loss of the insulating argon który gas that normallywypełnia fills the izolującego argonu, normalnie space between theszybami windowpanes. przestrzeń między okna. Fot. 5-51.Thermal Termografia Figure 5-51. imaging canumożliwia be used dokumentowanie nieprawidłowości to document problems such as missing or damaged insulation. wynikających z braku lub uszkodzenia izolacji. Figure 5-52. An abnormally warm bearing in an Fot. 5-52. Zbyt wysoka temperatura łożyska overhead trolley can lead to excessive power wózka naziemnego może prowadzić do consumption and a stretched chain over time. zużycia energii oraz rozciągnięcia łańcucha w czasie. Figure 5-53. An area ofizolacji wet roof insulation Fot. 5-53. Obszar mokrej widoczny jest shows up as a warm spot on the roof in the wczesnym wieczorem jako ciepłe miejsce na early evening when the conditions are optimal powierzchni dachu. Wtedy właśnie występują for taking thermal images. optymalne warunki do pomiarów. 35 WSTĘP DO TERMOGRAFII Chapter 5 — Color Thermal Images of Applications 39 Fot. pomiaru zbiornika Figure5-54. 5-54. AWynikiem cast iron cooking pan displays a unique thermal signature it is heated. jest żeliwnego podczas jego as podgrzewania niepowtarzalny obraz termiczny. Fot. 5-55. Jasno kolorowe area obszary na Figure 5-55. The light-colored in an oilfilled circuit breaker shows thatwypełnionego the internal obrazie wyłącznika obwodu connection from theże bushing cap to the bushing olejem oznaczają, temperatura połączenia rod is abnormally wewnętrznego odhot. korka do trzpienia zaworu jest za wysoka. Fot. 5-56. obszary wskazują poziom Figure 5-56.Jasne A light-colored area indicates the water w level in a municipal tank. wody miejskim zbiornikuwater-storage wodnym. Fot. 5-57. Pomiary kamerą termowizyjną using a thermal imager, the Figure 5-57. When level of liquid propane in apoziomu storage płynnego tank can umożliwiają obserwowanie easily bewseen. propanu zbiorniku. Figure 5-58. The thermal signature of a threeFot. Schematindicates rozkładu temperatur phase 5-58. dry transformer that the primary suchego trójfazowego lead to the lefttransformatora phase is abnormally warm. pokazuje wysoką temperaturę głównego przewodu do lewej fazy. Figure 5-59. Two of the six bushing caps on an Fot. 5-59. Dwabreaker z sześciu korków zaworu na oil-filled circuit are abnormally hot and wyłącznikua obwodu olejem są represent conditionwypełnianego that would have proved costly had it not detected repaired. zbyt gorące. Stanbeen ten, gdyby nieand został wykryty i naprawiony, spowodowałby kosztowne awarie. 36 40 WSTĘP DO TERMOGRAFII INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES Fot. pracujący zbiornik Figure5-60. 5-60.Prawidłowo A properly working steam trap should be warmer on the steam side and kondensacyjny powinien być cieplejszy cooler on thepary condensate side as is case po stronie i chłodniejszy pothe stronie in this image.tak jak pokazano na rysunku. kondensacji, Fot. W optymalnych warunkach Figure5-61. 5-61. Liquid levels in storage tanks are easily seen na with azdjęciu thermal imager when pogodowych z kamery conditions are poziomy optimal. płynów w zbiornikach termowizyjnej są wyraźne widoczne. Fot. 5-62. kuchenki wydaje Figure 5-62.Chociaż Althoughpalnik a stove burner appears się ciepły, płomień jest visible ledwo inwidoczny na warm, the flame is barely a long-wave thermal image.obrazie cieplnym. długofalowym Fot. Wiele miejsc ciepłych na Figure5-63. 5-63. The many warm areas on the zewnętrznej ścianie frontowej budynku exterior front wall of a commercial building are associated with poorly installedocieplenie. fiberglass oznacza nieprawidłowo wykonane insulation. Figure 5-64. In addition to wet insulation, many Fot. 5-64. izolacji, wiele objects on a Oprócz roof can mokrej have warm signatures przedmiotów na hood dachu miećsystem. wysoką such as the vent onmoże the HVAC temperaturę, jak np. wyciąg systemu HVAC. Figure 5-65. Thermal signatures on single-ply Fot. 5-65.foam Schemat rozkładu temperatur roofs with insulation can be more subtle dachu ocieplanego jednąroofs. warstwą pianki than signatures on built-up może być mniej nasycony i ostry niż dachu zabudowanego. 37 Images of Applications 41 Chapter 5 — Color Thermal Images of Applications 41 Chapter 5 — Color Thermal WSTĘP DO TERMOGRAFII Fot. 5-66. Pomiary kamerą termowizyjną umożliwiają określenie prawidłowości pracy Figure 5-66. A pompy thermalnasignature can be used to determine the operation of each stage in a dwustopniowej każdym poziomie. two-stage pump. Figure 5-66. A thermal signature can be used to determine the operation of each stage in a two-stage pump. Fot. 5-67. obszar oznacza punkt Figure 5-67. AJasny belt rubbing against an overhead przegrzania ciągucreates ścierającego się conveyor system a hotanspot in the Figure 5-67. A belttray rubbing against overhead z nadziemnym członowym systemem thermal signature. The belt became misaligned conveyor system tray creates a hot spot in the przenośnika. Występuje tu zwiększone due to a signature. nearby worn As a result, thermal Theroller belt bearing. became misaligned increased frictionworn contributed to the overheating tarcie przegrzanie się a silnika due to apowodujące nearby roller bearing. As result, of a driverfriction motor.contributed to the overheating sterownika. increased of a driver motor. Fot. 5-68. Nadmiernaheatutrata ciepła Figure 5-68. Excessive loss can be powodowana przez przepływanie ciepłego caused by warm air bypassing Figure 5-68. Excessive heatinsulation loss canand be powietrza przez izolację może okazać się can be aby significant costly problem in many caused warm airand bypassing insulation and kosztowną usterką wielu budynków, buildings even when they are insulated. can be a significant and costly problem in nawet many izolowanych. buildings even when they are insulated. Figure 5-69. Poorly installed loose-fill insulation in an existing wall installed cavity can settleinsulation and not Figure 5-69. Poorly loose-fill Fot. 5-69. Nieprawidłowo zainstalowana, perform as well as itcavity should. in an existing wall can settle and not luźno wypełniona izolacja w zagłębieniach perform as well as it should. istniejącej ściany nie spełnia swojej roli. Figure 5-70. The nose of a person’s face is often colder ofperson’s the bodyface due to Figure 5-70.than Theother noseparts of a is Fot. blood 5-70. Temperatura nosa często jest less flow and more convective cooling. often colder than other parts of the body due to niższa od pozostałych części twarzy ze less blood flow and more convective cooling. względu na mniejszy przepływ krwi i większą podatność na ochładzanie. 38 42 WSTĘP DO TERMOGRAFII INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES Fot. 5-71. Zarówno poziom i osadu Figure 5-71. Both liquid and płynów sludge levels in ściekowego w zbiorniku można wykryć, a tank are often detectable when a tankkiedy is in thermal transition. zbiornik znajduje się w przejściowym stanie termicznym. Fot. 5-72. zimnej wodyinto wlewany Figure 5-72.Strumień Cold water streaming a sink do pełnego ciepłej powoduje full zbiornika of warm water results in wody convective heat transfer. przepływ ciepła. wzmożony Fot. 5-73. Kopuła rządowego budynku platerowana złotem odbija chłodniejsze niebo. Figure 5-73. The gold-plated dome of a government building reflects the relatively cold sky. Figure 5-74. The obszary light-colored areasi kołach on the Fot. 5-74. Jasne na pasie thermal image of a belt and pulleys probably wskazują na nieosiowość. indicates an out of alignment condition. 39 Figure 5-75. The red-colored of the Fot. 5-75. Obszary zaznaczoneareas czerwonym image indicate several conveyor roller bearings kolorem wskazują przegrzane łożyska that are abnormally heated. przenośnika wałkowego. WSTĘP DO TERMOGRAFII Chapter 5 — Color Thermal Images of Applications 43 Fot. 5-76. Przedostanie się wilgoci do Figure 5-76. Moisture can penetrate thefasady stone façade ofmoże a commercial structure, leaving it biurowca spowodować jej uszkodzenie. vulnerable to damage. Fot. 5-77. termiczny pokazuje Figure 5-77.Ten Thisobraz thermal image shows a normally operating, hydraulic valve. prawidłową pracęopenotwartego zaworu hydraulicznego. Fot. 5-78. temperatur Figure 5-78.Rozkład The heating pattern onprawidłowo a normally pracującej pompymotor ma charakter jednolity. operating pump has a uniform thermal signature. Fot. 5-79. Obszary zaznaczone Figure 5-79. Light-colored areas indicatejasnymi where kolorami wskazują gdzie ucieka heat escapes from uninsulated sectionsciepło of a steam system nearmiejsc the valves. z nieizolowanych systemu parowego w pobliżu zaworów. Fot. 5-80. uciekające Figure 5-80.Chłodne Cool airpowietrze that escapes from pod spodemandrzwi wejściowych zostawia na underneath entry door leaves a wispy, fingerlike pattern on the hallway floor. podłodze korytarza wąski ślad. Fot. 5-81. The Obraz termiczny Figure right-hand electrical gniazda plug for elektrycznego zasilającego serwerownie po a bank of computer servers shows a thermal pattern that indicates a high-resistance prawej stronie zdjęcia either wskazuje na połączenie connection or an internal problem. o wysokiej rezystancji albowiring na nieprawidłowość okablowania wewnętrznego. 40 44 WSTĘP DO TERMOGRAFII INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES Fot. Obszar zaznaczony jasnymi Figure5-82. 5-82. The bright-colored area indicates kolorami możliwe połączenie a possiblewskazuje high-resistance connection or in a lighting control panel. ocomponent wysokiej failure rezystancji lub usterkę części panelu sterującego oświetleniem. Fot. kolorów poboth obydwu Figure5-83. 5-83. Różnica The differing color on sides stronach zbiornika kondensacyjnego oraz of this in-line condenser unit and bypass value indicates expected operation. przewodu dodatkowego oznacza prawidłowe działanie. Fot. Powyższy Figure5-84. 5-84. This thermalobraz image termiczny indicates that the transformer on the right may have an wskazuje wewnętrzną nieprawidłowość internal fault. wewnątrz transformatora po prawej stronie. Fot. termiczny Figure5-85. 5-85. Obraz A thermal image of prawidłowo a normally functioning HVAC compressor a funkcjonującego kompresoracan show HVAC wide temperature przedstawia dużedifference różnice between między different różnymi sections and components. obszarami i elementami. Fot. kamerącan termowizyjną Figure5-86. 5-86. Pomiary Thermal imaging be useful in heat tracing for high-resistance connections in umożliwiają wykrywanie ciepła przy low-voltage control połączeniach o systems. wysokiej rezystancji w systemach sterowania niskonapięciowego. Fot. 5-87. Wilgoć z niedokładnie osuszonego Figure 5-87. Moisture from an inadequately drainedmoże roof can leak intodo theposzczególnych concrete block dachu przeciekać and façade of a building. bloków lub fasady budynku. 41 Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles 6 ZASTOSOWANIA TERMOGRAFII INTRODUCTION TO INFRARED THERMOGRAPHY AND THERMAL IMAGERS T ermografia znajduje zastosowanie m.in. w audytach elektrycznych oraz diagnostyce budowlanej. Badanymi urządzeniami elektrycznymi są np.: silniki,hermal urządzenia rozdzielcze, a takżeon podstacje. W liniach produkcyjnych testuje imagers operate based infrared thermography principles. A się podzespoły zautomatyzowanej oraz sprzęt W diagnostyce thermal imager is used as a produkcji cost-saving, and oftenmonterski. money-making, test budowlanej termografia pomaga wykryć zawilgocenia dachu, badać izolację tool for troubleshooting, maintenance and inspection of electrical systems, budynków, w tym wykrywać nieszczelności. Wykonuje się także testy elewacji mechanical systems, and building envelopes. termicznej ścian, sufitów oraz podłóg. T Infrared THermOgrapHy INSTALACJE ELEKTRYCZNE Infrared thermography is the science of the standard for the thermal inspection of countless applications. Wyjątek termiczny może wystąpić, Ze względu na bezdotykową pracę testowe kiedy jedna lub więcej faz, lub części using electronic optical devices to detect posiadają inną temperaturę w wyniku i and szybkość pomiarów kamery termowizyjne measure radiation and correlating that Of Infrared zjawisk niezwiązanych z prawidłowym są powszechnie stosowane do testowania HIsTOry to surface temperature. Radiation is the TeCHnOlOgy integralności układów elektrycznych. zachowaniem symetrii obciążenia. Na movement of heat that occurs as radiant przykład zbytofwysoka rezystancja powoduje W większości przypadków badanie The derivation “infrared” is “past red,” energy (electromagnetic waves) moves przegrzanie na złączu. Jednak w stanie termograficzne jest badaniem jakościowym, referring to the place this wavelength without a direct of transfer.sygnatur Modawarii, a więc bez podłączonego zasilania, tzn. polega namedium porównywaniu holds in the spectrum of electromagnetic ern infrared podobnych thermography is performed termicznych części. Sygnatura części mogą wydawać się chłodniejsze. radiation. The term “thermography”elektryczne is deby using electronic optical devices to deOtwarte zabezpieczenie termiczna to obraz ciepła oddawanego lub rived from root words meaning “temperatect and measure radiation andwcorrelate it naraża użytkownika kamery termowizyjnej emitowanego przez obiekt określonym The roots of thermography Nie to the surface temperature of the structure napicture.” poważne niebezpieczeństwo. momencie. Badanie to jest proste dzięki ture can be credited to the German astronomer prądem, or equipment being inspected. trójfazowym systemom elektrycznym, wiąże się to z ryzykiem porażenia Sir William Herschel who, in 1800, perIstnieje ponieważ w have normalnych fazy jako że pomiary są bezdotykowe. Humans always warunkach been able to experiments with sunlight. jednak wysokie ryzyko wystąpienia łuku prawie czytelne detect zawsze infrared mają radiation. Thesygnatury nerve formed elektrycznego, zwłaszcza przy napięciu termiczne. endings in human skin can respond 480V i wyższym. to temperature Termografia jest wyjątkowo skuteczna, differences as little as Na przykład otworzenie drzwi może ponieważ większość awarii urządzeń ±0.009°C (0.005°F). Although exspowodować łuk elektryczny, w przypadku ma czytelne i rozpoznawalne sygnatury tremely sensitive, human nerve endings termiczne. mogą wystąpić uszkodzonego zamka do zabezpieczonego are poorlyCzasami designedjednak for nondestructive wyjątki termiczne, mimo że wyniki pomiarów obszaru oraz gdy pojawiają się tam thermal evaluation. nie wykazują żadnej nieprawidłowości. szkodniki, kurz lub gruz. Może to prowadzić For example, even if humans had the Wyjątek termiczny to niestandardowy do wystąpienia łuku elektrycznego między thermal capabilities animals thatWyjątki can fazą a uziemieniem. Temperatura łuku lub podejrzany stan ofurządzenia. find warm-blooded prey in the dark, it elektrycznego może osiągnąć ponad termiczne mogą nie zawsze zostać wykryte probable usterki that better heat detection aisprzyczyna pozostanie wówczas 16 650oC (30 000oF) w mniej niż pół tools wouldNie still needed. Because że sekundy. Tylko osoba upoważniona nieustalona. mabe jednak wątpliwości, image of może the residual heat drzwi humans haveawarii physical limitations in de- A ithermal przeszkolona otworzyć wystąpienie poprzedza pojawienie from a hand to the surface of odgradzające zasilające urządzenia tecting heat, mechanical and electronic się ciepła wytworzonego przez wysoką transferred wall can be easily detected with elektryczne. devices thatelektryczną. are hypersensitive to heat a painted rezystancję have been developed. These devices are a thermal imager. 1 42 WSTĘP DO TERMOGRAFII Szczególną uwagę należy silnika lub napowietrznego przewodu. więc zwrócić na zrozumienie oraz Takie metody pomiarów mogą okazać zminimalizowanie ryzyka wystąpienia łuku się konieczne w niektórych sytuacjach, elektrycznego. Szczegółowe zalecenia jak np. w przypadku napowietrznych wydawane są przez międzynarodowe szyn zasilających, jednak z reguły należy instytucje rządowe. Zalecenia te stanowią mierzyć je bezpośrednio. Jeżeli nie również źródło informacji dotyczących można otworzyć drzwi zabezpieczających, 46 INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES ryzyka, procedur przeprowadzania kontroli informacje zebrane w trakcie kontroli oraz niezbędnej odzieży ochronnej termicznej mogą nie wystarczyć. (PPE). Odzież ochronna zaprojektowana Dostęp do inspections niektórych urządzeń Thermographers should make every ef- Occasionally, must also może została, aby łagodzić skutki potencjalnego być tak utrudniony i/lub niebezpieczny, fort to understand and minimize the risk of be performed from an indirect view such uszkodzenia spowodowanego że wymagane są inne metody an arc blast. International governing bodies as an enclosed motor terminal box orpomiarów. an natężeniem ciepła łuku elektrycznego Do alternatywnych metodWhile należą can provide detailed requirements neces- enclosed overhead busway. this m.in.: i typowo się na nią: osłona pomiary przez okienka przepuszczające saryskłada to minimize arc-flash hazards.twarzy, These may be a necessary alternative in some głowy,requirements skóry orazinclude rąk (fot. 6-1). podczerwień, aby uzyskać education about risks, situations, such as for an overheadwidoczność bus Wykonywanie inspekcji instalacji na it urządzenia zabezpieczone procedures for conducting inspections, and way, is not recommended for regularosłoną. elektrycznych racjonalnego Dostępne If sąanrównież inne techniki, np. discussion ofwymaga necessary personal protec- procedure. enclosure cannot be podejścia, właściwej technologii, wykorzystujące ultradźwięki w powietrzu. tive equipment (PPE). PPE is designed to opened, data from the thermal inspection a także dużego pracach Właściwe okienka mitigate the doświadczenia potential damagewcaused by may not provide theumieszczenie necessary details on konserwacyjnych. Kiedy to tylko możliwe przepuszczającego podczerwień zapewnia the intense heat of an arc flash and typically its own. urządzenia ich podzespoły powinny wszystkich urządzeń oraz ich includesoraz protection for the eyes, head, skin, widoczność Some equipment may be so difficult być podłączone do zasilania i mierzone elementów. Instalacja na zabezpieczeniu and hands. See Figure 6-1. and/or dangerous to access that other bezpośrednio skierowaną na nieelectrical kamerą inspection elektrycznym przezroczystego Techniques for inspecting measures are required. Adtermowizyjną. okienka przepuszczającego promienie systems are based on common sense, ditional inspection methods may include Od czasu do czasu, kontrole muszą podczerwieni umożliwia rejestrowanie technology, and good maintenance prac- the use of a viewport or an infrared transbyć również przeprowadzane w formie parent transmisji podczerwonej tices. Whenever possible, components window toenergii provide a view of the pomiarów pośrednich, tak jak pomiary kamerą termowizyjną. Pomiary and equipment should be energized and enclosure interior. Other technologies, bez zamkniętej skrzynki potrzeby otwierania osłony viewed directly with a przyłączeniowej thermal imager. such as an airborne ultrasound, can lub also drzwi be used. Fot. 6–1. Odzież ochronna została zaprojektowana, aby łagodzić skutki potencjalnych obrażeń spowodowanych wysoką temperaturą łuku elektrycznego i obejmuje typowo osłonę twarzy, głowy, skóry oraz rąk. Personal Protective Equipment (PPE) Odzież ochronna (PPE) OSŁONA (KASK) HEADGŁOWY PROTECTION (HARD HAT) OSŁONA EYE TWARZY PROTECTION (OKULARY I MASKA) (GLASSES AND FACE SHIELD) OSŁONA SKIN PROTECTION SKÓRY (ODZIEŻ (FLAME-RESISTANT OGNIOODPORNA) CLOTHING) OSŁONA HAND DŁOŃ PROTECTION (RĘKAWICE) (GLOVES) Figure 6-1. PPE typically includes eye, head,43 skin, and hand protection designed to mitigate that all components and devices can be seen. During an inspection, particular attenAn infrared transparent window is a device tion is given to any electrical connection WSTĘP DO TERMOGRAFII installed in electrical enclosures to provide or point of electrical contact. Electrical for the transmission of infrared energy to be connections and points of contact are zabezpieczających możliwe są dzięki elementach instalacji elektrycznej, np. viewed by a thermal imager. Infrared trans- susceptible to heat caused by abnormally zastosowaniu okienek przepuszczających silniku elektrycznym pozbawionym fazy lub parent windows can often allow thermal high resistance and is the primary source jakimkolwiek przeciążonym obwodzie. podczerwień (fot. 6-2). imaging without the need to open enclosure of system failures. Kamery termowizyjne są szeroko doors or panels. See bez Figure 6-2. otwierania Electrical current imbalances among Fot. 6–2. Pomiary potrzeby stosowane do badania instalacji osłony czy drzwi zabezpieczających możliwe są phases can also be detected. Often these dzięki zastosowaniu okienek przepuszczających elektrycznych, jednak często nieprawidłowo are considered normal such as in a lightInfrared podczerwień oraz nieskutecznie. Użytkownik ing circuit. However, they can result in Transparent Windows Okienko przepuszczające podczerwień kamery może przeoczyć potencjalne very costly failures in other parts of an nieprawidłowości, a nawet jeśli ustali ich BADANE DRZWI ELECTRICAL ENCLOSURE electrical system such asopacznie an electric motor URZĄDZENIE ZABEZPIECZAJĄCE miejsce, może zinterpretować EQUIPMENT DOOR thatich has lost a phase or for any circuit that innych wystąpienie. Wiele czynników is overloaded. niż powaga awarii może wpływać na Although thermalpowierzchni imagers are widely temperaturę rejestrowaną usedkamerą for electrical applications, they are too termowizyjną. Dodatkowo oftenzależność used ineffectively and improperly. między wysoką Potemperaturą tential problemsszczególnie can be overlooked or, when a awarią, w czasie, nie zawsze located, misunderstood by the thermograjest oczywista. pher. Many factors, other than the severity Powszechnie wiadomo, że of the problem, can influence the temperatura połączenia surface elektrycznego temperature a thermal imagróżni seen się through w zależności od zmiany ing obciążenia. system. Furthermore, theciepła relationship O ile ilość wytworzonego OKIENKO PRZEPUSZCZAJĄCE INFRARED TRANSPARENT WINDOW between heat and failure, especially overrezystancji w wyniku połączenia o wysokiej PODCZERWIEŃ BEZ MAY ALLOWUMOŻLIWIA THERMAL POMIARY INSPECTIONS time, is not always well understood. 2 OTWIERANIA ZABEZPIECZAJĄCYCH WITHOUTDRZWI OPENING ENCLOSURE jest przewidywalna (I R), o tyle wartość DOOR Ittemperatury is well known that temperature of powodu już the mniej. Z tego an electrical connection varies as the load niektóre normy zalecają przeprowadzanie 6-2. An infrared transparent window Heat output a high-resistance Figure Możliwe jest również użycie sprzętuchanges. badania przy from minimum 40% obciążeniu is used to provide for the transmission 2 wykrywającego ultradźwięki w powietrzu.connection R) but the isnajwyższym predictable (I lub przy możliwym obciążeniu of infrared energy to a thermal imager Ultradźwięki w powietrzu generowane temperature it can achieve is much less nominalnym. Na szczególną uwagę without the need to open enclosure doors są or w wyniku wadliwego połączeniapredictable. For this reason some standards panels. zasługują jakiekolwiek nieprawidłowości elektrycznego. Dźwięki te wykraczają pozarecommend performed sprzętuthatoinspections niskim beobciążeniu, które naturalne pasmo słyszalności czowieka,withprawdopodobnie a 40% minimum load or at zwiększy the highest się ale Itwykrywane są to przez specjalnenormal may also be possible use equipment load when possible. Special concern podczas przyszłego użytkowania. detektory that detectsultradźwiękowe. airborne ultrasound.Wystąpienie Airborne should given toosłony any irregularities found beJeśli zabezpieczające nie nawet niewielkiego łuku elektrycznego ultrasound is sound produced by a failing on lightly loadedsię equipment where the load otwierają łatwo, uniemożliwiając w ten na electrical połączeniu connection. Itzwykle is out of the powoduje natural is likely to increase with future use. rozgrzanych sposób bezpośrednie pomiary wytwarzanie charakterystycznego hearing range but can be detected with speWhen enclosures be openedprzewodu części, np. cannot izolowanego ultradźwięku w powietrzu wykrywalnego cial listening devices. Even micro arcing in easily and heating components viewedtermiczny napowietrznego, gradient przez szczelinę lub dziurę w osłonie. a connection typically produces a detectable directly, suchusterką as an overhead, enclosed między a mierzoną powierzchnią Podczas badania szczególną uwagę jest zazwyczaj bardzo duży. Gradient skupia się na połączeniu elektrycznym lub termiczny stanowi różnicę między bieżącą punkcie styku elektrycznego. Miejsca te są temperaturą źródła usterki a temperaturą podatne na nagrzewanie się spowodowane powierzchni wykrytą lub mierzoną kamerą podwyższoną rezystancją oraz stanowią termowizyjną. Niska sygnatura termiczna główne źródło awarii. powierzchni, tzn. 2,8oC (5oF), wskazuje Można również wykryć wahania prądu, wewnętrzną awarię izolowanego przewodu często uznawane za zjawiska normalne, magistralnego. Urządzenia wypełnione np. w obwodzie oświetleniowym. Jednak olejem, takie jak transformatory, wykazują mogą one prowadzić do powstawania podobny lub nawet większy gradient bardzo kosztownych usterek w pozostałych termiczny. 44 WSTĘP DO TERMOGRAFII Szczególnej uwagi wymagają kontrole przeprowadzane w terenie, kiedy prędkość wiatru przekracza 8 km/h. Dlatego punkty przegrzania się urządzenia powinny być mierzone i porównywane, gdy nie ma wiatru. Niektóre nieprawidłowości mogą schładzać się poniżej progu wykrywalności przy silniejszym wietrze. Podobne zależności mogą wystąpić wewnątrz obiektu, gdy zabezpieczenia zostaną zdjęte na krótko przed inspekcją. Prawidłowe procedury kontroli wymagają możliwie jak najszybszych i bezpiecznych pomiarów po zdjęciu osłony. Wiele trudności sprawia również wyświetlanie obrazów termicznych na wyświetlaczu kamery w terenie. Panujące warunki oświetleniowe mogą wytworzyć niepożądany oślepiający kontrast, uniemożliwiając podgląd szczegółów i odcieni obrazu. Nie tylko te przeprowadzane nocą, ale również badania terenowe w jasny, słoneczny dzień powodują problemy z czytelnością obrazów ze względu na promienie słoneczne. Praca w takich warunkach jest uciążliwa, zwłaszcza gdy w obrazie termicznym występują obszary ciemniejsze, np. ceramicznych izolatorów linii elektroenergetycznej. Zebranie właściwych danych termicznych instalacji elektrycznej nie zawsze jest takie proste, jak się wydaje. Nawet jeżeli udało się zebrać odpowiednie dane, wielu kontrolerów interpretuje je nieprawidłowo, hierarchizując poziom znaczenia wyników testowych. Np. temperatura często nie jest właściwym wskaźnikiem powagi usterki, ponieważ zbyt wiele czynników wpływa na jej zmiany. Wielu kontrolerów nie zważa jednak na tą zależność, uważając że im wyższa jest temperatura wadliwej części, tym poważniejsza usterka w porównaniu z pozostałymi, chłodniejszymi częściami. Podobnie wprowadzające w błąd jest przekonanie, że usterka nie występuje, gdy element lub podzespół urządzenia nie jest wyjątkowo gorący. Właściwy dobór i interpretacja danych termicznych zwiększa skuteczność zastosowania termografii. 48 INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIP Zamiast opierać analizy głównie na wartościach temperatur, należy uwzględnić zależności wszystkich busway, the thermal gradient parametrów between Viewin i wadliwej części. Taką the problem and the viewedprostą surface analizę will while outd umożliwiają pomiarowe typically be veryprzyrządy large. A thermal gradi- as well. Li a analizę bardziej formalną inżynierskie ent is the difference between the actual unwanted przyrządy analizujące. Korzyści temperature at the source of a wynikające problem effectively z prawidłowo przeprowadzonej kontroli sąbeing cap and the temperature that is being detected ogromne a firmy, które odnoszą sukcesy or measured on the viewed surface of nainspection polu są wAstanie thediagnostyki thermal imager. surfacezlikwidować thermal be conduc przestoje w pracy spowodowane signature as small as 2.8°C (5°F) awariami on an weather ca elektrycznymi. enclosed busway may indicate an internal es due to s failure. Oil-filled devices, such as trans- true for da Aby zmniejszyć niepożądany formers, exhibit similarnaor even greater ceramic po oślepiający odblask wyświetlaczu, thermal gradients. do kamer termowizyjnych dołączane są The tas osłony Careprzeciwsłoneczne. must be taken for outdoor in- data abou always as good therm use it inco riousness o temperatu tor of the many fact fact does phers from warmer a p To reduce unwanted glare on the display, serious th ELEKTROMECHANIKA detachable sun visors are available for cooler com use with thermal imagers. I MECHANIKA Similar Inspekcje urządzeń elektromechanicznychbelief tha i spections mechanicznych różnegowhen a c when windobejmują speed is greater rodzaju urządzenia. Termografia stanowiment is no than 8 kph (5 mph). For example, nieocenioną technikę sprawdzania hotspots on equipment should be com- be taken urządzeń, jak:might silniki, urządzenia pared withtakich how they appear if the thermal d wirnikowe oraz zbiorniki kondensacyjne. wind is calm. Some irregularities can of thermo W cool większości tych zastosowań bieżący Rather below the threshold of detection obraz termiczny porównywany until wind speed drops. Similar influ-jeststrictly on z poprzednim. W ten sposób zauważalneapproach ences can occur inside a facility when są jakiekolwiek różnice spowodowaneeters inter enclosures are left open for a period of zmianą stanu danego urządzenia. Abycomponen time prior to conducting the inspection. w pełni zrozumieć funkcjonowanie i awariewith test Good inspection procedures require that urządzeń, kontroler użytkujący kameręby root-ca the inspection musi be conducted as quickly termowizyjną posiadać solidnągineering and safely as possible after opening an wiedzę na temat rozkładu ciepła. properly c enclosure. Inspekcje termiczne silnikówinspectio przeprowadzane są ze względu 45 such as vibration or motor circuit analysis, WSTĘP DO TERMOGRAFII eleCTrOmeCHanICal in conjunction with thermography. Thermography has proven particularly and meCHanICal Fot. 6–3. Sygnatury termiczne sprzężeń oraz ich podatność na awarie applICaTIOns łożysk wałka pracujących prawidłowo powinny na w wyniku nieprawidłowości cieplnych. w przybliżeniu pokrywać się z temperaturą otoczenia. Electromechanical and mechanical inspecNa przykład przemieszczenie lub Thermal Signatures Sygnatury termiczne tions cover a diverse varietypowoduje of equipment. niewyważenie silnika zwykle STANDARDOWA SYGNATURA Thermal imaging has invaluable jego przegrzewanie się.proven Mimo, że for (TEMPERATURA ŁOŻYSKA NORMAL SIGNATURE (BEARING NEAR AMBIENT BLISKA TEMPERATURZE inspecting equipment such as motors, romonitorowanie temperatury powierzchni TEMPERATURE) OTOCZENIA) equipment, and steam traps. Most of obudowytating silnika jest przydatne, zmiany thesewewnątrz applicationssilnika are qualitative. The curtemperatury nie zawsze są od razu Dlatego najlepszym rent czytelne. thermal image is typically compared to sposobem są pomiary kamerą a previous one. Any silnika differences resulting termowizyjną w czasie lub w porównaniu from a change in equipment condition are z silnikami pracującymi. Takie thenpodobnie noted. A thermographer must have a pomiary solid mogą umożliwić wykrycie knowledge of heat transfer in order zanieczyszczenia przez kurz, braku jednej to understand how equipment functions fazy lub przegrzewania się. and fails. SYGNATURA Kontrola może również inspected obejmować ABNORMAL SIGNATURE Motors are thermally because NIEPRAWIDŁOWA (BEARING WARMER sygnaturęthey termiczną łożysk silnika. (TEMPERATURA ŁOŻYSKA are very susceptible to heat-related THAN AMBIENT WYŻSZA OD OTOCZENIA) Na przykład gdy łożyska są znacznie TEMPERATURE) failure. For example, motor misalignment cieplejszeorniż silnik oznacza potencjalną imbalance typically to results in overheatnieprawidłowość, którą należy ing. While it is useful to lookdokładniej at the surface Figure 6-3. Motor couplings and shaft Kontrola linii bazowej to kontrola zbadać. temperature Podobnie ofsygnatury termiczne a motor housing, changes bearings operating normally should exhibit mająca na celu ustalenie punktu sprzężeńtooraz łożysk wałka pracujących the internal temperatures of a motor are a thermal signature that is very close to odniesienia sprzętu pracującego prawidłowo powinny w obvious. przybliżeniu not always immediately It can be ambient air temperature. prawidłowo i wydajnie. Kontrola trendów pokrywaćvaluable się zto take temperaturą otoczenia thermal images of the moto kontrola przeprowadzana po uprzednim (fot. 6–3).torBardzo skuteczne łączenie either over time or injest comparison withuzyskaniu valuable for inspecting low-speed rotating obrazów wzorcowych do celów termografii z innymi rodzajami testów, np. similar operating motors. For example, thisporównawczych. equipment, such asMonitorowanie conveyors, where trendów other drgań lub analizą obwodu silnika. can help to reveal a motor that has becomew inspection methods may not be useful or czasie często dostarcza informacji Podczas gdy inne metody zawodzą clogged with dust or that is single-phaseddiagnostycznych reliable. More complex types of equiporaz pozwalających i są nieprzydatne, termografia okazuje and overheating. ment, such asawarie. turbines, gearboxes, Umożliwiaand to się nieoceniona przy kontrolach urządzeń przewidzieć The thermal signature of motor bear- heat exchangers, can also be inspected wirnikowych o niskiej prędkości, takich zestawienie różnic lub podobieństw ings can also be used for inspections.mogących with a thermal imager. However, they often określać pracę urządzenia. jak przenośniki. Kamerą termowizyjną For example, if motor bearings are much require a more significant investment in Jako pierwsze przeprowadzane można badać również urządzenia bardziej warmer than the motor, it is an indica-powinny creatingbyć a baseline of test data before the kontrole bazowe, a po nich złożone, takie jak: turbiny, skrzynie biegów tion of a possible problem that should be results from subsequent inspections pay oraz grzejniki. Wymagają one jednak należy badać trendy. Harmonogram kontroli any returns. investigated detail. Similarly, większych inwestycjiin greater w stworzenie linii należy ustalać na podstawie częstotliwości motor couplings and shaft bearings that are bazowej danych testowych zanim kolejne określonej przez skutki awarii oraz stan sprzętu. Obserwowanie trendów zwiększa pomiary okażą się opłacalne. skuteczność konserwacji okresowej oraz zmniejsza możliwości wystąpienia PROCESY TECHNOLOGICZNE Testy termiczne powszechnie wykonuje się nieplanowanego przestoju w pracy, a także na sprzęcie ogniotrwałym, aby sprawdzić redukuje liczbę awarii. Wszystkie rodzaje izolacji cieplnej jego wytrzymałość na wysokie temperatury. można sprawdzać szukając różnic Na przykład technicy konserwacji na w termicznej sygnaturze powierzchni. podstawie wyników kontroli termicznej są w stanie sprawdzić stan izolacji lub Wspomniane wyżej rodzaje izolacji wyliczyć temperatury powierzchni mogące obejmują części rurociągów parowych, linie technologiczne, systemy powodować awarie. rurociągów oraz śledzenie ciepła ciągów 46 WSTĘP DO TERMOGRAFII Chapter 6 — Thermography Applications 51 Fot. 6–4. Do bardziej powszechnych zastosować techniki termografii należy ustalanie lub potwierdzanie poziomów ciał stałych, cieczy lub gazów w takich pojemnikach, jak zbiorniki czy silosy Liquid Levels in Tanks Poziom cieczy w zbiornikach ZBIORNIK TANK P OWATER Z I O M WODY LEVEL KAMERA TERMOWIZYJNA THERMAL IMAGER DISPLAYS WYŚWIETLA WODY THE LEVEL POZIOM OF WATER IN TANK W ZBIORNIKU, BAZUJĄC NA IN BASED ON DIFFERENCES RÓŻNICACH TEMPERATUR TEMPERATURE BETWEEN AIR POWIETRZA WODY W ŚRODKU AND WATERI INSIDE ZBIORNIK WATER WODNY STORAGE TANK Figure 6-4. One of the most common applications for thermography is locating or confirming levels of material in vesselsjak such przekazywania as storage tanks and silos.oraz różniące się ciepła technologicznych (zarówno parowych, termiczne ciał stałych, i elektrycznych). Niestety wiele rodzajów pojemności systemów izolacji pokrywa niepomalowana płynów i gazów w zbiorniku. Temperatury skilled thermographer often BuIldIng dIagnOsTICs gazów zmieniają się najszybciej. Na warstwa A metalu, co znacznie can zawyża levels in an uninsulated Where przykład promieniowanie słoneczne odczytfind temperatury. Sygnaturytank. termiczne imaging has long been usedzmianę insulation isnapawanych present, it may take może spowodować wykrywalną powierzchni nie longer są Thermal various wapplications for thermal signatures appear ornasome termiczną obszarze related gazów todużego natychmiast czytelne ze to względu ich for residential and commercial enhancementoraz maywysoki be required. Material zbiornika w terenie w ciągu building zaledwie kilku niską emisyjność współczynnik Building diagnostic appli- cieczy levels in a vessel can be enhanced by using diagnostics. minut. Temperatury ciał stałych, odbicia. include roof moisturezmieniają inspecsimple active techniques such as applying cations oraz innych substancji się Do bardziej powszechnych building insulation inspections heat or inducing cooling with evaporation. z różną prędkością w obiegu cieplnym. zastosowań termografii należy ustalanie tions, energy and air leakage, and moisture For example, simply sprayingciał water briefly for Nawet zbiornik znajdujący się wewnątrz lub potwierdzanie poziomów stałych, with other thermograa tank and waiting a few minutes for detection. budynku As może charakteryzować się cieczyonlub gazów w takich pojemnikach, applications, knowledge of heatsię na the exterior the6–4). tank toChociaż change phy zmiennością cieplną ujawniającą jak zbiorniki czy surface silosy of (fot. and how buildings are temperature is often enough to reveal sev- transfer różnychtheory poziomach. większość pojemników zwykle posiada is required użytkownik for success. In-kamery eral levels. Applying vertical stripe paint constructed Doświadczony oprzyrządowanie wskazujące poziom for commercial buildings canwykryć or a tape where levels can be read easily spections termowizyjnej często jest w stanie substancji wewnątrz, informacje te często more complicated than for residential can modify zthepowodu low emissivity of shiny be poziomy w zbiorniku nieizolowanym. są niedokładne nieprawidłowej W przypadku obecności izolacji pojawienie pracy metal-insulation przyrządówcoverings. lub wymagają structures. się sygnatur termicznych może zająć więcej niezależnego potwierdzenia. Prędkość zmiany temperatur tych czasu, a nawet wymagać dodatkowych substancji podczas nieustalonego obiegu czynności. Ustalenie poziomów substancji strumienia cieplnego wyznacza tryb w zbiorniku wspomaga kilka prostych 47 Chapter 6 — Thermography Applications 53 WSTĘP DO TERMOGRAFII Fot. 6–5. Wykrywanie zawilgoceń dachu kamerą termowizyjną jest metodą bezinwazyjną. Roof Moisture Inspections Wykrywanie zawilgoceń dachu KONTROLER UŻYTKUJĄCY KAMERĘ TERMOWIZYJNĄ THERMOGRAPHER WITH TECHNIK OZNACZAJĄCY TECHNICIAN MARKING DACH FARBĄ THERMAL IMAGER ROOF WITH PAINT ROZKŁAD TEMPERATUR ZOBRAZOWANY PRZEZ KAMERĘ UMOŻLIWIA WYKRYCIE WILGOCI PATTERNS DETECTED WITH THERMAL IMAGER CAN BE USED TO DETERMINE PRESENCE OF MOISTURE technik, jak np. stosowanie ciepła lub zastosowań termografii. Kontrole obiektów przemysłowych bardziej ochładzanie przez parowanie. Na przykład Figure 6-5. Roof moisture inspections are nondestructive and mogą easily być performed withzłożone a thermal imager. krótkie natryskiwanie zbiornika wodą od kontroli struktur mieszkalnych. i odczekanie kilku minut, aż zewnętrzna powierzchnia zbiornika zmieni temperaturę, Wyszukiwanie zawilgoceń dachu często Great wystarcza, ujawnić kilka Building care mustaby be taken to conduct WiększośćInsulation znaczących nieprawidłowości poziomów. Stosowanie pionowego paska a roof inspection safely. Work on a roof Inspections w konstrukcji dachów o niskim nachyleniu farby should lub taśmy wyraźnych never w be miejscach conducted alone. Ther- Thermography powstaje w ciągu roku dwóch lat od is ideal for lub determining odczytów poziomów może wpłynąć na niski instalacji z wielu przyczyn związanych mographers are particularly vulnerable insulation presence and performance. It is współczynnik emisyjności błyszczących z: wadliwym projektem, samą instalacją lub to hazards because the brightness of the being widely used by energy consultants, warstw izolacji metalowych. konserwacją. Dach o niskim nachyleniu to display prevents their eyes from adjust- general contractors, and home inspectors. np. dach is centrum handlowego o niewielkim ing to the low-light levels found on most Insulation mainly used within a buildDIAGNOSTYKA nachyleniu odpływu opadów. Składa się roofs. This is a BUDOWLANA condition referred to as ing to controldo heat transfer, either gains Termografia od dłuższego czasu stosowana z losses. podłoża, na które nakłada się sztywną night blindness. A preliminary daylight or When insulation is missing, jest wvisual diagnostyce budynków mieszkalnych izolację oraz wodoszczelną membranę. inspection of the roof is essential damaged, or does not perform as intended, i przemysłowych. Zastosowania diagnostyki energy Skutkiusewystąpienia for highlighting potential hazards as well both and the cost ofprzecieku condition- mogą budowlanej obejmują as noting roof conditions. sprawdzanie być znaczące, ale długo niewykrywane zawilgocenia dachów, izolacji budynków uszkodzenia spowodowane wystąpieniem w celu wykrycia nieszczelności oraz wilgoci. wilgoci mogą okazać się jeszcze bardziej Opanowanie teorii rozchodzenia się ciepła kosztowne. Kiedy zawilgocenie wystąpi oraz powstawania konstrukcji budynków choć raz w strukturze dachu, zostaje zapewnia sukces w przypadku pozostałych ono tam zatrzymane i powoduje rozkład 48 WSTĘP DO TERMOGRAFII materiałów oraz przedwczesne rozpadanie się dachu. Wymiana mokrej izolacji likwiduje problem zawilgoceń pod powierzchnią dachu, a także przedłuża jego żywotność ponad oczekiwaną przeciętną. Sprawdzanie poziomu zawilgocenia dachu kamerą termowizyjną jest metodą bezinwazyjną (fot. 6–5). Mokra izolacja posiada większą pojemność termiczną niż sucha. Na przykład podczas bezwietrznego wieczoru, po ciepłym i słonecznym dniu, dach szybko się ochładza. Gwałtowne ochłodzenie dachu skutkuje wyższą temperaturą mokrej izolacji od temperatury izolacji suchej. Po zauważeniu tego typu rozkładu ciepła można całkiem szybko sprawdzić olbrzymie powierzchnie dachu, odnotowując miejsca wskazujące na mokrą izolację. Jeżeli to konieczne, bieżące wystąpienie zawilgoceń na mokrym obszarze można potwierdzić bardziej tradycyjnymi metodami badań, które często są powolne, a nawet inwazyjne. Jeżeli panują dobre warunki, „okno kontroli” może być otwarte aż do nocy. Dokładna sygnatura termiczna widoczna na wyświetlaczu kamery termowizyjnej oraz czas jej wyświetlania zależy od stanu i rodzaju izolacji dachu. Izolacje chłonne, zwykle stosowane w dachach o niskim nachyleniu, jak np. wełna mineralna, włókno drzewne oraz perlit umożliwiają uzyskanie wyraźnych sygnatur termicznych. Więcej trudności przy pomiarach przysparzają nieabsorbujące izolacje piankowe, często stosowane w jednowarstwowych strukturach dachów. Utrudnienia powoduje mała ilość pochłanianej wody. Wiele jednowarstwowych dachów obciążonych jest również ciężką warstwą kamienia, mogącą ograniczać wartości sygnatury termicznej. parowanie zmniejszy efekty nagrzania od Słońca. Silne zachmurzenie wieczorem może zmniejszyć efekty ochładzania, podczas gdy wiatr o wzmożonej sile może „wymazać” wszystkie sygnatury termiczne. Konstrukcja dachu oraz czynniki fizyczne również wpływają na sygnatury termiczne. Na przykład gzyms ściany wychodzącej na zachód może reemitować ciepło na dach aż do nocy. Dodatkowo warstwa żwiru powoduje zatrzymanie ciepła, a poprzednio naprawione fragmenty dachu mogą wydawać się inne od pozostałych. Zrozumienie tych zależności oraz ich wpływu na sygnatury termiczne gwarantuje efektywność kontroli. Inspekcje stanu dachów zaraz po ich wybudowaniu w celu ustalenia sygnatury termicznej linii bazowej, zapewnia najbardziej precyzyjne wyniki. Po każdym zjawisku potencjalnie powodującym uszkodzenie dachu, jak: burza gradowa, tornado czy huragan, należy sprawdzić stan dachu. Jeżeli warunki atmosferyczne doprowadzą do uszkodzenia dachu, szybki pomiar kamerą termowizyjną umożliwi zlokalizowanie wycieku oraz poziomu zaawansowania uszkodzenia izolacji. W trakcie kontroli dachu należy zachować dużą ostrożność. Praca na dachu nie może być wykonywana w pojedynkę. Inspektorzy są wyjątkowo narażeni na niebezpieczeństwo ze względu na jasność wyświetlacza uniemożliwiającą oczom przystosowanie się do słabego poziomu oświetlenia na większości dachów. Stan ten ściśle wiąże się ze ślepotą zmierzchową. Wstępna kontrola dachu za dnia ważna jest przy określaniu potencjalnego zagrożenia, tak samo jak przy ocenie stanu dachu. Inspekcje izolacji budowlanej Termografia doskonale sprawdza się przy ustalaniu rozmieszczenia izolacji oraz jej stanu. Stosują ją zwłaszcza doradcy energetyczni, konstruktorzy generalni oraz personel kontrolujący lokale mieszkalne. Testy izolacji budynku wykazują np. Na sygnatury termiczne wpływa również wiele innych czynników poza wystąpieniem wilgoci pod powierzchnią. Jeżeli powierzchnia dachu nie będzie sucha, 49 ing. Air leakage is typically caused by cupant comfort and lead to lower energy pressure differences across the building. WSTĘP DO TERMOGRAFII use. Other issues that can often be located Pressure differences can be the result through the use of thermal inspections of wind but may also be caused by the sposób przepływu ciepła.water Brakleaks izolacji, jej brakującą, uszkodzoną lub nieefektywną include unwanted or moisture convective stack forces inherent in any uszkodzenie lub nieprawidłowe ułożenie izolację. condensation, the buildup of ice on a roof, building and the pressure imbalances powoduje zarówno wzrost zużycia energii, and the freezing of plumbing lines. Ther- Pomiary associated with an HVAC system.wykrycie termograficzne umożliwiają jak i kosztów naprawy, a zwykle także mography also helps to check air circula- strat ciepła, w takich miejscach, jak: okna, rynny spadek poziomu komfortu w budynkach. tion in conditioned spaces and verify the lub słabo izolowane ściany. Zmniejszenie nadmiernego zużycia placement of acoustical insulation. energii jest równie ważne, co dobrze When akontrola temperature termiczna difference of zaplanowana at least 10°C (18°F) is present from the wpływająca na zwiększenie komfortu inside to outside of a building, insulation mieszkańców i redukująca zużycie can typicallytermograficzne be detected. For exenergii. problems Pomiary ample, during the heating season, the therumożliwiają także zlokalizowanie innych mal signature for missing insulation will nieprawidłowości, takich jak: niepożądane show aslub cooler on the interior and warmer wycieki wody kondensacja wilgoci, the exterior. During thena cooling season, warstwy onnagromadzonego dachu the thermal signature is the opposite. lodu oraz zamarzanie instalacjiIt is useful to know what typetermografię of insulation is kanalizacyjnych. Stosując Thermal imaging can be used to check present sprawdzić as each can have a unique thermal for heat loss within a building around można również obieg powietrza nieszczelności signature and oraz time constant. w pomieszczeniach rozmieszczenie Wykrywanie areas such as windows, eaves, or poorlystanowią blisko połowę izolacji akustycznej. Most thermal inspections require work-Nieszczelności insulated walls. Nieprawidłowości w izolacji można ing on both the interior and exterior of thekosztów ogrzewania, wentylacji oraz Przenikanie powietrza szybko wykryć, jeżeli różnica wartości building. However, both significant windschłodzenia. następuje zwykle w wyniku różnic temperatur na zewnątrz budynku i w jego and direct sun may render exterior work The w pressure differences force air o o ciśnienia budynku. Różnica ciśnienia C (18 F). wnętrzu wynosi przynajmniej 10 difficult or impossible. These conditions through the many penetrations within być spowodowana przez wiatr, Na przykład sezonie grzewczym result inweffects that show up inside asmoże building. Penetrations to the się ther- sił aletherównież nagromadzenie sygnaturawell termiczna brakującej izolacji but often in more confusing ways mal envelope, such as a wiring or konwekcyjnych w budynku oraz wahania będzie pokazana, jako because they areobszar indirect.chłodniejszy Inspections dur- plumbing chase, are often small and ciśnienia związane z instalacją HVAC. wewnątrzing ithecieplejszy na zewnątrz. cooling season may be limited to not readily evident. A thermal envelope Różnice ciśnienia powodują W sezonie letnim odczyt sygnatury the interior or to the evening for any work is the boundary of the space that is to przeciskanie powietrza przez liczne wnęki termicznejto be przedstawia się na odwrót. performed on the exterior. Under be heated, ventilated, or cooled within a Przeniknięcie do zewnętrznej Przydatnąoptimum informację rodzaj orbudynku. conditions,stanowi missing, damaged, building. powłoki termicznej, np. okablowania lub zastosowanej izolacji ze względu na Typically, only a small temperature ineffective insulation, as well as the locaoprzyrządowania często jest unikalną sygnaturę termiczną każdego obudowy difference of 3°C (5°F) from inside to outtion of framing, are often easily located byznikome i nie od razu wykrywalne. Powłoka materiału oraz stałą czasową. side is required for detecting air leakage. a trained, skilled thermographer properlytermiczna stanowi granicę ogrzewanego, Większość kontroli termicznych The air itself cannot be seen but its temusing a thermal imager. wymaga pracy zarówno na zewnątrz, jak wentylowanego lub chłodzonego obszaru i wewnątrz budynku. Jednak silny wiatr lub budynku. Do wykrycia nieszczelności wymagana promieniowanie słoneczne może utrudnić lub nawet uniemożliwić prace poza jest zwykle niewielka różnica temperatur na zewnątrz i wewnątrz budynku o wartości budynkiem. o o W takich warunkach możliwe jest 3 C (5 F). Samo zjawisko nieszczelności jest widoczne, ale rozkład wygenerowanie obrazu cieplnego wnętrza, nie ale często w sposób wprowadzający temperatur na powierzchni budynku ma w błąd. Kontrole w sezonie letnim mogą charakterystyczną sygnaturę termiczną się ograniczać tylko do wnętrz budynków przypominającą drobne pasma (rys. 6–6). lub zewnętrznych pomiarów wieczorami. W sezonie grzewczym sygnatury termiczne Wyszkolony i doświadczony użytkownik widoczne są jako chłodne pasma wzdłuż kamery termowizyjnej, pracując wewnętrznych powierzchni budynków w optymalnych warunkach szybko wykryje lub ciepłe „poświaty” na zewnątrz, dokąd 50 WSTĘP DO TERMOGRAFII przedostaje się ogrzane powietrze. Ruch powietrza może być również wyraźny we wgłębieniach budynku, a nawet wewnętrznych lub izolowanych ścianach. Sztuczne wywołanie różnicy ciśnień w budynku może uwydatnić miejsca wycieku powietrza, ukierunkować je lub nawet skwantyfikować. Stworzenie takich warunków umożliwia zastosowanie instalacji HVAC lub wentylatora urządzenia Blower door. Wykrywanie zawilgoceń Pojawienie się wilgoci często powoduje uszkodzenia materiałów budowlanych. Zazwyczaj występuje ona na połączeniach strukturalnych lub pęknięciach powierzchni, np. uszkodzonej warstwy ochronnej lub uszczelnienia. Wilgoć może być również spowodowana przez kondensację. Kondensacja powstaje na skutek ciepła, wycieku wilgotnego powietrza do chłodniejszych wgłębień budynku. Do pozostałych źródeł zawilgoceń należą: powódź, wody gruntowe oraz wycieki z systemów kanalizacyjnych lub zraszaczy. We wszystkich wyżej wymienionych przypadkach sygnatura termiczna zawilgoceń często jest czytelna, zwłaszcza w warunkach sprzyjających odparowywaniu wilgotnej powierzchni. W takim przypadku powierzchnia będzie wydawać się chłodna. Jednak przemoknięte materiały budowlane mają także właściwości przewodzące i podczas zmiany termicznej posiadają większą pojemność termiczną od suchych materiałów. W takich warunkach sygnatury termiczne nie zawsze są czytelne. Należy zwrócić szczególną uwagę na sprawdzenie warunków umożliwiających zidentyfikowanie obszarów zawilgoceń. Na przykład, aby potwierdzić obraz termiczny, na którym wykryto podejrzany obszar, zaleca się dodatkowe pomiary miernikiem wilgotności Kontrole obiektów handlowych Kontrola budynków usługowo-handlowych jest bardziej złożona od kontroli budynków mieszkalnych. Jednak gruntowne kontrole i analizy często są bardzo opłacalne, jako że kompletna wiedza o dużych budynkach przyczynia się do zwrotu inwestycji. Niezmiernie ważne są informacje o szczegółach konstrukcji budynku, jak i pełny dostęp do nich, umożliwiający kontrolerowi zrozumienie wszystkich zależności między różnymi częściami budynku. Powszechnie występującymi usterkami w obiektach handlowych i usługowych są: nieszczelności, Chapter 6 — T przenikanie wody oraz kondensacja. Nieocenionym przyrządem do wykrywania problemów dużych struktur jest właśnie perature patterns on building surfaces of- moisture kamera termowizyjna. Gdziekolwiek ten have a characteristic “wispy” thermal Moisture fr jest to możliwe, duże6-6. części budynków signature. See Figure During the buildings to należy w trakcie konstrukcji, heatingsprawdzać season, thermal signatures will ing materia kiedy każde typically be seenpiętro as cold jest streaksogradzane, along is typically izolowane wykańczane. the interiori building surfacesUmożliwia or warm to such as a fa wykrycie w projekcie “blooms”nieprawidłowości on the outside where heated lub ture can als konstrukcji, na Air tylemovement szybko, may abyalso zdążyć air is escaping. Condensat jebe naprawić zanimbuilding budynek zostanie evident inside cavities, warm, mois ukończony i oddany do użytku. even interior or insulated exterior walls. ing to the co Fot. 6-6. Rozkład temperatur np. uchodzenia sources of powietrza ma często charakterystyczną sygnaturę groundwate termiczną przypominającą drobne pasma Building Surface and sprinkl Powierzchnie budynków Temperature Patterns In all th Sygnatura termiczna signature of is often cle conditions to evapora will appear however, ar during a the thermal capa In this situa may not alw should be ta allow mois For exampl a moisture confirm wh image when 51 Figure 6-6. Temperature patterns related Commer Introduction to Wprowadzenie do termografii INSPECTION Thermography principles T 7 METHODOLOGIES METODOLOGIA TESTÓW hermographers use three main methods to perform inspections with thermal imagers. These are the comparative, baseline, and trending methods. The method of choice depends on the type of equipment being inspected and the type of data that is required. Each method can be successful if used for the appropriate application. INTRODUCTION TO INFRARED THERMOGRAPHY AND THERMAL IMAGERS UT żytkownicy kamer termowizyjnych mają do wyboru trzy metody wykonywania testów Są to:based metoda odniesienia do linii bazowej hermaltermicznych. imagers operate onporównawcza, infrared thermography principles. A those Basic, practicalbadanego training COmparaTIve oraz badanie trendów Wybór metody zależy od rodzaju thermal imager istermicznych. used as a cost-saving, andboundaries. often money-making, test in heat transfer and advanced skills using sprzętu itroubleshooting, wymaganych informacji. Skuteczność każdej metody zależy od jej tool for THermOgrapHy maintenance and inspection of electrical systems, a thermal imager are essential for underprawidłowego zastosowania. mechanical systems, and building envelopes. Thermographers have developed a num- standing quantitative thermography. Much któreis comparative należy uwzględnić, ber of methods for expanding the TERMOGRAFIA PORÓWNAWCZAuse ofzmiennych, of thermography work. By the standard for the thermal inspection fundamentalne znaczenie ma the technology. The basic method used in Użytkownicy kamer termowizyjnych Infrared THermOgrapHy comparing the object of interest to aszkolenie similar of oraz countless applications. doświadczenie. is comparative rozwinęli many wielethermal metod applications w celu rozszerzenia object, it is often easy to detect a problem. Infrared thermography is the science of thermography. Comparative thermogra- Training and experience are fundamental to zastosowania technologii. Podstawową using electronic optical devices to detect Termografia jakościowa zwykle nie uwzględnia phy is a process used by thermographers metodą analizy termicznej jest technika the process since there can be manyPolega other temperatur radiometrycznych. and measure radiation and correlating that HIsTOry Of Infrared to compare similar components under porównawcza. Termografia porównawcza na porównywaniu variables that must besygnatur taken intotermicznych account. to surface is the similar conditionsRadiation to assess the condition podobnych części. polega natemperature. porównywaniu podobnych TeCHnOlOgy movement of heat that occurs as radiant of the equipment being tested. części w analogicznych warunkach w celu energystanu (electromagnetic waves) moves The When comparative thermography is derivation of “infrared” is “past red,” oceny badanego sprzętu. referring to the place this wavelength aused direct mediumporównawcza of and transfer. Mod-jest appropriately correctly, the dif without Jeżeli technika holds in the spectrum of electromagnetic ern infrared thermography is performed ferences between różnice the equipment being stosowana prawidłowo, między The term “thermography” is deassessed will often be indicative of the by using electronic optical devices to desprawdzanymi urządzeniami wskazują na radiation. rived from root words meaning “temperacondition. Quantitative thermography, ich Ilościowe badaniaand termograficzne tectstan. and measure radiation correlate it ture picture.” The roots of thermography as compared to qualitative thermography, wtoporównaniu z jakościowymi wymagają the surface temperature of the structure can be credited to the German astronomer requires a more complete understanding szerszego zrozumienia zmiennych oraz or equipment being inspected. of the variables and limitations affecting Sir William Herschel who, in 1800, perograniczeń wpływających naable pomiar Humans have always been to the radiometric measurement. Quantiradiometryczny. Termografia detect infrared radiation. The ilościowa nerve formed experiments with sunlight. tative thermography is thermography obejmuje temperatury radiometryczne. endings in human skin can respond that includes radiometric Z kolei termografia jakościowa nie temperatures. obejmuje to temperature differences as little as Qualitative thermography is thermogtemperatur radiometrycznych. ±0.009°C (0.005°F). Although exraphy that does not include Przed przystąpieniem do radiometric pracy tremely sensitive, human nerve endings Qualitative thermography does not usutemperatures. z kamerą termowizyjną ważne jest are poorly designed for nondestructive radiometric temperatures.była is vital to determine marginesu what margin of ally ustalenie Itdopuszczalnego Abyinclude metoda porównawcza thermal evaluation. It compares and contrasts the thermal błędu, a werror trakcie pomiarów przestrzeganie is acceptable before beginning an in-skuteczna, użytkownik kamery musi For example, even if humans had the signatures of similar components. tych granic. Podstawowe spection and to work carefullyszkolenie to stay withinwyeliminować wszystkie zmienne poza thermal capabilities of animalsciepła that can praktyczne z przekazywania oraz jedną - zmienną odniesienia. Zbyt często find warm-blooded prey in the dark, it zaawansowanych umiejętności umożliwia nie stosuje się tej prostej, lecz bardzo 57 is probable thattermografii better heat detection zrozumienie ilościowej. ważnej reguły z powodu złożonych Wtools większości would stillprzypadków be needed. termografia Because warunków środowiska testowego lub polega porównywaniu. Porównywanie thermal imagepraktyk of the użytkowników. residual heat humansna have physical limitations in de- A niewłaściwych badanego przedmiotu doand innego często transferred from a hand to the surface of tecting heat, mechanical electronic umożliwia nieprawidłowości. devices thatwykrycie are hypersensitive to heat a painted wall can be easily detected with Ze na istnienie wielu innych havewzględu been developed. These devices are a thermal imager. 1 52 connection. However, if a load reading is ask the equipment owner or maintenance taken with a digital multi-meter and shows clear, simple questions. WSTĘP DOtechnician TERMOGRAFII loading of 30/70/30 A, for example, the More importantly than asking quespattern is most likely related to an electrical tions, the thermographer must listen Fot. 7-1. Porównawcze pomiary termograficzne sprzętu lub technikowi konserwacji. phase imbalance. trójfazowego wyłącznika elektrycznego umożliwiają carefully to the answers. Many ther Ważniejsza od zadawania pytań wskazanie najcieplejszej fazy. mographers fail at either one or both of Comparative Thermography jest umiejętność uważnego słuchania Termografia porównawcza these tasks and their work suffers as a odpowiedzi. Wielu użytkowników zawodzi OBSZARY NIEBIESKOBLUE-GREEN COLORED consequence. Communication skills for a na obu polach, co negatywnie wpływa na ZIELONE WSKAZUJĄ AREAS REPRESENT thermographer are as important as techniPRAWIDŁOWĄ PRACĘ NORMAL CONDITIONS ich pracę. Umiejętności komunikacyjne cal skills, especially when working with są tak samo istotne, co umiejętności unfamiliar equipment or materials. techniczne, zwłaszcza podczas pracy z nieznanym sprzętem lub materiałami. BaselIne THermOgrapHy ODNIESIENIE DO LINII BAZOWEJ A baseline inspection is intended to estabKontrola z zastosowaniem linii bazowej lishpolega a reference point of equipment operna ustaleniu punktu odniesienia na ating under normal operating conditions sprzętu podstawie analizy pracy sprawnego TRÓJFAZOWY THREE PHASE andwin good working order. Itwarunkach. is critical to Istotny WYŁĄCZNIK standardowych ELECTRICAL ELEKTRYCZNY determine what is the normal or desired BREAKER czynnik stanowi określenie prawidłowego OBSZARY CZERWONE ŻÓŁTE WSKAZUJĄ equipment condition and use thissprzętu, as a RED AND YELLOW ICOLORED AREAS lub pożądanego stanu aby POTENCJALNĄ NIEPRAWIDŁOWOŚĆ REPRESENT POSSIBLE PROBLEM baseline signature to which later images (POŁĄCZENIE O WYSOKIEJ REZYSTANCJI) porównywać jego sygnaturę wzorcową (HIGH-RESISTANCE CONNECTION) are compared. Often the baseline signature z późniejszymi obrazami termicznymi. is uniform or related in some manner to Figure 7-1. Comparative thermography Na przykład obraz termiczny Sygnatura wzorcowa jest często jednolita inherent structure of the object being can be used on a three-phase electrical the oraz w pewnym stopniu zależy od naturalnej trójfazowego wyłącznika elektrycznego breaker and show one of the phases being viewed. For example, after a motor is inmoże przedstawiać jedną fazę cieplejszą struktury badanego przedmiotu lub warmer compared to the others. stalled and brought into normal operation, od pozostałych (fot. 7–1). W sytuacji gdy obiektu. Na przykład jakiekolwiek różnice obciążenia trzech faz są zrównoważone, w sygnaturze termicznej po instalacji to nierównomierne ich rozgrzanie silnika i jego standardowej eksploatacji prawdopodobnie wynika z wysokiej będą widoczne na kolejnych obrazach rezystancji połączeń. Jeżeli jednak wynik termicznych (fot. 7–2). pomiaru obciążenia wykonanego cyfrowym multimetrem wskazuje wartość równą TRENDY TERMICZNE metoda kontroli termicznej 30/70/30 A, to bieżący rozkład temperatur Inna może wynikać z elektrycznej nierównowagi dotyczy badania trendów termicznych. Badanie trendów termicznych to proces faz. Kamera termowizyjna nie analizuje stosowany przez użytkowników kamer obrazu termicznego. Na prawidłową w celu porównania rozkładu temperatur interpretację składa się kilka elementów, na powierzchni badanego przedmiotu m.in.: umiejętności, doświadczenie oraz w czasie. Metoda ta sprawdza się wypracowywanie dobrych praktyk i inne coraz częściej zwłaszcza przy badaniu czynniki. Oczywiście błędna analiza może urządzeń mechanicznych, w których spowodować uszkodzenie lub zniszczenie sygnatury termiczne mogą być złożone. Jest również przydatna, gdy sygnatura cennego sprzętu. Porównując sygnatury termiczne termiczna wskazująca nieprawidłowość jednego przedmiotu, ważne jest uzyskanie zmienia się powoli w czasie. Na przykład jak najwięcej informacji o nim. Informacje analiza trendów sprawdza się podczas odporności izolacji te dotyczą: konstrukcji, podstawowego monitorowania (wysoka temperatura) działania, kierunku przepływu ciepła lub ogniotrwałej historii pracy przedmiotu. Ze względu na wagonów specjalistycznych w czasie w celu częsty brak szybkiego dostępu do tych optymalnego rozplanowania przestojów informacji, użytkownik kamery musi mieć w pracy (fot. 7–3). możliwość zadawania pytań właścicielowi 53 over time to determine any differences in the thermal signature railroad andcar develop troubleshooting skills. If optimum maintenance downtime schedwill probably show up in subsequent data is carefully gathered and changes WSTĘP DO TERMOGRAFII uling. are See understood, Figure 7-3. these methods can rethermal images. See Figure 7-2. It isveal important for a thermographer a very accurate and useful trend of Rys. 7-2. Wiele różnic w sygnaturach termicznych Fot. 7-3. Badania trendów termicznych stosuje to understand all variables performance. However, itpresent is important silnika wykażą kolejne kontrole. się przy sprawdzaniu urządzeń o wysokiej temperaturze, sygnatury with the equipmentktórych that isstandardowe inspected. to remember that trending only implies, Baseline Thermography Odniesienie do linii bazowej termiczne mogą być złożone, tak jak nadwozia Thermographers must understand rather predicts, the future.themetalem), torpedothan (wypełnionym stopionym a nieprawidłowość izolacji może pokazać się operating principles of various systems dopiero w czasie. Figure 7-2. Many differences in and the develop troubleshooting skills. If thermal signature of the motor will show data is carefully gathered Thermal Trendingand changes Trendy termiczne up in subsequent thermal inspections.are understood, these methods can reveal a very accurate and useful trend of THermal TrendIng performance. However, it is important Another method of thermal inspection to remember that trending only implies, is known as thermal trending. Thermal rather than predicts, the future. trending is a process used by ther7-2. Many differences in the mographers to compare temperature Figure Użytkownik kamery termowizyjnej thermaldistributions signature the motor show in the same component powinien posiadaćofwiedzę o will wszystkich Thermal Trending up in subsequent inspections. over związanych time.thermal Thermal is used zmiennych ztrending działaniem extensively especially for inspecting badanego urządzenia. Konieczne jest THermal TrendIng mechanical normal zapoznanie się z equipment zasadami where działania Another method of inspection thermal signatures may be complex. It różnych układów, jakthermal również rozwijanie is known asprzydatnych thermal trending. Thermal is also useful when thermal signaumiejętności wthediagnostyce. Figure 7-3. Thermal trending is used for trending is that a process useddanych by thertures detect failure often develop Właściwy dobór i ocena oraz inspecting high-temperature equipment mographers to compare slowly over time. Fortemperature example, thermal where normal thermal signatures, such as rozumienie zachodzących zmian może distributions incan thebesame component trending used przydatny when monitoring zapewnić precyzyjny oraz dla this torpedo car (filled with molten metal), over time. Thermal trending is used (high- can be complex, and may only indicate the performance of a refractory użytkownika trend wydajności badanego extensively especially for pamiętać, inspecting temperature) insulation in a specialty insulation failure over time. urządzenia. Należy jednak że mechanical equipment wheresugerować, normal badanie trendów może jedynie be complex. It alethermal nie signatures przewidujemaystanu mogącego is also w useful when the thermal signawystąpić przyszłości. Figure 7-3. Thermal trending is used for tures that detect failure often develop inspecting high-temperature equipment slowly over time. For example, thermal where normal thermal signatures, such as trending can be used when monitoring this torpedo car (filled with molten metal), the performance of a refractory (high- can be complex, and may only indicate temperature) insulation in a specialty insulation failure over time. 54 WSTĘP DO TERMOGRAFII 60 INTRODUCTION TO THERMOGRAPHY PRINCIPLES Palety Paleta to schemat kolorów stosowany do pokazania zmian cieplnych oraz wzorów Palettes na obrazie termicznym. Czy to podczas kontroli, czy analizowania istotne jest wybranie palety najlepiej określającej i odpowiadającej nieprawidłowościom. Kamera palettes termowizyjna powinna umożliwiać wybór lub zmianę palety zarówno bezpośrednio A palette is a color scheme used to display the thermal variations and patterns in a w systemie kamery, jak i oprogramowaniu. Na przykład pewne aplikacje mogą być thermal image. Whether inspecting or analyzing, the objective is to select the palette lepiej przedstawione i analizowane w palecie monochromatycznej, skali szarości lub that best identifies and communicates the problem. Ideally, a thermal imager that bursztynie. Pozostałe przypadki zostaną dokładniej objaśnione w takich paletach allows the user to select or change the desired palette both in the camera and in the barw, jak: metaliczny łuk, niebiesko–czerwona lub duży kontrast. Szeroki wybór software should be chosen. For example, certain applications may be better viewed dostępnych palet barw umożliwia użytkownikowi większą elastyczność podczas and analyzed in a monochromatic palette such as grayscale or amber. Other situations kontroli termicznej, analizy i raportowania. may be easier to analyze and explain in a color palette such as ironbow, blue-red, or one with a high contrast. A wide selection of available color palettes allows the thermographer greater flexibility in thermal inspection, analysis, and reporting. AMBER BURSZTYN HOT METAL GORĄCY METAL BLUE-RED NIEBIESKO-CZERWONA IRONBOW METALICZNY ŁUK SKALA SZAROŚCI GRAYSCALE WYSOKI KONTRAST HIGH-CONTRAST 55 8 Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles ANALIZA, RAPORTOWANIE ORAZ DOKUMENTOWANIE INTRODUCTION TO INFRARED THERMOGRAPHY AND THERMAL IMAGERS O T hermalumiejętności imagers operate based on użytkowania infrared thermography principles. A prócz prawidłowego i obchodzenia się z kamerą termowizyjną praca kontrolera polega także analizowaniu, raportowaniu thermal imager is used as a cost-saving, and na often money-making, test oraz dokumentowaniu pomiarów. Do wykonania tychsystems, zadań służą tool for troubleshooting,wyników maintenance and inspection of electrical specjalistyczne przyrządy do analizy. mechanical systems, and building envelopes. Infrared THermOgrapHy Infrared thermography the science of ANALIZA WYNIKÓWis TESTÓW the standard for the thermal inspection of countless applications. RAPORTOWANIE ORAZ using electronic optical devices to detect W dużej mierze skuteczność zastosowania DOKUMENTOWANIE and measure radiation and correlating termografii uzależniona jest thatod: HIsTOry Of prawidłowej Infrared Po dokonaniu oceny wyników to surface temperature. is the TeCHnOlOgy umiejętności użytkownikaRadiation do prawidłowego może być wymagane sporządzenie movement of heattestu, that occurs as radiant przeprowadzenia warunków pracy, raportu. Częścią procesu raportowania jest derivation of “infrared” is “past red,” energy (electromagnetic moves rejestrowana istotnych waves) danych oraz The zapoznanie zleceniodawcy z naturalnymi referring to the place this wavelength oraz właściwego without a directinterpretowania medium of transfer.wyników. Modograniczeniami termografii in the spectrum electromagnetic Napotkane przez kontrolera zmienne holds ern infrared thermography is performed znaczeniem kontrolioftermicznych. W efekcie The term “thermography” is demogą byćelectronic liczne ioptical różnorodne. Dlatego by using devices to de- radiation. raport zawiera zalecane czynności mające words meaning “temperanależyte przeprowadzenie pomiarów na from celuroot skorygowanie nieprawidłowości, tect and measure radiation and correlate it rived termograficznych zależy of odthewyszkolenia picture.” Thekontrola roots of termiczna. thermography które ujawniła to the surface temperature structure ture i or kwalifikacji kontrolerów. can be credited to the German astronomer Kontroler zwykle podaje również equipment being inspected. Humans Użytkowników kamer certyfikuje Sir William Herschel who, in 1800, perdodatkowe informacje dotyczące miejsca have always been able to się wg trzech kategorii: I, II oraz III, formed wystąpienia usterki, diagnozy oraz experiments with sunlight. detect infrared radiation. The nerve z których najniższa jest I, a najwyższa III. sugerowanych czynności korygujących. endings in human skin can respond W trakcie realizacji oficjalnego programu Połączenie istotnych informacji podanych to temperature osoba differences as little as na szkoleniowego certyfikowana przez kontrolera z uzupełniającymi ±0.009°C (0.005°F). Although expoziomie I posiada kwalifikacje w zakresie danymi z pozostałych kontroli lub testów, tremely sensitive, nerve endings zbierania danych,human ale musi pracować konserwacji, planów naprawy oraz analiz are poorly designed nondestructive na kosztów zapewnia optymalny wynik pod nadzorem osobyforcertyfikowanej thermal evaluation. poziomie II. Poziom II upoważnia do kontroli termicznej. Dlatego umiejętności For example,danych even if ihumans the interpretowania pisania had raportów. komunikacyjne są równie ważne, co thermal capabilities animals that can Oficjalny program ofszkoleniowy musi techniczne. zawierać spisane prey procedury kontroli, find warm-blooded in the dark, it Raporty mogą być opracowywane zwykle opracowane na detection podstawie w różnej formie oraz dotyczyć różnorodnych is probable that better heat norm we współpracy danych. Każdy powinien jednak zawierać tools branżowych would still beoraz needed. Because zhumans certyfikowanym kontrolerem III stopnia. informacje, thermal image ofjak: the residual heat have physical limitations in de- A takie • Nazwisko kontrolera from a hand to the surface of tecting heat, mechanical and electronic transferred • Marka, model oraz numer seryjny kamery wall can be easily detected with devices that are hypersensitive to heat a painted termowizyjnej imager. have been developed. These devices are a thermal 1 56 • System conditions, such as load and keeping track of individual problems in WSTĘP DO TERMOGRAFII duty cycle a more categorized and specific manner. • Identification and location of equipment For example, information related to issues • Opis warunków otoczenia, takich jak: lub danego Później with a specific brand ofprocesu. equipment or and components inspected or tested urządzenia prędkość i kierunek wiatru, opady, dane te można pobrać, a następnie a certain process can be identified and • List of critical equipment not inspected wilgotność oraz temperatura otoczenia powiązać z określonym sprzętem, aby or tested along with explanations for stored. Later it can be retrieved and the • Warunki pracy układu: obciążenie oraz wspomóc pracę kolejnych użytkowników. issues identified as common to certain the omission cykl pracy equipment Oprócz to właściwego aid future users. użytkowania • Instrument parameter settings, such asi obchodzenia się z kamerą termowizyjną • Identyfikacja oraz umiejscowienie In addition to properly handling and emissivity and background settings testowanego sprzętu i jego elementów skuteczny kontroler powinien posiadać using a thermal imager, a successful • Thermal images matchingumiejętności • Lista istotnych urządzeń, któreand nie zostały analizowania thermographer must be able to analyzeoraz visual łącznie images zofuzasadnieniem all equipment anddokumentowania przetestowane, wyników poprzez and document the results through proper components inspected or tested ich pominięcia prawidłowe raportowanie. Umiejętności reporting. This ability is necessary in • A parametrów section that requests a follow-up • Ustawienia przyrządu, jak: te order są to niezbędnym opinii develop and elementem maintain a good infrared image topodstawowe document equipmento wysokiej emisyjność i ustawienia jakości pracy. Raportowanie reputation of high-quality, consistent repair oraz odpowiadające • Obrazy termiczne stanowi najlepsze źródło pokontrolnych work. Reporting provides the best possible must alsourządzeń be displayedzaleceń. im obrazy Documentation widzialne wszystkich post-inspection recommendations. in a manner that does not clutter the report przetestowanych Fot. 8-1. Raporty kontroli termicznej zawierają • Opis części wymagającej but rather supports ponownego the presentation of zwykle obrazy termiczne oraz odpowiadające widzialne w celu odniesienia. sprawdzenia kamerą termowizyjną essential information in a clear andpoefficient obrazy Thermal Reporting termiczne naprawie manner. The best thermal inspection Raportowanie and Documentation oraz dokumentowanie reports have a natural flow of data to Dokumentacja może być przedstawiana supportnie the thermal and visual images. w sposób zakłócający układ raportu, See Figure 8-1. ale w sposób Havingczytelny, access to awspomagający collection of several prezentację ważnych different report templates informacji. can be useful. Wzorcowe termicznych For raporty example, akontroli simple report template can charakteryzują się documentation naturalnym ofciągiem be used for successful danych, uzupełniającym obrazy termiczne repairs on equipment that was thermally oraz widzialne (fot.or 8–1). inspected tested. Specialized report OBRAZ WIDZIALNY VISUAL IMAGE Bardzo przydatny być for dostęp do templates canmoże be used particular różnych szablonów Na przykład categories ofraportów. thermal inspection. prosty szablon raportu można zastosować Whenever a thermography report do udokumentowania pomyślnych napraw is processed, additional copies of each sprzętu testowanego report should kamerą be given termowizyjną. to key personnel as Specjalnerequired. szablony raportów mają Copies can be either a hard copy natomiast zastosowanie w szczególnych format or in electronic form. Electronic przypadkach kontroli termicznych. reports should be saved and locked (such Tworząc raport termograficzny, OBRAZ TERMICZNY THERMAL IMAGE as a PDF format) before sending them out kluczowy personel powinien to prevent tampering with the inspection Figure 8-1. Thermal inspection reports dostać dodatkowe kopie zależnie and test analysis. typically include thermal images and od potrzeby. Kopie mogą być Additional value from thermal tests matching visual images for reference w formie elektronicznej lub wydruku. and inspections can often be gained by purposes. Raporty elektroniczne należy zapisać i zabezpieczyć (np. stosując format PDF przed rozesłaniem, aby uniknąć wprowadzania zmian w ich treści. Dalsze monitorowanie poszczególnych nieprawidłowości w bardziej jednostkowy sposób może przynieść dodatkowe korzyści. Na przykład można uzyskać informacje dotyczące konkretnego rodzaju 57 Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles Introduction to Thermography principles 9 ŹRÓDŁA INFORMACJI O TERMOGRAFII INTRODUCTION TO INFRARED THERMOGRAPHY RESOURCES THERMOGRAPHY AND THERMAL IMAGERS ŹT ródłem dodatkowych informacji o termografii oraz kamerach termowizyjnych mogą aktualizacje sprzętu, zasady bezpieczeństwa, seminaria hermalbyć: imagers operate based on infrared thermography principles. A esources can be toas gain information on thermography and szkoleniowe, narzędzia edukacyjne oraz organizacje standaryzujące i branżowe. thermal imager is used used a additional cost-saving, and often money-making, test imagers such as equipment safetyofconcerns, training Zasoby dostępne są zarówno w postaci elektronicznej, jak i drukowanej. tool fortethermal troubleshooting, maintenance andupdates, inspection electrical systems, seminars, educational tools, and standards and professional organizations. These mechanical systems, and building envelopes. R resources are available in electronic or printed formats. ŹRÓDŁA INFORMACJI Rozpowszechnienie nowych informacji the standard for the thermal inspection Infrared THermOgrapHy gwałtowny wzrost Użytkownicy kamer termowizyjnych mają spowodowało of countless applications. Because of the termografii development of resOurCes zastosowań w new ciągu kilku dostęp do znaczącej isilości informacji Infrared thermography the science of information, the application of thermograostatnich lat. Należy pamiętać, że dotyczących termografii oraz przyrządów using electronic optical devices to detect A considerable amount of relevant phy has increased rapidly in the past few niektóre informacje dotyczące termografii, pomiarowych. Termografia stosowana and measure radiation and correlating thatjest HIsTOry Of Infrared information concerning thermography years. Please be aware that some informazwłaszcza te opublikowane na stronach wtoand diagnostyce budowlanej, przemyśle thermal imagers is available to most surface temperature. Radiation is the tion related to thermography, especially TeCHnOlOgy internetowych nie zawsze są precyzyjne i komercyjno-przemysłowej już od ponad prospective various types 40 movement ofusers heat through that occurs as radiant that being published on the worldwide lub prawdziwe. Dlatego zaleca lat. jednak wielu waves) profesjonalistów, The derivation of “infrared” is “past red,” się ofNiemniej resources. In industrial-commercial energy (electromagnetic moves web, may not be wiedzy accurate or factual. It is zgłębianie takich jak: np.and techników konserwacji i elektroników referring to the place ze thisźródeł, wavelength building diagnostics applications, the without a direct medium of transfer. Modstrongly suggested to learn the basics from niniejsza publikacja oraz inne, wymienione dopiero zapoznaje się zavailable tą technologią technology has been for moreoraz holds in the spectrum of electromagnetic ern infrared thermography is performed such as this publication and thosekrytyczne poniżej. Zaleca się jednocześnie jej than zaletami, jak i However, z samą zasadą działaniasources 40 years. many profesradiation. The term “thermography” is deby using electronic optical devices to delisted below. It is also recommended to podejście do nieznanych źródeł. Źródłem kamer termowizyjnych. sionals, such as maintenance technicians rived from root words meaning “temperatect and measure radiation and correlate it readinformacji critically tomogą learn more from unknown by również normy, zasoby and electricians, are in the early stages of ture picture.” Theinclude roots of thermography to the surface temperature of the structure sources. Resources standards, onon–line, książki, inne publikacje organizacji learning about the technology and benefits canbranżowych. be credited to the astronomer informacjibeing uzyskasz z publikacji różnych line resources, books andGerman printed materials, orDużo equipment inspected. of thermography and thermal imagers. organizacji standaryzujących. Sir William Herschel who, in Humans have always been able to and professional organizations. 1800, per- formed experiments with sunlight. NORMY standards detect infrared radiation. The nerve endings in human skin can respond to temperature differences as little as ±0.009°C (0.005°F). Although extremely sensitive, human nerve endings are poorly designed for nondestructive thermal evaluation. For example, even if humans had the thermal capabilities of animals that can find warm-blooded prey in the dark, it is probable that better heat detection tools would still be needed. Because humans have physical limitations in deResources writtenand material from tecting heat,include mechanical electronic various standards organizations. devices that are hypersensitive to heat have been developed. These devices are Norma to ustalona procedura działania lub A standard is an accepted reference or praktyka zatwierdzona przez ekspertów practice developed by industry professionbranżowych. Normy stanowią zbiór als. Standards provide a set of acceptable ustalonych kryteriów pracy. Podczas gdy criteria to which work can be performed. zgodność z normami branżowymi może While compliance with an industry stanbyć dobrowolna, jednak ich przestrzeganie dard can be voluntary, it is good practice należy do dobrych praktyk. Różnego to comply with approved, recognized rodzaju specjaliści różnych dziedzin standards. Standards are created from the przemysłu biorą udział przy tworzeniu input of various industry experts and are norm, udostępnianych następnie przez available through various organizations. wiele organizacji (tabela 9–1). Stanowią See Figure 9-1. They can be a valuable one cenne źródło specjalistycznych resource in providing detailedheat A thermal image ofspecific, the residual i szczegółowych informacji dotyczących information on various aspects ther- of transferred from a hand to theofsurface różnych aspektów termografii. mography. a painted wall can be easily detected with a thermal imager. 63 1 58 On-line resources organization provides new opportuniaids in gaining knowledge about thermography processes and the latest 9–1. equipment and testing/inspection Tabela Normy to ustalone procedury lub praktyki zatwierdzone techniques.przez ekspertów branżowych. WSTĘP DO TERMOGRAFII ties and An on-line resource is a resource that is available to users only through an InterZasobynet on–line connection. These resources provide Zasoby aon–line źródło informacji variety oftoinstructional resources for dostępnestudents, dla thermographers, użytkowników andprzez technipołączenie internetowe. Zasoby tego is cians. Supplemental information rodzaju typically stanowiąavailable źródłofrominstrukcji equipment dla studentów, użytkowników kamer manufacturers, standards organizations, termograficznych oraz andtechników. learning materials, professional Dodatkowych informacji dostarczają organizations. For example, an onzwykle producenci organizacje line resource sprzętu, can include a live forum standaryzujące, materiały edukacyjne oraz where experienced representatives from organizacje branżowe. Zasobami can on–line equipment manufacturers “chat” mogą byćwith np.equipment fora internetowa, users for na the których purpose of doświadczeni przedstawiciele producentów troubleshooting or providing equipment udzielają recommendations. wskazówek użytkownikom przyrządów w celu rozwiązania usterki lub zaleceń dotyczących zastosowania. Books and printed materials printed materials are sources KsiążkiBooks orazand inne publikacje that can be drukowane used as techniKsiążki on i hard innecopy materiały cal references. They serve to increase mogą służyć użytkownikowi jako the knowledge ofwany individual who uses pomoc techniczna celu poszerzenia thermography and infrared kamery technology indywidualnej wiedzy użytkownika for testing inspection purposes. termograficznej lubandosoby stosującej are several and oraz printed technikę There termografii. Kilkabooks książek materials available. innych publikacji z tej dziedziny jest już dostępnych. professional Organizations Organizacje branżowe A professional organization is an or- Organizacja branżowa to organizacja ganization that provides information szkoląca andi education dostarczająca regarding informacje thermography dotyczących termografii poprzez through publications, training events, publikacje, spotkania szkoleniowe oraz and participation in local chapters. aktywność w lokalnych oddziałach. Zaleca Thermographers and technicians are się, aby wszyscy użytkownicy kamer oraz encouraged to join and participate in technicy aktywnie uczestniczyli w różnego various professional organizations. rodzaju organizacjach branżowych. Such membership helps individuals to Umożliwiają one swoim członkom maintain an awareness of the latest in pozyskanie bieżącej wiedzy na temat technology, trends, and changes in the nowych rozwiązań technologicznych, industry. Participation in a professional tendencji zmian w przemyśle. Zapisanie się do takiej organizacji otwiera szereg nowych możliwości oraz wspomaga zdobywanie wiedzy z zakresu termografii, a także najnowszych przyrządów i technik testowania/kontroli. 59 Standardsstandaryzujące Organizations Organizacje American Society for Nondestructive Testing (ASNT) 1711 Arlingate Lane PO Box 28518 Columbus, OH 43228 614-274-6003 www.asnt.org ASTM International (ASTM) 100 Barr Harbor Drive www.astm.org PO Box C700 West Conshohocken, PA 19428 610-832-9598 Canadian Standards Association (CSA) 5060 Spectrum Way Suite 100 Mississauga, ON L4W 5N6 www.csa.ca Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 1828 L Street NW Suite 1202 Washington, DC 20036 202-785-0017 www.ieee.org International Electrotechnical Commission (IEC) 3, rue de Varembe′ PO Box 131 CH-121 Geneva 20 Switzerland www.iec.ch International Organization for Standardization (ISO) 1, ch. de la Voie-Creuse www.iso.org Case postale 56 CH-1211 Geneva 20, Switzerland +41 22 749 01 11 National Fire Protection Association (NFPA) 1 Batterymarch Park Quincy, MA 02169 617-770-3000 www.nfpa.org Figure 9-1. Standards are accepted references or practices developed by industry professionals and are available through various organizations. Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles 10 INNE TECHNOLOGIE POWIĄZANE INTRODUCTION TO INFRARED THERMOGRAPHY AND THERMAL IMAGERS o analizowania i rozwiązywania problemów urządzeń przemysłowych D T i komercyjnych, oprócz termografii, stosuje się także inne technologie i metody. Metody te obejmują kontrolebased wizualne oraz słuchowe, analizy elektroniczne, hermal imagers operate on infrared thermography principles. A ultradźwiękowe, analizy drgańasi smaru oraz zużycia cząstek. Mogą być wykonane thermal imager is used a cost-saving, and often money-making, test niezależnie w celu skorygowania nieprawidłowości lub wof uzupełnieniu do pomiarów tool for troubleshooting, maintenance and inspection electrical systems, kamerą termowizyjną i weryfikacji uzyskanych wyników. mechanical systems, and buildingto envelopes. Introduction Thermography principles KONTROLE WIZUALNE Infrared THermOgrapHy I SŁUCHOWE ELEKTRYCZNA theANALIZA standard for the thermal inspection Analiza elektryczna należy do metod analizy of countless applications. na podstawie monitorowania sprzętu Infrared thermography is the science of Kontrola wizualna i słuchowa to analizy elektrycznego w celu oceny jakości mocy using electronicoznak optical devices to detect widocznych nieprawidłowości elektrycznej dostarczanej do urządzenia oraz dźwięków generowanych w trakcie and measure radiation and correlating that HIsTOry Of Infrared oraz efektywności jego pracy (fot. 10–2). pracy urządzenia, przeprowadzane to surface temperature. Radiation is the TeCHnOlOgy Monitorowanie sprzętu elektrycznego wmovement celu wytypowania of heat thatczęści occurswymagającej as radiant umożliwia także pomiary minimalnych konserwacji lub naprawy (fot. 10–1). The derivation of “infrared” is “past red,” energy (electromagnetic waves) moves i maksymalnych wartości napięcia, różnic Kontrola wizualna i słuchowa to najprostsza referring to the place this wavelength without a direct medium of transfer. Modn additiondoraźnej to thermography, other related and methodsstrat for analysis napięć napięcia metoda konserwacji holds intechnology themiędzyfazowych, spectrum of electromagnetic ern infrared thermography is wykonywana performed are used to inspect and troubleshoot commercial and industrial equipment and oraz poziomów prądu. Na podstawie na terenie obiektu i niewymagająca żadnych radiation. The term “thermography” is de- tej by usingcomponents. electronic optical devices to deThese methods include visual and auditory inspection, electrical metody można ocenić jakość narzędzi lub przyrządów. Niestandardowa rived from root wordsrównież meaning “temperatect and measure and correlate it analysis,radiation ultrasonic analysis, vibration analysis, lubricating oildo analysis, and wear mocy dostarczanej czułego sprzętu praca urządzenia jest odnotowywana ture picture.” The roots of thermography to the surface temperature of the structure particle analysis. They can be used alone to troubleshoot equipment or following a wymagana praca konserwacyjna zostaje canelektronicznego. credited the German astronomer or razu equipment being inspected. the use of thermal imagers to verify thebe test resultstoobtained. od zaplanowana. Sir William Herschel who, in 1800, peralways been able tobyć Humans Kontrola have wizualna może Fot. 10–1. Technicy experiments with konserwacji sunlight. rutynowo detect infrared The nerve formed stosowana jako radiation. metoda uzupełniająca, sprawdzają wygląd oraz dźwięki generowane przez endings in human skin can respond urządzenia, stosując kontrole wizualne i słuchowe np. przy testowaniu penetranta vIsual and audITOry Visual And Auditory Inspection to temperature differences as little as wnikającego w celu lokalizacji drobnych Kontrola wizualna i słuchowa InspeCTIOn ±0.009°C (0.005°F). przełomów powierzchniAlthough metali. exMetal jest dokładnie oczyszczany i pokrywany tremely sensitive, human nerve endings Visual and auditory inspection is the rozpylonym barwnikiem zbierającym się are poorly designed nondestructive analysis of thefor appearance of problems wthermal małychand przełomach lub wgłębieniach na to evaluation. sounds of operating equipment powierzchni. Następnie usuwa się nadmiar For example, if humansthat hadmay the need determineeven components barwnika dzięki czemu wykrywathat sięcan małe thermal maintenance capabilities of animals procedures or repair work pęknięcia lub wgłębienia pod powierzchnią. find warm-blooded prey Figure in the dark, performed. See 10-1. itVisual is probable that better heat detection and auditory inspection is the simplest tools would still be needed. Because PdM procedure performed in a facility of the residual heat humans and haverequires physical in de- ItAisthermal Figureimage 10-1. Maintenance technicians no limitations tools or equipment. transferred from a hand to the surface of routinely check the appearance and sounds tecting heat, mechanical and electronic most effective where a potential problem of operating by conducting wall can equipment be easily detected with devices is that are hypersensitive heat a painted obvious to the trained to maintenance visualimager. and auditory inspections. a thermal have been developed. These devices are chartechnician. Extraordinary operating acteristics are noted and the equipment is eleCTrICal analysIs scheduled for the required maintenance. 1 60 Visual inspection can be suppleElectrical analysis is a method of analysis OTHER RELATED TECHNOLOGIES I It can also assess the quality of power tems, and friction in bearings, as well as WSTĘP DO TERMOGRAFII being supplied to sensitive electronic many other equipment problems. equipment. Fot. 10–2. Monitorowanie urządzenia elektrycznego umożliwia ocenę jakości energii dostarczanej do urządzenia. Electrical Analysis Analiza elektryczna ANALIZAanalysIs DRGAŃ vIBraTIOn Analiza drgań polega na monitorowaniu Vibration is the monitoring drgańanalysis pojedynczej częściof maszyny individual component vibration characw celu określenia stanu urządzenia. Zużyte teristics to determine the condition of the awarie. części maszyn często powodują equipment. Worn parts frequently cause drgania Wytwarzają również wzmożone equipment failure. They also produce lub wyraźnie słyszalny szum. Analiza drgań increased vibration or noise that can be technik należy do najpowszechniejszych isolated. Vibration analysis is the most monitorowania stosowanych przy badaniu common form of monitoring technique maszyn z elementami obracającymi się. that is used on rotating equipment. ANALIZA SMARU luBrICaTIng OIl analysIs Analiza smaru stanowi jedną z technik Figure 10-2. Electrical analysis uses oil analysis is a predictive konserwacji doraźnej, polegającej na electrical Jednym monitoring z najpowszechniejszych equipment to Lubricating wykrywaniu obecności maintenance technique that detects the kwasu, zastosowań analizyof power elektrycznej evaluate the quality delivered jest zanieczyszczeń, lub zużytych presence of acid, dirt, fuel,paliwa or wear partisprawdzanie to equipment.pracy silników elektrycznych cząstek smaru sprawdzaniu tych cles in lubricating oil andoraz examines those oraz obwodów. Analiza obwodów One of the most common applications substancji w celu przewidzenia awarii. substances to predict equipment failure. silnika stanowi rodzaj analizy elektrycznej of electrical analysis is used for electric Lubricating Analizaoilsmaru jest czynnością analysis is performed on planowaną. a silników i obwodów przeprowadzanej motors and circuits. Motor circuit Próbka smaru z maszyny pobierana jest scheduled basis. A sample of oil is taken albo on-line (pod napięciem),analysis albo off(MCA) a type of electrical analysistestowe for fromwa celu ustalenia stanu the smaru oraz części machine to determine condiline (beziszasilania). Obie metody motors and circuits that can be conducted się.moving Próbki tion poruszających of the lubricant and parts.są zwykle umożliwiają wczesne wykrycie defektów on-line w (energized) or off-line układzie (de- Samples wysyłane do sent firmy się are usually to aspecjalizującej company lubeither awarii elektrycznym energized). Both testing methods provide w analizowaniu smaru. specializing in lubricating oil analysis. rozdzielczym silników, obwodów silników early detection of defects or faults in the oraz przenoszeniach napędu silnika. electrical distribution of motors, motor Wear parTICle analysIs ANALIZA ZUŻYCIA CZĄSTEK circuits, and motor drive trains. Analiza zużycia cząstek to weryfikacja WYKRYWANIE ULTRADŹWIĘKÓWWear particle analysis is the examination zużycia cząstek obecnych w smarze. W POWIETRZU of wear particles present in lubricating oil. aIrBOrne ulTrasOund Podczas gdy analiza smaru Wykrywanie ultradźwięków While lubricating oil analysis focuses onskupia się deTeCTIOn na ocenie jego stanu, ta polega w powietrzu jest metodą analizy sprzętu the condition of the lubricating oil,metoda wear na sprawdzaniu wielkości, ilości, kształtu wytwarzającego wzmożone dźwięki Airborne ultrasound detection is a method particle analysis concentrates on the size, oraz składu wytworzonych przez o of wysokiej częstotliwości w celu wykrycia equipment analysis that amplifies frequency, shape, cząstek and composition of zużywające się części. Monitorowanie ewentualnych nieprawidłowości. Czuły high-frequency sound to identify possible the particles produced from worn parts. detektor dźwiękowy te dźwięki, equipment problems.przetwarza A sensitive listening The zużycia equipmentcząstek conditionumożliwia is assessed oszacowanie by stanu urządzenia. pozostające pozawhich zakresem device convertszwykle these sounds, are monitoring wear particles. Standardowe Normal wear zużycie następuje, gdy części urządzenia słyszalności sygnały słyszalne przez normally outna of the range of hearing, to occurs as equipment parts are routinely wchodzą ze sobą w interakcje. Wzrost częstotliwości ludzi. mogąby wskazywać, signalsSygnały that can beteperceived humans. in contact with each other. An increase in oraz wielkości zużycia cząstek pośród rzeczy, na: niestandardowe These innych signals can indicate, among other the frequency and size of wear particles w smarze rozgrzanie się połączeń elektrycznych, things, the abnormal heating of electrical in thewskazuje lubricatingna oilzużycie indicatesczęści a wornlub partawarię. uchodzenie parysteam w układach connections,powietrza leaks in airi and sys- or predicts possible failure. instalacyjnych, a także tarcie łożysk, jak i na wiele innych usterek. 61 Introduction to Wprowadzenie do termografii Thermography principles INTRODUCTION TO INFRARED THERMOGRAPHY AND THERMAL IMAGERS T INDEKS A N hermal imagers operate based on infrared thermography principles. A Absorpcja, 21 Norma, 60 Agencjathermal Bezpieczeństwa Zdrowia Pracy O imager isi used as wa cost-saving, and often money-making, test (OSHA), 15 radiometryczny, 3 tool for troubleshooting, maintenance andObraz inspection of electrical systems, Amerykańskie Stowarzyszenie Testowania Organizacja branżowa, 61 mechanical systems, and building envelopes. Materiałów (ASTM), 15 Osoba wykwalifikowana, 14 Amerykańskie Towarzystwo Badań Nieniszczących P (ASNT), 13 standard 57 for the thermal inspection Infrared THermOgrapHy thePaleta, Analiza drgań, 63 zasada termodynamiki, 17 of Pierwsza countless applications. Analiza elektryczna, 62 Infrared thermography is the science of Pojemność cieplna, 18 Analiza obwodu silnika, 63 devices to detect using electronic optical Pole widzenia (FOV), 24 Analiza smaru, 63 Pomiar IFOV, 25 and measure radiation and correlating that HIsTOry Of Infrared Analiza zużycia cząstek, 63 Powłoka termiczna, 52 Dto surface temperature. Radiation is the Promieniowanie, 1 TeCHnOlOgy Dach o niskimof nachyleniu, movement heat that50 occurs as radiant Przewodnik, 18 Detektor FPA, 3 derivation of18“infrared” is “past red,” Przewodzenie, energy typu (electromagnetic waves) moves The Długofalowa kamera termowizyjna, 4 referring to the place this wavelength Okienko przepuszczające promienie podczerwieni, withoutpole a direct medium of transfer. ModDoraźne widzenia (IFOV), 25 45 in the spectrum of electromagnetic ern infrared thermography17is performed holds Druga zasada termodynamiki, R radiation. The term “thermography” is deEby using electronic optical devices to deRadiacja, 18 Emisja, 21 rived from root words Radiacja cieplna, 20 meaning “temperatect and measure radiation and correlate it Energia, 17 ture picture.” The roots of thermography Radiometria, 9 to the surface temperature20 of the structure Energia elektromagnetyczna, S be credited to the German astronomer can Gor equipment being inspected. Spektrum elektromagnetyczne, 20 William Herschel who, in 1800, perGradient termiczny, Humans have46always been able to SirStrzał łuku elektrycznego, 13 Granice zabezpieczenia przed błyskiem łuku experiments Sygnatura termiczna,with 8 sunlight. detect infrared radiation. The nerve formed elektrycznego, 14 Ślepota zmierzchowa, 15 I endings in human skin can respond T to temperature differences as little as Izolator, 18 Temperatura, 17 K±0.009°C (0.005°F). Although exTendencyjność termiczna, 55 Kamera termowizyjna, 3 Termodynamika, 17 tremely sensitive, human nerve endings Konserwacja doraźna, 10 Termografia ilościowa, 54 are poorly designed for nondestructive Konserwacja okresowa, 9 Termografia jakościowa, 54 thermallinii evaluation. Kontrola bazowej, 47 Termografia porównawcza, 54 Kontrola termicznych, 48 For trendów example, even if humans had the Termografia w podczerwieni, 1 Kontrola wizualna i słuchowa, 62 Termogram, 5 thermal capabilities of animals that can Konwekcja, 18 Transmisja, 21 find warm-blooded prey in the dark, it Krótkofalowa kamera termowizyna, 4 U Lis probable that better heat detection Ultradźwięki w powietrzu, 45 Łuk elektryczny, tools would 13 still be needed. Because W M thermaltermiczny, image of 43 the residual heat humans have physical limitations in de- A Wyjątek Mierzony obiekt, 4 Z transferred from a hand to the surface of tecting heat, mechanical and electronic Międzynarodowa Organizacja Normalizująca Zasoby on–line, a painted wall can61be easily detected with devices (ISO), 13 that are hypersensitive to heat Mikron (μm), 4 have been developed. These devices are a thermal imager. 1 62