TERMOGRAFIE

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV

Facultatea de Inginerie Electrica si Stiinta Calculatoarelor

Tema : TERMOGRAFIE

Cuprins

1Generalitati

2Aplicatii ale termografiei.

3Aparatul utilizat Mobir M4

4Diagnosticarea starii instalatilor utilizand termografia

5Comentarii-recomandari..

6Bibliografie..

3.Termografia este disciplina care studiaza masurarea de la distanta a temperaturii suprafetelor corpurilor. Toate corpurile au o imagine termica, regiunile "calde" si cele "reci" ale acestora emitand radiatii in infrarosu, determinata de traductoare specializate.Sursa primara a radiatiei IR este caldura corpurilor Pentru instrumentele de masura in infrarosu, cele mai utilizate intervale de lungimi de unda sunt 2-5 m si 7-12 m adica intre culoarea optica rosu si microundele. Pentru realizarea activitatii de scanare termica se utilizeaza echipamente specializate numite camere de termoviziune/termografie, asemanatoare ca dimensiuni si aspect cu binecunoscutele camere video din viata cotidiana. De foarte mult timp se cunoaste ca orice corp cu temperatura mai mare de 0K (-273,15OC) emite energie in infrarosu. Pare surprinzator dar chiar si un ghetar vesnic din tinuturile antarctice emite radiatie infrarosie. Desi ochii sunt incapabili sa vada in afara spectrului vizibil, nervii din epiderma permit organismului nostru sa simta aceasta radiatie sub forma de caldura.
Termoviziunea este o metoda non-distructiva si non-contact utila pentru depistarea defectelor in timpul operarii sistemelor industriale fara intreruperea procesului tehnologic.Legile pe care se bazeaza termografia sunt Legea lui Planck, care a introdus ipoteza cuantelor de energie si a stabilit pentru densitatea spectrala a emitantei unui corp o formula care a verificat datele experimentale in toata gama de frecvente, Legea Stefan - Boltzmann, care a stabilit legatura dintre emitanta energetica integrala a corpului si temperatura lui absoluta si Legea deplasarii Wien, care a stabilit legatura dintre temperatura corpului si lungimea de unda a maximului densitatii spectrale a emitantei. Nu trebuie omisa contributia exceptionala a lui Albert Einstein - asocierea cuantelor cu particule, numite fotoni, care se deplaseaza cu viteza luminii.
Puterea radianta sau fluxul energetic care pleaca de la corpul S este raportul dintre energia radianta E[J] la o unitate de timp t. =E/t [W]

Intensitatea radiatiei(radianta) este o marime fundamentala in intelegerea corecta a radiometriei; L' este un element de flux provenind de la un element de suprafata intr-o directie data, sub un unghi solid, intr-un interval de banda spectrala.

Din derivarea legii lui Planck in raport cu lungimea de unda , se obtine max, pentru care emisia radianta este maxima.

Aceasta ecuatie se numeste legea de deplasare Wien si se observa ca daca temperatura creste maximul energiei emise se deplaseaza catre lungimi de unda inferioare. Obiectele reale se disting de corpul negru, oricare ar fi temperatura si lungimea de unda.

Corpurile reale au propietati radiative descrise de patru factori:

- emisivitatea

- factorul de reflexie

- factorul de absorbtie

- factorul de transmisie

Termografia in infrarosu are un caracter pluridisciplinar implicand notiuni din:

- tehnica masurarii

- fizica radiatiilor

- optica

- termotehnica

- electrotehnica analogica si digitala

- prelucrare semnale electronice

- programare.

4.Termografia este utilizata de mult timp in industrie pentru monitorizarea regimurilor termice in instalatii si procese tehnologice:

- controlul periodic preventiv al instalatiilor electrice pentru identificarea punctelor calde generate de conexiuni de rezistenta mare, a impamantarilor necorespunzatoare, a circuitelor electrice cu circulatii anormale de puteri. Datele de exploatare arata o reducere de cel putin 10 ori a avariilor generate de contacte imperfecte.

- controlul echipamentelor mecanice si electrice rotative in asociere cu analiza vibratilor. Pot fii controlate cuplaje, rulmenti, statoare de motoare electrice,sisteme de ungere si racire.

- realizarea de bilante electrotermice.

Metoda poate fi utilizata in multiple aplicatii tehnice din domeniul industrial, cele mai vizate domenii fiind energetica, electrotehnica, electronica si microelectronica dar nu trebuie omise industria constructoare de masini, petroliera sau cea metalurgica / siderurgica.

Se stie ca orice imbinare electrica (prin strangere mecanica, lipire, sudura) in contact cu mediul ambiant este supusa la procese de oxidare si formare de saruri (carbonati, sulfati), straturi ce actioneaza ca o bariera in calea de curgere a curentului, rezultatul fiind o crestere a rezistentei sale electrice (si, implicit, incalzirea sa). La fel se petrec lucrurile si cu conexiunile electrice, contactele releelor si transformatoarelor, conectoarele, alte elemente electromecanice, etc

Necesitatea generarii de harti si imagini termice care sa poata fi interpretate in diverse domenii ale stiintei sau vietii cotidiene a condus la cresterea interesului unor firme in dezvoltarea de echipamente speciale care sa extinda campul vizual uman si in domeniul radiatiei infrarosii. Astfel, gratie noilor tehnologii, au fost fabricate camere de termoviziune si termografie care permit vizualizarea energiei IR radiate, transmise si reflectate de sistemele biologice sau tehnice, rezultatul final fiind vizualizarea temperaturii (temperaturilor) la nivelul obiectului masurat.

Domeniile principale de aplicabilitate ale acestei spectaculoase si extrem de eficiente tehnici de investigare sunt: metalurgie, siderurgie, energetica, electrotehnica, electronica/microelectronica, industria petroliera, industria constructoare de masini, industria lemnului, aeronautica, industria de aparare.

Elemente de influenta:- calificarea si experienta operatorului uman

- instrumentul radiometric

- procedurile de inspectie

- degradarea in timp a componentelor electrice urmeaza foarte rar o lege de variatie liniara

- conditiile de mediu: praf, vibratii, vant, sarcini ciclice

- tranzitia de la aprecierea calitativa a termografiei la aprecierea cantitativa este o problema extrem de delicata

- cresterea temperaturii ambiante creste si frecventa incidentelor

- fara informatii despre sarcina vehiculata in momentul masurarii si predictia evoluarii acestuia, termograma isi pierde din informatie deoarece energia termica emisa la locul defectului variaza cu patratul sarcinii vehiculate prin acea cale de curent.

- instrumentul masoara radianta in infrarosu care, corectata, poate da o temperatura aparenta.

- rezistenta electrica si oxidarea contactelor depind de temperatura

- instrumentele termografice furnizeaza informatii numai despre temperatura de suprafata si nu despre maximul acestuia in zona afectata.

MENTANANTA PREDICTIVA A ECHIPAMENTELOR ELECTRONICE SI A INSTALATIILOR ELECTRICE CU SISTEME MODERNE DE TERMOVIZIUNE

Figura 1.

De cand radiatia in infrarosu a fost descoperita de William Herschel in anul 1800, este evident ca ceea ce vedem cu ochiul liber nu ne poate da nici o informatie clara referitoare la radiatia de caldura emisa de corpuri, deoarece energia termica este emisa in spectrul infrarosu imperceptibil pentru ochiul uman. O data cu aparitia si dezvoltarea sistemelor electrice si electronice s-a pus din ce in ce mai mult problema unor inspectii predictive care sa previna anumite disfunctionalitati si sa identifice cauzele defectiunilor. Avand in vedere ca temperatura joaca un rol important in functionarea acestor sisteme, am ajuns in era actuala ca utilizarea tehnicii termografiei in infrarosu sa devina utila si in multe cazuri absolut necesara.

Ca principiu, sistemele de termoviziune utilizeaza contrastul termic pe care il prezinta obiectele supuse observarii (tinte) in raport cu mediul in care se afla (fundal), cand au o temperatura sau emisivitate ce difera de cea a mediului in cauza. Atmosfera poseda practic trei ferestre permeabile radiatiei in infrarosu, in domeniile spectrale 0.752mm; 35mm; 814mm. Primul domeniu este permeabil prin atmosfera, dar foarte putine obiecte emit in aceste lungimi de unda, ele trebuind sa fie, practic, incandescente. Fereastra de 35mm (care constituie, de altfel, si zona cu cea mai buna transmisie atmosferica dintre cele trei mentionate) este potrivita mai ales pentru detectarea si observarea obiectelor fierbinti (ex: motoare termice, tevi de esapament), iar aceea de 814mm pentru obiectele cu temperaturi aflate in jurul valorii de 200C (ex: cladiri, vegetatie, fiinte umane sau animale). Obiectele in miscare sau oamenii ofera un contrast termic mult mai bun in domeniul spectral 814mm, decat cel de 35mm. Echipamentele de termoviziune capteaza radiatiile termice emise de obiectele supuse observarii si de mediul pe care acestea sunt profilate, afisand pe un ecran imaginea lor, convertita in vizibil. Ce este mai important, pe langa imaginea captata, sistemele moderne de termoviziune ofera o analiza detaliata a hartii de temperaturi si cuantificarea energiei termice, furnizand astfel o informatie clara asupra problemelor aparute in urma supraincalzirilor si cat de grave sunt. Sistemele de termoviziune utilizate actual au ajuns la niste performante greu de imaginat chiar si in urma cu 10 ani. Acesta este rezultatul cercetarii asidue legate de sistemul optic, senzorul in infrarosu si sistemul de racire (pentru a se asigura o temperatura de referinta cat mai scazuta). Sistemele actuale de termoviziune in infrarosu, numite generic camere de termoviziune au formele si dimensiunile apropiate de camerele video uzuale si ca facilitate complementara chiar pot capta si reda si imagini in spectrul vizibil. Avantajele testarii cu sisteme moderne de termoviziune sunt urmatoarele:

permit masuratoarea de la distanta, fara contact;

testarea este nedistructiva pentru obiectele vizate si poate fi repetata de cate ori este necesar; asigura mentenanta predictiva a echipamentelor, defectele fiind depistate in faza incipienta, inainte de a produce pierderi cu costuri mari.
inspectia se realizeaza rapid, fara a scoate instalatia din functiune.

Domeniile unde termoviziunea are un rol din ce in ce mai important sunt tot mai multe si mai diversificate:

ˇ Energetica (testare instalatii, tablouri de distributie, celule de joasa, medie si inalta tensiune, sisteme de bare colectoare, turbine, generatoare, transformatoare, bobine de compensare, cabluri, izolatori, contactoare etc.):
ˇ Termoenergetica (detectare pierderi de agent termic, blocaje, izolatii deficitare si depuneri de reziduuri la conducte si rezervoare, verificarea etanseitatii vanelor):
- Electronica (depistarea zonelor de supraincalzire a circuitelor, testarea componentelor si a contactelor):
- Electromecanica (depistarea supraincalzirii bobinajelor cauzate de suprasarcina sau izolatie defectuoasa, blocaje sau functionare greoaie la elementele subansamblelor rotative gen lagare, rulmenti, axe, transmisii, cauzate de lubrifiere slaba, dezechilibrarea sistemelor in miscare etc.)
- Constructii (identificare surse de umezeala, detectare pierderi de caldura, izolatii slabe, testarea instalatiilor incalzire, de ventilatie si de aer conditionat, identificarea punctelor slabe ale structurilor, audituri energetice etc.):
- Alte domenii: militar, medicina, cercetare, biotehnologie

Practic termoviziunea se aplica oriunde temperatura ofera o informatie utila asupra functionalitatii, pe baza careia se poate realiza mentenanta predictiva.

Ca si instrumente performante va propunem camerele de termoviziune de la GUIDE INFRARED (MobIR M3, MobIR M4 si IR 928+), care intrunesc caracteristicile unor sisteme moderne de termoviziune (cu detector tip microbolometru):
ˇ Rezolutie optica 160 x 120 sau 320 x 240 pixeli fizici, fara integrare soft (rezolutia optica a unei imagini este data de numarul de pixeli ce o formeaza; cu cat numarul de pixeli este mai mare, cu atat se va obtine o imagine mai clara, din care putem extrage mai multa informatie; numarul de pixeli este dat de numarul de senzori ce constituie un cip FPA (Focal Plan Array); Unii producatori afiseaza rezolutii de tip 160 x 120 cu filtru de interpolare. Aceasta rezolutie este in realitate una mult mai slaba (masurarea se face pe rezolutia reala a detectorului), cresterea la 160 x 120 realizandu-se prin interpolare digitala cu metode software sau hardware. Imaginea reala este departe de cea obtinuta cu ajutorul unui senzor cu rezolutia fizica de 160 x 120 pixeli. In mod normal, rezolutia de 160 x 120 pixeli fizici acopera o mare parte a aplicatiilor de termoviziune, dar sub aceasta rezolutie imaginea si informatiile obtinute au caracter empiric, precizia de masurare scazand vizibil cu fiecare pixel (imaginea capata aspect de mozaic, deorece se realizeaza un "zoom" digital, nu unul real obtinut cu o lentila optica). In aplicatii speciale (mentenanta cladiri, supraveghere, monitorizare continua, medicina, inspectii la distanta, cercetare, biotehnologie) este necesara o rezolutie de 320 x 240 pixeli fizici (camera IR 928+).
ˇ Rata de scanare a imaginii in timp real 50 Hz; reprezinta frecventa cu care sunt afisate imaginile; este un parametru foarte important la masurarea obiectelor in miscare (sau daca operatorul este in miscare); de asemenea, rata de scanare are influenta asupra sensibilitatii termice (diferenta de temperatura minim detectabila intre doua puncte); cu cat rata de scanare este mai mare, cu atat sensibilitatea termica este mai buna si masuratorile sunt mai precise.
ˇ Sensibilitate termica foarte buna (0.12C la 30C / 50Hz la M3 si M4, respectiv 0.08C la 30C / 50Hz la IR 928+), aceasta practic este diferenta de temperatura minima detectabila intre doua puncte din imagine captata.
ˇ Aditional la spotul fix (central) camerele GUIDE INFRARED dispun si de spot deplasabil direct pe ecranul camerei (ofera posibilitatea de analiza sumara direct in teren, fara a conecta camera la calculator). Camera IR 928+ dispune de 4 spoturi deplasabile, fiind posibil de definit 4 arii de interes.
ˇ Posibilitate de a face analiza termica statistica direct pe camera permitand afisare minim / maxim / medie / izoterm / profil linie / auto-alarma.
ˇ 8 palete de culori, caracteristica importanta pentru distingere cu acuratete a detaliilor termice si pentru definirea profilelor termice (modelele din aceeasi clasa ofera doar 3 palete de culori).
ˇ Ecran LCD TFT color de inalta rezolutie (afisare in spectru infrarosu si in spectru vizibil color cu rezolutie de 640 x 480 - pentru a vedea si in clar obiectul vizat). Memorarea se face simultan, in infrarosu si in vizibil. La modelul IR 928+ ecranul este extins la 4' si este detasabil, oferind o mobilitate sporita.
ˇ Memorie interna de pana la 600 de imagini la modelul MobIR M4 (modelele din aceeasi clasa au memorie interna pentru doar 100 de imagini).
ˇ Posibilitate de adnotari vocale atasate pentru fiecare imagine captata, in care operatorul poate specifica data, ora, locul si obiectul vizat, precum si alte informatii utile (180 sec. / fisier).
ˇ Designul camerelor M3 si M4 este foarte ergonomic, fiind de forma unui telefon mobil cu clapeta de protectie (sunt dotate si cu toc de piele pentru transport la centura), usor de manevrat si de operat cu ele.
ˇ Posibilitate dotare cu trepied pentru exactitate ridicata a captarii imaginilor sau montare pe suport mobil pentru aplicatiile cu monitoarizare continua.
ˇ Interfata USB si iesire video pentru afisare pe un monitor. Modelul IR 928+ ofera posibilitatea de monitorizare video live la o distanta de pana la 750 m.
ˇ Software de analiza si raportare performant, transfer si prelucrare imagini termice, cuantificarea radiatiei de caldura, vizualizarea temperaturii fiecarui pixel afisat, comparatii cu imagini captate anterior, profile termice etc.

 Separator : Contact defectuos intre brat si portcutit

 Intreruptor : contact defectuos intre borna si clema de record

 Transformator : contact defectuos intre borna si bara

Transformator de curent: contact defectuos intre borna si clema de record

Izolator de trecere : contact defectuos intre clema de racord si conductorul funie

 Bobina de reactanta : contact defectuos intre borna si bara

 Condensator : contact defectuos intre borna si conductor

Bare colectoare: contacte defecte in clemele de legatura electrica

Siguranta automata : defect interior