Лекция 8. Принципы получения термографического изображения. Тепловизоры и их назначение.
8.1. Принципы получения термографического изображения.
Термография – это метод контроля состояния электрической и механической аппаратуры, на основе получения и анализа теплового изображение аппаратуры. Этот метод контроли базируется на факте, что большинство элементов установок проявляют увеличение своей температуры при неисправной работе. Увеличение температуры в объекте может быть результатом возникшего дефекта в аппаратуре. Наблюдая зоны высокой температуры в элементах функционирующей системы, можно оценить серьезность возникших дефектов.
Физические основы получения термографического изображения состоят в следующем. Все предметы в нагретом состоянии излучают электромагнитную энергию. На рис. 8.1 представлен типичный спектр всех видов электромагнитного излучения, которые различаются длинами волн.
Рис. 8.1. Типичный спектр всех видов электромагнитного излучения
Человеческий глаз реагирует на видимый свет в диапазоне электромагнитного спектра 0,4 – 0,75 микрон. Большая часть инфракрасных температурных измерений производится в диапазоне 0,2 - 20 микрон.
Количество излучаемой энергии связано с температурой объекта. Для большинства промышленных применений эта энергия излучается в диапазоне инфракрасных длин волн, который используется, чтобы определить температуру объекта. На рис. 8.2 показано распределение энергии, излучаемой объектом при различных температурах. Чем выше температура объекта, тем выше пиковый энергетический уровень. Длина волны, у которой наблюдается пик энергии становится короче при увеличении температуры. При низких температурах пик энергии - в диапазоне длинных длин волн.
Рис. 8.2. Распределение энергии, излучаемой объектом при различных температурах.
Инфракрасное излучение как любое электромагнитное излучение может отражаться, проходить, поглощаться или испускаться. На рис. 8.3 показана типичная картина преобразования энергии инфракрасного излучения.
Рис.8.3 Типичная картина преобразования энергии инфракрасного излучения.
Количество энергии, излучаемой от объекта зависит от его температуры и его коэффициенте излучения. Объект, который имеет способность излучать максимально возможную энергию данной температуры известен как абсолютно черное тело.
Коэффициент излучения объекта - соотношение излучаемой им энергии, к той энергии, которую объект излучал бы, если он был бы абсолютно черным телом.
Для непрозрачного объекта коэффициент излучения + отражательная способность = 1.0 следовательно, очень рефлексивный материал – это неполный излучатель инфракрасной энергии, поэтому он будет иметь низкое значение коэффициента излучения. Для многих материалов существуют таблицы значений коэффициентов излучения. Хотя таблицы значений коэффициентов излучения могут быть полезными для того, чтобы понять, как будет вести себя материал, в действительности при попытке учесть коэффициент излучения большинства поверхностей с низким коэффициентом излучения, ошибки могут быть недопустимо большими. Температуры неокрашенных и неокисленных металлов трудно определить на тепловом изображении, поскольку они слабо испускают и сильно отражают излучение.
Таблица 8.1 Типичные коэффициенты излучения материалов
|
Материал |
Коэффициент излучения |
|
Сталь полированная Сталь оксидированная |
0,18 0,85 |
|
Медь полированная Медь оксидированная |
0,10 0,61 |
|
Алюминий полированный Алюминий оксидированный |
0,05 0,30 |
|
Бетон |
0,90 |
|
Асфальт |
0,90 |
|
Красный кирпич |
0,93 |
|
Графит |
0,85 |
|
Ткань |
0,85 |
Поверхности с низким коэффициентом излучения необходимо каким-то образом изменить, например, с помощью изоленты или краски, чтобы повысить их коэффициент излучения. Это сделает как интерпретацию, так и измерения точными и подходящими для практических задач.