Sb95852
.pdfгде у – толщина утеплителя, м; у – теплопроводность утеплителя, Вт/ (м∙К); Rн.у – сопротивление теплопередаче стены до утепления, (м2∙К)/Вт.
Rн.у ст
ст ,
где ст – толщина, а ст – теплопроводность существующей стены. Выведем теперь формулу для вычисления толщины слоя утеплителя:
Rу ст 
ст у 
у Rу ст 
ст у
у ;
у у Rу ст 
ст .
Врядеслучаевпроведениемреконструкциинаружныхстенпредусматривается устранение их промерзания. Расчеты при этом усложняются, потому что сложно или невозможно определить фактическое сопротивление теплопередаче Rн.у промерзающей стены (до ее утепления). В таких случаях допуска-
ется (в соответствии с СНиП) принимать Rн.у на 30 % меньше величины, по-
лучаемой в результате аналогичного теплотехнического расчета для непромерзающей конструкции. Тогда получим:
у у Rу 0.7 ст 
ст .
Всоответствии с новыми требованиями СНиП, сопротивление теплопе-
редаче стены для города Санкт-Петербург должно быть равным 3 м2∙К/Вт.
Пример расчета затрат на компенсацию теплопотерь
Исходные данные:
1)температура воздуха в помещении – 18 ºС;
2)средняятемпературанаружноговоздухавтечениеотопительногопери-
ода − –17 ºС;
3)отопительный сезон − 220 дней;
4)стоимость тепловой энергии – 1300 р./Гкал;
5)толщина стены – 0.35 м;
6)теплопроводность материала стены – 0.2 Вт/(м·К);
7)толщина утеплителя – 0.075 м;
8)теплопроводность утеплителя – 0.041 Вт/(м·К);
9)промерзающая стена (до ее утепления) − да.
21
1. Сопротивление теплопередаче стены ((м2·К)/Вт) до ее утепления:
Rн.у ст 
ст 0.7 0.35
0.2 1.225.
2. Сопротивление теплопередаче стены ((м2·К)/Вт) после ее утепления:
Rу Rн.у у 
у 1.225 0.075
0.041 3.05.
Таблица 4.2
Варианты заданий по экономическому расчету затрат на компенсацию теплопотерь
|
|
Средняя температура наружного воздуха в течение отопительного периода |
|
|
Сопротивление теплопередаче стены после ее утепления, 2 К/В |
|
Теплопроводность утеплителя, Вт/(м∙К) |
К/Вт |
|
Теплопроводность материала существующей стены, Вт/(м∙К) |
|
|
|
|
|
|
∙ |
|
|
||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||
Номер варианта |
Температуравоздуха в помещении |
Отопительный сезондней, |
Стоимостьтепловой энергии, р./Гкал |
Толщинаутеплителям, |
Сопротивлениетеплопередаче стены до утепления м |
Толщинасуществующей стены, м |
Промерзающаястена (до ее утепления) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
16 |
–5 |
200 |
1500. |
3 |
– |
– |
1.7 |
– |
– |
да |
2 |
16 |
–10 |
218 |
1500. |
3 |
– |
– |
– |
0.4 |
0.23 |
нет |
3 |
17 |
–10 |
217 |
1500. |
3 |
– |
– |
1.7 |
– |
– |
нет |
4 |
17 |
–5 |
198 |
1500. |
3 |
– |
– |
– |
0.3 |
0.23 |
да |
5 |
18 |
–5 |
196 |
1500. |
3 |
– |
– |
1.7 |
– |
– |
да |
6 |
18 |
–10 |
219 |
1500. |
3 |
– |
– |
– |
0.5 |
0.23 |
нет |
7 |
18 |
–15 |
240 |
1550. |
3 |
– |
– |
1.7 |
– |
– |
нет |
8 |
19 |
–10 |
220 |
1500. |
3 |
– |
– |
– |
1.0 |
0.78 |
да |
9 |
19 |
–5 |
199 |
1500. |
3 |
– |
– |
1.7 |
– |
– |
да |
10 |
20 |
–5 |
201 |
1500. |
3 |
– |
– |
– |
1.0 |
0.78 |
нет |
11 |
20 |
–10 |
216 |
1500. |
– |
0.060 |
0.041 |
1.7 |
– |
– |
нет |
12 |
19 |
–15 |
241 |
1550. |
– |
0.075 |
0.059 |
– |
0.5 |
0.23 |
да |
13 |
19 |
–20 |
252 |
1600. |
– |
0.110 |
0.084 |
1.7 |
– |
– |
да |
14 |
18 |
–20 |
251 |
1600. |
– |
0.150 |
0.084 |
– |
0.4 |
0.23 |
нет |
15 |
18 |
–25 |
256 |
1600. |
– |
0.080 |
0.059 |
1.7 |
– |
– |
нет |
16 |
18 |
0 |
180 |
1550. |
– |
0.055 |
0.041 |
– |
0.3 |
0.23 |
да |
17 |
17 |
–15 |
242 |
1550. |
– |
0.065 |
0.041 |
1.7 |
– |
– |
да |
18 |
17 |
–20 |
250 |
1600. |
– |
0.090 |
0.059 |
– |
0.25 |
0.23 |
нет |
3.Текущие затраты на компенсацию теплопотерь через стену (при теплоснабжении от ТЭЦ) после утепления стены (р./м2):
T1.08(tв tср.от)nот10 6 cтец
Rу
1.08(18 ( 17)) 220 24 10 6 1300
3.05 60.7.
22
Практическое занятие 5
ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ, КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛОВИЗОРА VARIOSCAN 3012 И ПРИОБРЕТЕНИЕ НАВЫКОВ РАБОТЫ С НИМ
Цель работы. Изучение схемы и характеристик тепловизора VARIOSCAN 3012 и приобретение навыков работы с ним.
5.1. Общие сведения
Любое нагретое тело испускает поток инфракрасного излучения. Одной из характерных особенностей такого излучения является то, что оно меньше, чем видимый свет, поглощается и рассеивается мутными средами. Многие вещества, непрозрачные для видимого света, прозрачны для инфракрасных лучей. Вследствиетогочтотелавокругнаснагретынеравномерно, складывается некаякартинараспределенияинфракрасногоизлучения. Фиксированиетемпературной разницы объект−фон и преобразование полученной информации в изображение, видимое глазом, осуществляется с помощью тепловизоров.
Основные рабочие диапазоны тепловизионной аппаратуры охватывают области длин волн 8…14 мкм (область далекого инфракрасного излучения) и 3…5.5 мкм (область среднего инфракрасного излучения). Именно в этих областях приземные слои атмосферы прозрачны для инфракрасного излучения, а излучательная способность наблюдаемых объектов с температурой -50…+50 0С максимальна. Таким образом, тепловизионные приборы способны обеспечивать большую дальность видения в любое время суток даже при несколько пониженной прозрачности атмосферы (тумане, дожде, снегопаде, пыли, дыме).
Тепловизор представляет собой оптико-электронную систему для получения видимого изображения объектов, испускающих невидимое тепловое (инфракрасное) излучение. Упрощенно принцип работы тепловизора таков: инфракрасное излучение через особую, прозрачную для инфракрасных волн оптику из кремния или германия попадает на матрицу фотоприемников, откуда сигнал подается на мультиплексоры фотоприемного устройства, а затем, после аналоговойи цифровойкоррекции полученных сигналов, сформированное изображение распределения тепловых полей по поверхности объекта выводится на дисплей. Изображение на матрице получают построчно с по-
23
мощью системы сканирования, состоящей из горизонтального и вертикальногосканеров. Вертикальныйсканерперемещаеттепловуюточкусострокина строку, а горизонтальный − вдоль строки. В результате получается растровое изображение. Чувствительность детектора к тепловому излучению тем выше, чемнижеегособственнаятемпература, поэтомуматрицуфоточувствительных элементов охлаждает микрокомпрессорная система либо используется термостабилизация при помощи термоэлектрической системы.
Термограммы являются основой для анализа информации о тепловом состоянии объекта. Наличие тепловых неоднородностей характеризуется изменением температуры на части поверхности объекта по сравнению с другими его участками. Таким образом, неразрушающий метод измерений – тепловой неразрушающий контроль – дает возможность оперативно проводить натурные обследования объекта.
Способность тепловизоров видеть собственное тепловое излучение объектовпородилоогромныйспектрпримененияэтихприборов: медицинскаядиагностика; диагностика утечек тепла; диагностика состояний электрических сетей, электроитепломеханическогооборудования; контрольтепловогополя объекта в различных технологических процессах; тепловизионные прицелы в военной технике.
5.2. Описание тепловизора VARIOSCAN 3012
Упрощенная структурная схема тепловизора VARIOSCAN 3012 приведена на рис. 5.1 (здесь 1 – окно; 2 – LCD-дисплей; 3 – вертикальный сканер; 4 – горизонтальный сканер; 5 – асферическая линза; 6 – сменные фильтры; 7 – прерыватель; 8 – детектор; 9 – компьютер).
Тепловизор VARIOSCAN 3012 работает в диапазоне длин волн 2… 5 мкм. Горизонтальный сканер сканирует объект с разрешением 300 точек в линии с частотой 135 Гц. Этот сканер работает как резонансный осциллятор, приводимый в движение двигателем постоянного тока. Вертикальный сканер строит изображение объекта из 200 индивидуальных линий и обновляет изображение с частотой 1.25 Гц. Возможно использование режима построения изображения из 100 или 50 линий. Информация об инфракрасном излучении объекта передается от сканера к детектору через асферическую линзу, позволяющую проводить фокусировку камеры на объект с расстояния от 0.2 м до бесконечности.
24
2
3 |
4 |
5 6 7 |
8 |
9 |
1 
Рис. 5.1. Структурная схема тепловизора VARIOSCAN 3012
После каждого получения изображения объекта в оптическую часть тепловизора передвигается прерыватель, где термопарой измеряется его температура. Таким образом, сравнивая интенсивности излучения объекта и температуры прерывателя, возможно непрерывно измерять температуру объекта.
Между оптикой и детектором расположен также набор оптических фильтров, позволяющихпроводитьизмеренияпривысокихтемпературахобъекта.
Матрица инфракрасных детекторов охлаждается при помощи трехступенчатой системы термоэлектрического охлаждения.
Выходной электрический сигнал от детектора усиливается, оцифровывается и передается для последующей обработки в компьютер.
Технические характеристики тепловизора VARIOSCAN 3012
Диапазон длин волн, мкм................................................. |
|
2…5 |
Разрешение (при температуре объекта 30 С), К |
.......... 0.12 |
|
Диапазон измеряемых температур, С................ |
–10…+1200 |
|
Абсолютная погрешность, К............................................. |
|
1.5 |
Поле видения горизонталь x вертикаль, .................... |
|
30x20 |
Количество точек в линии сканирования......................... |
|
300 |
Количество линий в образе объекта.................... |
200; 100; 50 |
|
Фокусное расстояние, м............................................... |
|
0.2… |
Аналого-цифровое преобразование, бит............................ |
|
16 |
Питание (постоянный ток), В.............................................. |
|
12 |
25 |
|
|
5.3. Знакомство с меню VARIOSCAN 3012
Для того чтобы начать знакомиться с меню тепловизора VARIOSCAN 3012, необходимо подготовить тепловизор к работе. Для этого:
1.Подключите тепловизор к источнику питания.
2.Переведите выключатель в положение «ON» (Вкл.). Проверьте, загорелся ли красный светодиод, расположенный под дисплеем (слева от клавиатуры). Втечение15 скамерабудетпроводитьинициализацию, восстанавливая заводские настройки. При этом ее дисплей не будет светиться.
Вконце инициализации камера переходит в режим записи, сопровождающийся появлением на дисплее главного меню и тепловой картины (термограммы) объекта. Под дисплеем камеры расположена клавиатура, состоящая издвухрядовпошестькнопок. Функциональное назначениекнопокпредставлено в нижней части дисплея (рис. 5.2, где 1 – фокусировка; 2 – установка масштаба изображения; 3 и 4 – установка температурного диапазона шкалы тем-
ператур; 5 – выбор цветовой палитры; 6 – вход в меню изотерм; 7 – вход в режим фиксации и меню настроек камеры; 8 – вход в меню температурных изменений).
40
30
20
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 7 |
8 |
Шкала
температуры
Рис. 5.2. Вид дисплея камеры в режиме записи
Фокусировка. Кнопками фокусировки (кнопки 1 в режиме записи) можно сфокусировать камеру на объекте. При однократном нажатии на кнопку фокус (расстояние до объекта) изменяется на одно значение (верхняя кнопка увеличивает фокус, а нижняя – уменьшает). При этом каждое нажатие кнопки прерывает процесс захвата текущего изображения. Результат фокусировки становится видимым на дисплее через 1 с после отпускания кнопки.
26
При двойном нажатии на любую кнопку фокусировки появляется окно |
||||
для прямого ввода расстояния до объекта исследования. Функциональное |
||||
назначение клавиатуры при этом изменяется (рис. 5.3). Система принимает |
||||
ввод расстояний в диапазоне 0.2…99.0 м. Для ввода используются кнопки |
||||
0...9, десятичная точка и кнопка Enter. После того как расстояние введено, |
||||
нажмите кнопку Enter, чтобы подтвердить ввод данных. |
|
|
||
Врежимеавтофокусировки(см. режимфиксации, автофункции), двойное |
||||
нажатиенакнопкуфокусировкизапускаетфунк- |
dist. [m] : |
0.45 |
40 |
|
цию «автофокусировка». В этом режиме камера |
||||
|
||||
автоматически фокусируется на объекте в цен- |
_ |
|
|
|
|
|
|
||
тре изображения, используя определенный алго- |
|
|
30 |
|
ритм. Автофокусировка осуществляется при- |
|
|
||
|
|
|
||
близительно за 8...10 с. |
|
|
|
|
|
Установка масштаба изображения. |
Эта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|||||||
функция служит для определения области про- |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Рис. 5.3. Окно ввода расстоя- |
|||||||||||||||
смотра. Возможные установки масштабов пока- |
||||||||||||||||
заны в табл. 5.1. |
|
|
|
|
|
|
ния до объекта |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Масштабный коэффициент |
0 |
|
1 |
|
|
|
2 |
3 |
|
4 |
|
5 |
|
||
|
Область просмотра (по горизонтали и |
30 20 |
|
21 14 |
|
15 10 |
11 7 |
|
8 5 |
|
5 4 |
|
||||
|
вертикали), … |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На рис. 5.4 показано, как зависит размер сканируемой области объекта от расстояния до объекта для масштабного коэффициента «0».
0.16 м 0.5 м |
5.2 м |
52 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.13 м |
|
0.4 м |
4.2 м |
|
|
42 м |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0.3 |
м |
1 м |
10 |
м |
100 м |
||||||||
Рис. 5.4. Отношения между областью просмотра и расстоянием до объекта
При нажатии верхней кнопки «Изменение масштаба» происходит переход к следующему более высокому масштабному коэффициенту. Двойное нажатие этой кнопки устанавливает 5-кратное увеличение масштаба. При
27
нажатии нижней кнопки «Изменение масштаба» активизируется следующий более низкий масштабный коэффициент. Двойное нажатие этой кнопки устанавливает 2-кратное увеличение масштаба.
Чтобы выключить активизированный фиксированный масштаб, дважды нажмите любую кнопку установки масштаба.
Установка температурного диапазона шкалы температур. Нажатие кнопок «контрастность» (3 в режиме записи) приводит к выбору ширины диапазона измеряемых температур Т, а нажатие кнопок «яркость» к выбору среднего значения измеряемой температуры Т. В итоге диапазон измеряемых температур будет Т – Т Т + Т.
Выбор цветовой палитры. Для термограммы возможно выбрать одну из пятицветовыхпалитрмногократнымнажатиемкнопкивыборапалитрыдотех пор, пока желаемая палитра не появится: 256, 32 или 16 цветов, 256 оттенков серого, нормальное или инверсное изображение.
Режим фиксации. Однократным нажатием на кнопку Esc в режиме записи запускается режим фиксации. При выполнении этой команды захват изображенияпрекращается. Дисплей приэтомпоказываетпоследнеезафиксированное изображение. В режиме фиксации функциональные назначения кнопок изменяются (рис. 5.5, где 1 – окно статуса (вывод информации о текущих значенияхтакихпараметров, какдата, время, выбранныйфиксированныйтемпературныйдиапазон измерений, коэффициент черноты, фокус, зарядаккумулятора (в вольтах для неизвестных аккумуляторов и в процентах для известных), внутренняя температура камеры (эта температура учитывается при вычислении температуры объекта), объем свободной памяти, количество сохраненныхизображений); 2 – автоматическийрежим(можно выбратьрежимы автоматического определения фокуса, температуры окружающего воздуха, температурного диапазона шкалы температур и режим автоматической записи изображений с определенным временным шагом); 3 – установка температур (указываетсяфиксированныйтемпературныйдиапазоншкалытемператур, коэффициент черноты, коэффициент поглощения, температура окружающего воздуха, температура соседних нагретых тел); 4 – настройки (указывается имя файлов с изображениями, комментарии к ним, выбор носителя данных (памяти), дата, время и др.); 5 – менеджер файлов; 6 – установки пользователя; 7
– текущее изображение; 8 – массив изображений; 9 – предыдущее изображение; 10 – следующееизображение; 11 – сохранитьизображение; 12 – вернуться в режим записи).
28
1 2 3 4 5 6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SET |
|
|
|
|
|
|
|
|
CAL |
[ ] |
|
<< |
>> |
|
|
|
|
|
|
|
|
Esc |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
7 |
|
8 |
|
|
|
|
9 |
10 |
11 |
|
|
12 |
||||||||||
Рис. 5.5. Функциональные кнопки в режиме фиксации
Менеджер файлов. Система управления файлами служит для обработки файлов сохраненных в памяти. Здесь функциональное назначение кнопок распределяется следующим образом (рис. 5.6): 1 – имя файла; 2 – выделить/отменить выделение (однократным нажатием кнопки выделяют или отменяют выделение текущего изображения для копирования; двойное нажатие – помечаются все изображения; тройное нажатие – отменяется выделение всех изображений); 3 – копировать; 4 – коллекция изображений; 5 – выбор памяти (нажмите эту кнопку, чтобы переключиться между картой памяти и внутренней памятью); 6 – выбранный тип памяти (при нажатие кнопки отображается количество сохраненных файлов и количество свободной памяти, при повторном нажатии окно статуса исчезнет); 7 – предыдущее изображение; 8 – следующее изображение; 9 – удалить изображение (нажатие этой кнопки открывает окно, показывая выбранную термограмму, если нужно удалить термограмму, ответьтенасоответствующийвопрос«Да» (Yes)); 10 – вернутьсяврежимфиксации.
|
|
1 |
|
2 |
3 |
4 |
|
|
60418000 [-] |
|
± |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
« |
» |
Del |
Esc |
|
|
|
||||
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Рис. 5.6. Функциональные кнопки менеджера файлов
Двойное нажатие кнопки ESC в режиме записи приводит к завершению работыскамерой. Приэтомпоявляетсяокносвопросом«close program/save config.». Если ответить «нет» (No), система возвратится в режим записи. Если ответить «ДА» (Yes), система сохраняет настройки во внутренней памяти и завершает работу камеры. Внимание! Пожалуйста, в течение этого процесса не нажимайте никаких кнопок!
29
5.4. Самостоятельные задания
Задание 1
1.Изучите конструкцию тепловизора VARIOSCAN 3012.
2.Получите у преподавателя файл с термограммой.
3.Запустите программу TermoView и откройте в ней термограмму для просмотра и редактирования. Догадайтесь, какой объект был исследован при помощи тепловизора.
4.Определите наиболее нагретые и холодные объекты на термограммах.
5.Постройте гистограммы температуры по вертикальной и горизонтальной линиям, проходящим через точку с максимальной температурой.
6.Постройте гистограммы температуры по вертикальной и горизонтальной линиям, проходящим через точку с минимальной температурой.
Задание 2
1.Установитетепловизорнаровнуютвердуюиустойчивуюповерхность. Наведите тепловизор на объект исследования (опыт 1 – на материнскую плату включенногоперсональногокомпьютера; опыт2 – наблокпитанияперсонального компьютера; опыт 3 – на электрический распределительный щит). Введите необходимые начальные установки. Сохраните изображение с термограммой на внешнюю карту памяти.
2.Перенесите файл с изображением на ноутбук. Запустите на ноутбуке программу для работы с термограммами TermoView.
3.Определите наиболее нагретые элементы для каждого объекта исследования (опыта), а также температуры этих объектов.
4.Нарисуйте эскизы исследуемых объектов для каждого опыта с указанием нагретых элементов и их температуры.
30