زیاد طول کشیده است؟ صفحه بارگذاری را ببندید.

نحوه کار دوربين ترموگرافی چگونه است؟

0

دوربین ترموویژن یک دماسنج غیرتماسی است و  با نام‌های مختلفی از جمله دوربین حرارتی مادون قرمز، آنالیز ترموگراف دار، ترموویژن، گرمانگار و  تصویربردار حرارتی نیز شناخته می شود.

یـک تصویـر مـادون قرمـز از ثبت اثر امواج مادون قرمز منتشـر شـده از جسـم کـه بـا عبـور از میـدان دیـد دوربیـن و لنـز مخصـوص آن بـر روی سنسـور یـا فیلـم مـادون قرمـز منتقـل میشـود، بـه وجـود میآیـد.

کل تابـش کـه از لنز دوربیـن مـادون قرمـز عبـور میکنـد متشـکل از تابشهـای سـاطع شـده از خـود جسـم و تابـش منعکـس شـده از محیـط اطـراف اسـت.

به همیـن دلیل مـا بـه ضریـب تابـش (emissivity) صحیح و دمـای منعکس شـده ظاهری نیاز داریـم،

سـایر پارامترهـای مربـوط بـه هـوا را بـرای خوانـدن مقادیر دمـا انجام میدهیـم.

بسياری از دوربين های ترموگرافی تنظيم قابلیت اتوماتیک را دارند. به این قابلیت AGC گفته میشود.

با استفاده از اين امکان میتوانید به يك فوکوس و تنظيم خوب براي کانتراست و سطح دست یابید.

اما وضعیت اتوماتیک تصاویر استاندارد و بهينه ای را در بسياری از مواقع ايجاد نمی کند.

این وضعیت بخصوص در ترموگرافی بیرون ازساختمان مرسوم تر است.

دوربين های ترموگرافی نمیتوانند دمای اجسام را مستقیم اندازه گیری کنند بلکه تنها انرژی گرمايی تابش شده از سطح جسم را اندازه‌گيری کرده و به کمک آن دمای جسم  محاسبه میکنند.

براساس قانون پلانک، تابش فروسرخ(فارسی) یا infrared (انگلیسی) از همه اشیاء با دمای بالاتر از صفر مطلق به صورت طیف الکترومغناطیسی با طول موج ۹۰۰۰-۱۴۰۰۰ نانومتر یا ۹-۱۴ میکرومتر اتفاق می افتد. دوربین‌ ترموگرافی یا ترموویژن این تابش را دریافت کرده و تصویری سیاه و سفید تولید میکند. سپس دوربین ترموگرافی با کمک پردازش گر داخلی، این تصاویر را به تصویر رنگی تبدیل میکند. به این تصاویر دمانگاشت یا ترموگرام Thermogram میگویند. 

بنابراین اگر ضریب صدور ( ) تجهیز بالا باشد(مثلا ۰٫۹۵) عددی که دوربين ترموگرافی محاسبه میکند، بسيار به دمای حقیقی تجهیز نزديك است.

اما اگر ضریب صدور سطح تجهیز مورد اندازه گیری عدد کوچکی باشد(مثلا ۰٫۱۵) عددی که دوربين ترموگرافی برای دمای تجهیز محاسبه میکند،
بسيار به دمای پس‌زمينه تجهیز یعنی منابع منتشر کننده انرژی در محیط پيرامون نزديک است.

بنابراین تعیین تکلیف ضریب صدور دستگاه يکی از بزرگترین مشكلات محاسبه دما با دوربین ترموگرافی محسوب می‌شود.

آتش نشان‌ها به کمک دوربین ترموگرافی یا ترموویژن از محل دقیق آتش در میان انبوه دود و شعله مطلع می‌شوند.

آنالیـز ترموگرافـی مـادون قرمـز بـه دو روش کمـی و کیفـی طبقه‌بنـدی میشود.

آنالیـز کیفـی جسـتجوی ایـن نکتـه اسـت کـه آیـا توزیـع حرارتـی غیرطبیعـی بـر روی هـدف توسـط نقـاط نامتقارن یـا هر نقطـه داغتر/ سـردتر بـر اسـاس رابطـه توزیـع تابـش روی یـک منطقـه هـدف و پارامترهـای فیزیکـی و عملیاتـی وجـود دارد یـا خیـر، و بـر روی تهیـه یک تصویـر باکیفیت

(فوکـوس، سـطح، کنتراسـت و محـدودهی دمایی) متمرکز میشـود تـا بتواند با بررسـی دقیـق الگـوی حرارتـی تحلیل خـود را ارائـه کنـد.

آنالیز کمـی فعالیتی حسـاس اسـت کـه نیـاز بـه اسـتفاده از داده‌هـای عـددی ماننـد ضریـب صدور، مقـدار درجـه حـرارت و یـا دلتـای T دارد تـا تصمیـم بگیریـم کـه تا چـه اندازه ایـن عیـب میتوانـد جدی باشـد.

اصول کار دوربین ترموگرافی چیست ؟

با توجه به اینکه امواج مادون قرمز از شیشه بخوبی عبور نمیکنند، لنز این دوربینها از جنس ژرمانیوم، سیلیکون، سیلوناید روی و یا سایر عناصر خاص که خاصیت عبوری خوبی دارند ساخته میشود.

سنسور موجود در دوربین، انرژی تابشی را به جریانهای الکتریکی تبدیل میکند.

این جریانهای الکتریکی پس از عبور از مدارات تقویت کننده و سایر مدارات تنظیم و نمایش دهنده، تصویر ایجاد شده را بر روی نمایشگر ظاهر میسازد.

لنزهای واید و تله جهت گسترده‌تر یا جمع‌تر کردن میدان دید دوربین در تصویر برداری استفاده میشوند.

دوربین ترموگرافی چگونه کار میکند

 

در دوربین ترموگرافی ازهزاران سنسور استفاده شده است که هر یک از سنسورها دمای بخش کوچکی از میدان دید دوربین را اندازه‌گیری میکند.

سنسور یک تصویر سیاه و سفید از سوژه تهیه میکنند.

سپس دوربین بعد از قرائت دما با استفاده از تکنیک‌های کامپیوتری به هر دما رنگی را اختصاص میدهد.

بدین ترتیب به هر یک از خانه‌های جدول دمای، رنگی تخصیص میابد.

در نهایت جدول رنگها را به صفحه نمایش ارسال شده و آنچه ما در دوربین میبینیم در واقع یک جدول دمایی است که هر یک از خانه‌های آن بجای دمای اندازه‌گیری شده توسط سنسور مربوطه رنگ اختصاص داده شده و آن را منعکس میکند.

در اغلب دوربینهای امروزی چیزی حدود ۱۰ نوع جعبه یا ترکیب رنگ برای ایجاد تصاویر رنگی وجود دارد که مطابق با کاربرد و سلیقه استفاده میگردند.

همه ماشین‌آلات و یا دستگاه‌های مکانیکی، در نتیجه اصطکاک، حتی در شرایط کار عادی گرما تولید می‌کنند.

در این حالت مقطع حرارتی برای کارشناس ترموگرافی باتجربه قابل تشخیص است.

بنابراین، تغییرات در علائم گرمایی یک ماشین یا اجزاء آن، برای کارشناس ترموگرافی امکان شناسایی مشکل را فراهم می‌کند.

فرض کنید میخواهید به کمک دوربین ترموگرافی دمای یک صفحه فلزی به ابعاد یک متر در یک متر را اندازه گیری کنید.

۱- ابتدا قسمتی از صفحه فلزی را با اسپری رنگ مشکی یا رنگ دمای بالا آغشته نمایید.

با این کار میدانید که قسمت سیاه رنگ صفحه فلزی، ضریب صدور مشخص و برابرعدد  یک را دارد.

۲- اکنون با استفاده از دوربین ترموگرافی دمای قسمت سیاه رنگ صفحه فلزی که ضریب صدور آن یک است، اندازه گیری کنید. این دما دمای واقعی صفحه فلزی می باشد.

۳-حال به کمک دوربین ترموگرافی دما ناحیه ای از صفحه فلزی که رنگ نشده است و ضریب صدور نامشخصی دارد را تعیین کنید.

در اغلب موارد دمای نشان داده شده توسط دوربین در قسمت (۳) با دمای واقعی اندازه شده در قسمت (۲) متفاوت است.

۴- حال ضریب صدور دوربین خود را چنان تغییر دهید که دمای صفحه فلزی با دمای اندازه گیری شده از قسمت رنگ شده یکسان شود.

با این تکنیک ما توانستید ضریب صدور صفحه فلزی را به دست آورید.

لازم به ذکر است به کمک روش های ذکر شده در جدول زیر میتواند ضریب صدور جسم را افزایش دهید.

تخمین و یا حدس ضریب تابش از جداولی مانند جدول زیر  ممكن است منجر به نتایجی شود که به طور کامل غلط است.

به علاوه باید توجه داشت که فلزات نیز با تغییر دما دارای رفتار متفاوتی در ضریب تابش خود هستند و لذا باید دمای دقیق سطوح فلزی در هنگام ترموگرافی مد نظر قرار گیرد.

تعیین دمای پس زمینه

تشعشعات مادون قرمز اشیای پس زمینه و محیط پیرامونی تأثیر زیادی در تغییر میزان صدور وارد شده به دوربین ترموگرافی دارد.

این مسئله به خصوص زمانی که سطح جسم مورد نظر ضریب صدور بسیار پایینی دارد، اهمیت بیشتری پیدا میکند.

به همبن دلیل سطوح فلزی مشکلات بیشتری را در اندازه گیری دما و یا ترموگرافی ایجاد می کنند.

زیرا سطوح فلزی براق دارای ضرایب صدور بسیار پایینی هستند و در نتیجه کوچکترین تغییر در مقدار ضریب صدور می تواند به خطاهای بزرگی در دمای اندازه گیری شده منجر شود.

اما سطوح زبر و یا اکسید شده برعکس موارد فوق رفتار می کنند.

به همین خاطر در بازرسی های الکتریکی ترموگراف بیشتر دنبال سطوح خورده شده یا زنگ زده فلزی است.

بنابرین اگر برایتان مقدور است تا جایی که میتوانید با استفاده از صفحات مقوایی بزرگ از رسیدن تابش‌های ناشی از منابع تولید گرمای پس زمینه به جسم مورد نظرتان جلوگیری کنید.

اما بدیهی است که حذف تمامی منابع اختلال حرارتی در اطراف سوژه مورد نظر امکان پذیر نیست.

روش های تعیین دمای پس زمینه در ترموگرافی چیست؟

برای اندازه‌گیری دمای سطح سوژه مورد نظر تصویر بردار حرارتی باید از دمای منابع حرارتی که تشعشعات مادون قرمز را به سطح سوژه ارسال میکنند،

تخمین خوبی داشته باشد. بدین منظور میتوان از روشهای زیر استفاده کنید.

۱- استفاده از دمای محیط

اگر دمای تجهیزات و دستگاه‌های اطراف سوژه‌ای که قرار است ترموگرافی کنید، با دمای محیط یکسان باشد میتوان با تقریب خوبی دمای پس زمینه را برابر با دمای محیط قرار دهید.

ولی اگر دمای تجهیزات اطراف از دمای محیط بیشتر باشد. (مثلا در اطراف سوژه شما لوله های انتقال بخار عبور کرده باشد)

استفاده از دمای محیط به عنوان دمای پس زمینه نتایج نادرستی را در بر خواهد داشت.

 

۲- استفاده از رادیاتور لامبرت

رادیاتور لامبرت یک عنصر است که با انتشار بهینه، امواج مادون قرمز را بازتاب میکند.

به بیان دیگر رادیاتور لامبرت در تمامی جهات دارای قدرت بازتابندگی یکسان است.

شما میتوانید تاثیر دمای ناشی از بازتاب را بر روی یک رادیاتور لامبرت با استفاده از دوربین ترموگرافی اندازه‌گیری کنید.

برای اندازه‌گیری بازتابش‌های ناشی از محیط، رادیاتور لامبرت را در نزدیکی جسمی که میخواهید اندازه‌گیری کنید قراردهید (در حالت ایده‌آل روی جسم).

دمای رادیاتور لامبرت را با درنظر گرفتن ضریب صدور برابر عدد یک اندازه‌گیری کنید.

حال دمای مشاهده شده در دوربین برابر با مقدار دمای منبع تشعشعات پس زمینه است.

با وارد آردن این عدد در دوربین خود میتوانید با در نظر گرفتن ضریب صدور مناسب نسبت به اندازه‌گیری دمای سطح جسم اقدام کنید.

 

۳- تکنیک دمای دروغین

تعیین ناحیه پس زمینه

ابتدا باید ناحیه پس زمینه که بازتابش ناشی از آن است را تعیین کنید.

برای این کار تصور کنید که دوربین شما یک ابزار پرتاب توپ است و شما یک توپ را از لنز دوربین خود به سمت سوژه مورد علاقه خود که قرار است دمای آن را اندازه گیری کنید، پرتاب میکنید.

حال ببینید آن توپ پس از برخورد به سوژه مورد علاقه شما به کدام  نقطه پشت سر شما برخورد خواهد کرد.

این نقطه همان پس زمینه می باشد.

کاملا مشخص است که پس زمینه مورد نظر کاملا به زاویه تصویربرداری شما بستگی خواهد داشت.

اندازه گیری دمای دروغین

۱-ضریب صدور سیستم خود را بر روی عدد ۱ تنظیم کنید. در حقیقت ما نمیخواهیم دمای واقعی را اندازه‌گیری کنیم و هدف ما تعیین مقدار انرژی منتشر شده از پس‌زمینه است.

لذا با اعمال ضریب ۱ تمامی تابش ها را متعلق به جسم مذکور میدانیم و به این صورت دمای دروغین را به دست می آوریم.

بدیهی است با این دما هیچ وقت دمای صحیح سطح نمی باشد زیرا ضریب صدور۱ تنها به جسم سیاه تعلق دارد.

این دمای دروغین تنها برای تعیین مقدار انرژی تابشی پس‌زمینه کاربرد دارد.

با دوربین خود، از ناحیه که بازتابش از آن می‌آید تصویر برداری کرده و دمای دروغین را اندازه گیری کنید.

این دمای دروغین و ساختگی را به عنوان بازتابش محیط به سیستم خود وارد کنید.

در برخی دوربینهای ترموگرافی این بخش تحت عنوان دمای محیط، دمای بازتابشی پیرامونی و یا دمای پس‌زمینه نام گذاری شده است.

دو خطای شایع در استفاده از دوربین ترموگرافی چیست ؟

۱- استفاده بلادرنگ از دوربین بعد از روشن شدن

باید توجه آرد با روشن شدن دوربین دمای داخل آن و درنتیجه بالانس حرارتی بین سیستم میترینگ و اجزای دوربین به هم خورده و نتایج اندازه گیری با مشکل مواجه می شود و باید تا تعادل گرمایی دوربین صبر کرد.

خطای اندازه گیری سریع دوربین در این حالت برای دوربین های طول موج بلند تا ۳ درجه کلوین بیشتر از دمای واقعی است.

برای دوربین های موج متوسط این خطا بین۰٫۵  تا یک درجه کلوین است.

۲-استفاده از دوربین بعد از تغییرات سریع دمای دوربین

بخصوص در مناطق گرمسیر وقتی دوربین از داخل اتاق که دارای دمای پایین است به بیرون که دمای بالاست وارد میشود مجددا باید صبر کرد تا تعادل دمایی دوربین برقرار شود

اگرچه زمان لازم برای پایداری کامل بیش از یک ساعت و نیم است اما ۱۰ دقیقه توقف می تواند خطا را به میزان قابل ملاحظه ای درمحدوده خطای دوربین کاهش دهد.

تحلیل نتایج ترموگرافی

با فرض دقت‌های لازم در انتخاب دوربین مناسب، لنز، دمای پس زمینه، زاویه دید، ضریب تابش و…،‌ برای بدست آوردن نتایج درست و قابل ارجاع،

جهت تحلیل نتایج و تصاویر ترموگرافی از دو روش مقایسه دمای نسبی نقاط مشابه و بررسی دمای مطلق تجهیز و اختلاف آن با دمای مورد انتظار استفاده میگردد.

 

روش مقایسه نسبی دما (معیار دلتا T)

در روش مقایسـه نسـبی اختلاف دمـای یـک نقطـه با نقطـه رفرنس کـه میتواند دمـای محیـط، نقطـه مشـابه آن که در شـرایط یکسـان و یـا ماکزیمم دمـای مجاز آن نقطـه باشـد، سـنجیده میشـود.

در‌ جـداول زیـر معیارهـای Delta T (تفاضـل دمـا) بـرای ارزیابی شـدت دمای یک ایراد اسـتفاده میگـردد.

معیارهـای Delta T با افزایـش دمـای ایراد بالای دمای تعریف شـده، مرجع گزارش می‌باشـند.

تجهیزات مشـابه تحـت همان شـرایط یـا حداکثر دمای مجاز بـرای ارزیابی ومشـخص کردن شـدت ایرادات اسـتفاده میگـردد.

دوربین ترموویژن
برای تجهیزات الکتریکی

 

استانداردهای مبتنی بر تجربه برای سیستمهای مکانیکی و الکتریکی

 

برای هسته موتور (روی میز تست و نه در حالت کارکرد)

 

روش بررسی دمای مطلق تجهیز و اختالف آن با دمای مورد انتظار (معیار دمای مطلق)

در این روش دمای مورد انتظار تجهیز بر اساس جنس آن و میزان بار آن محاسبه میگردد، سپس اختلاف دمای اندازه‌گیری شده با دمای محاسبه شده، سنجیده شده و با استفاده از جداول تعیین وضعیت می‌گردد.

در این روش باید بار فعلی تجهیز، بار نامی آن، دمای محیط و افزایش دمای نامی تجهیز را دانست تا دمای مورد انتظار از تجهیز سالم را محاسبه کنیم و با دمای اندازه‌گیری شده مقایسه کنیم.

برای محاسبه دمای مورد انتظار از فرمول زیر استفاده میکنیم.

مقدار T rated rise از جداول استاندارد زیر بدست میآید.
کارشناسان ترموگرافی میتوانند از معیارهای دمای مطلق جداول زیر بر اساس استانداردهای منتشر شده برای ارزیابی و مشخص کردن شدت ایرادات سیستم مکانیکیو الکتریکی استفاده کنند.

مشخصات جداول باال دمایی بر اساس عملکرد تجهیزات در ۱۰۰ %بار و سرعت میباشد. همه دماها به سیلیسیوس است

 

نکات مهم:
۱ -دماهای درپوش با خنک شونده روغن، نزدیک قسمت فوقانی مایع داخل مخزن اصلی اندازهگیری می‌شود.
۲ -اکثر ترانسفورمرهای افزایشی ۵۵ درجه سانتی گراد قبل از سال ۱۹۶۳ میلادی ساخته شده‌اند.
۳ -برای ترانسفورمرهای خاص (غیر از توزیع و قدرت) یا سایر تجهیزات با خنک شوندگی یا مایعات، همانطور که روی پالک مشخصات، مشخص شده است.

دمای حداکثر مجاز ارائه شده در جداول فوق برای بار نامی و دمای محیط ارائه شده است.

در واقع این دما، دمای مورد انتظار از تجهیز سالم در بار نامی و دمای محیط ذکر شده، میباشد.

اما از آنجا که اغلب اوقات مقدار دمای محیط و میزان بار مقادیری متفاوت دارند نیاز است با استفاده از فرمول بلا مقدار دمای مورد انتظار محاسبه گردد.

مقایسه دو روش معیار دلتا T و معیار دمای مطلق:

دو روش فـوق الذکـر روشهایـی هسـتند کـه اغلـب جهـت تعییـن وضعیـت تجهیـزات الکتریکـی بـه کار گرفتـه میشـوند.

روش معیار دلتا T روشـی سـاده اسـت، ولـی بدلیـل در نظـر نگرفتـن میـزان بـار، و نیـز نقـاط مرجع نـا مطمئن (وقتی با نقاط مشـابه مقایسـه میگـردد) دارای نتایجی با قابلیـت اطمینان پایین اسـت چـرا کـه در مـواردی کـه حتـی عیب جـدی وجـود دارد کم بـودن میزان بـار میتوانـد منجـر بـه کاهـش میـزان اختلاف دمـا بـا نقطـه رفرنـس نسـبت بـه شـرایط بـار زیـاد گـردد

و ایـن خطـا میتوانـد براحتـی وضعیـت خطرنـاک تجهیـز رابـرای مـا بـه صـورت یک وضعیت مجـاز مرزی و یاهشـدار نشـان دهد و یـا مقایسـه یـک نقطـه بـا نقطـه مرجـع مشـابهی کـه خود نیـز معیوب اسـت میتوانـد مـا را در بـراورد وضعیـت تجهیـز دچـار اشـتباه کند

نتیجه‌گیری:

در سـالهای اخیـر برای تحقق بخشـیدن بـه موضوع نگهـداری و تعمیرات مدرن، بـا توجـه بـه اهمیت تشـخیص بموقع عیوب ماشـین آلات در مراحـل اولیه خرابی بـا اسـتفاده از بازرسـی مـادون قرمز، اقدامـات گسـتردهای در کارخانجات داخل و خـارج از کشـور انجـام گرفتـه اسـت.

علاوه بـر این بـا تشـخیص زود هنگام و کنتـرل خرابیهـای اولیـه میتـوان ۲۵ ‌تـا۵۰ %هزینه‌هـای نگهـداری را کاهـش داد.

بنابرایـن توسـعه فنـآوری تشـخیص عیب ماشـین آلات برای پایـش وضعیت سیسـتم‌های مکانیکـی و الکتریکـی امـری لازم و ضروری میباشـد.

منبع: بابک فاضل بخشی،”ترموگرافی چیست“، دهمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب ­یابی ماشین آلات، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، اسفند ۱۳۹۴

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.