Большинство проблем любой техники может быть найдено путем определения наиболее нагретых или охлажденных участков оборудования. Однако получить температурную картину большого множества точек исследуемого объекта обычными термометрами или пирометрами затруднительно, а подчас и невозможно. Для построения полной картины нагрева/охлаждения были разработаны специальные приборы – тепловизоры.
Принцип работы тепловизора довольно прост – он визуализирует невидимое глазу инфракрасное длинноволновое излучение (8-14 мкм) поверхности, которое прямо пропорционально степени нагретости или охлажденности объекта. Это позволяет дистанционно, по величине излученного инфракрасного излучения строить термограммы – визуально распознаваемые картины теплового распределения по поверхности.
Инфракрасное излучение, генерируемое объектом, через фокусирующую линзу попадает на матрицу, находящуюся в фокусе линзы. Матрица формирует образы объектов, пропорционально степени их нагрева. Обычно в современных тепловизорах применяется микроболометрическая матрица, состоящая из множества микроболометров – резисторов, сопротивление которых пропорционально величине воздействующего на них ИК-излучения. Чем больше количество микроболометров в матрице, тем четче получаемое изображение, но и, соответственно, сложнее прибор и выше цена. Самые простейшие тепловизоры, например FLIR i3, имеют матрицы размерами 60 х 60 элементов = 3600 пикселей, что безусловно меньше матриц современных любительских фотоаппаратов, однако вполне достаточно для целей технической диагностики. Более дорогие тепловизоры могут иметь матрицы объемом 60 000 пикселей и больше.
Затем полученный образ передается в блок электронной обработки изображения, который преобразует температурную картину в стандартное видеоизображение, при этом возможна обработка изображения в цвете, т. е. объекты, имеющие разную температуру c отличием даже на 0,1 градуса, будут отображаться на дисплее различными цветами и оттенками.
Немного о рентабельности
Распространено мнение, что тепловизоры имеют неоправданно высокую цену. Отчасти это так – самый простейший тепловизор, например Flir i3, может стоить 495 000 тенге, а иные модели с более высоким разрешением и дополнительными функциями могут иметь стоимость в 3-5, а то и в 10 раз большую. Связано это, прежде всего, с тем, что вся оптика не может быть изготовлена из стекла, потому что оно не пропускает инфракрасные лучи. Все оптические устройства изготовлены из чистого оптического германия, цена на который – не менее 2000 долларов США за кг. Кроме того, микроболометрическая матрица достаточно сложна, трудоемка в изготовлении и дорога.
Однако, если рассмотреть цену тепловизоров в аспекте исполняемых функций, их применение окупается менее чем через год вследствие экономии рабочего времени, энергосбережения. А в случае, например, предотвращения выхода из строя высоковольтного трансформатора, сильноточного выключателя, подшипника генератора, пожара из-за замыкания проводки, то и быстрее.
Примеры использования тепловизоров
В энергетике – диагностика электрических соединений, перегрев контактов, проверка шин и кабелей на перегрузку, перегрев трансформаторов, неисправности систем охлаждения электромашин, утечки тока и дефекты изоляции, скрытые дефекты высоковольтных изоляторов, а также все неисправности, приводящие к малейшему (от 0,1 градуса) отличию температуры дефектных узлов от исправных. Что особенно важно при контроле и диагностике устройств электроэнергетики – контроль оборудования производится под напряжением без отключения устройств. В то же время благодаря дистанционности тепловизионный контроль позволяет соблюдать меры безопасности и защиты от поражения электрическим током, невыполнимые для других способов диагностики под напряжением.
В строительстве – дефектовка отопительных приборов по неравномерности нагрева, поиск мест нарушения изоляции трубопроводов, поиск мест повышенных теплопотерь в зданиях вследствие нарушения теплоизоляции и плохого монтажа, оценка теплоизоляции как по холоду, так и по теплу, поиск мест утечки тепла и подсоса холода.
В машиностроении и промышленности – поиск дефектных вращающихся и движущихся узлов, тестирование подшипников, тестирование проскальзывания ременных передач, неисправности дымоходов, тестирование холодильных и нагревательных камер, контроль технологических процессов, связанных с термической обработкой, поиск дефектов трубопроводов.
Применение тепловидения в других отраслях промышленности
В сельском хозяйстве – тестирование теплиц, осмотр животных на предмет ранней диагностики заболеваний, выявление больных животных в крупном стаде.
В здравоохранении – выявление лиц с повышенной температурой и признаками заболеваний в аэропортах, на вокзалах и т. д.
В электронике – выявление дефектов печатных плат, перегревающихся элементов аппаратуры, плохих и дефектных контактов, тестирование систем охлаждения электронных устройств на эффективность и равномерность.
В автосервисе – определение дефектных подшипников, тестирование системы обогрева и кондиционирования, тестирование обогрева стекол и зеркал, выбраковка радиаторов, поиск дефектов электропроводки.
Заключение
Ввиду моментальности, безопасности, простоты и наглядности тепловизионной диагностики применение тепловизоров в промышленности дает ощутимый эффект как с точки зрения предотвращения аварий и пожаров, так и с точки зрения анализа и повышения энергоэффективности и энергосбережения.
