VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Современный мир нуждается в прогрессивных инновационных технологиях. Ритм жизни требует очередных нововведений, способных сделать жизнь проще, качественнее и безопасней. Инновации в измерительной технике очень важны, ведь от точности расчетов зависят миллионы жизней, и все технологии, которые способны уменьшить погрешность в измерениях, являются одними из самых востребованных.

Так, одним из таких инновационных приборов может являться тепловизор- устройство для наблюдения за температурным фоном окружающей среды.

Уникальность данного устройства заключается в его незаменимости во многих сферах жизнедеятельности человека, от медицины до строительства.

Тема работы: «Эффективность внедрения инновационных технологий в измерительной технике на примере тепловизоров». Данная тема очень актуальна, так как для многих профессионалов тепловизоры являются неотъемлемой частью рабочего дня и главным помощником в измерениях.

Цель работы: выяснить, являются ли эффективными инновации в измерительной технике, и узнать, насколько они необходимы в данной отрасли.

Объектом исследования в курсовой работе является тепловизор- достаточно сложный прибор.

Задачи работы:

• Выяснить что такое тепловизоры;

• Разобраться в их устройстве;

• Узнать, в каких сферах деятельности могут применяться сканирующие устройства;

• Разобраться в строении и работе данного прибора;

• Выявить плюсы и минусы тепловизоров.

1. Тепловизоры

Тепловизор - прибор, с помощью которого возможно наблюдение за распределением температуры на какой-либо поверхности. Устройства преобразуют инфракрасное излучение в электрические сигналы, которые после обработки преобразуются в видимое изображение объектов [15]. Все это отображается на экране или в памяти устройства в виде цветового поля, где каждой температуре соответствует свой цвет. (Рис.1)

Рисунок 1. Змея на руке человека.

Также данный прибор может получать тепловое изображение в ИК-области спектра не контактируя с оборудованием [10]. (Рис.2)

Рисунок 2. Тепловизоры способны работать без контакта с исследуемым объектом.

В отличие от изображений в видимой и ближней ИК областях спектра, полученных в результате отраженного излучения от предмета и разнице между отражательной способностью его элементов и отражающего фона, ИК-изображение рождается за счет собственного теплового излучения и определяется разностью в температуре и излучательной способности его элементов и окружающего фона. Изменение температуры объекта соответствует деталям видимой картины, а значит, изображения тепловизора в основном аналогичны формам и размерам наблюдаемых предметов.

1. Тепловизоры в строительстве

Введение тепловизоров на рынок стало колоссальным техническим прорывом. Они востребованы во многих сферах человеческой жизнедеятельности, но одним из самых популярных способов его использования является термография зданий. Она помогает выявить источники потери тепла как на малых участках, так и на больших площадях. При помощи тепловизоров можно определить ошибки в теплоизоляции, тепловые мостики, недостаточную плотность изоляции, а также коэффициент звукоизоляции здания [7]. Данные приборы самым точным образом могут установить истинное энергетическое состояние постройки в данный момент.

Замеры теплопроизводительности здания лучше всего проводить при низких температурах окружающей среды, когда в домах работает система отопления. Термография зданий способна показать распределение температур в режиме online по поверхности определенной строительной конструкции, находящейся под влиянием внешних факторов. Данная технология дает возможность держать под контролем строительные процессы, наблюдать за проблемными участками, и используется в основном в таких сферах как анализирование строительных конструкций, реставрация, строительство зданий.

Производить анализ можно как внутри, так и снаружи здания. При выборе оптимального расположения тепловизора для снятия показаний рассматривается конструкция здания и условия окружающей среды. Например, помещения с радиаторами лучше фиксировать снаружи.

Попробуем разобраться, в каких случаях необходим внешний осмотр, а в каких внутренний, какие устройства при этом лучше всего использовать и по какой цене можно приобрести качественный тепловизор.

1. Термография внешних фасадов

Рисунок 10. Термография внешнего фасада сдания.

В основном такая термография проводится для выявления тепловых мостиков и определения вреда, причинённого стенам с внешней стороны [14]. Почти всегда можно провести диагностику не одной стены, а всей поверхности здания (Рисунок 10). Место для снятия максимально точных замеров варьируется и может быть скорректировано специальной теле- или широкоугольной оптикой. Но в этом случае результаты могут содержать большую погрешность. Также нельзя забывать, что окна и крыши домов могут отражать холодное излучение.

1. Коррекция коэффициента излучения

При количественном анализе распределения температур не учитывается коэффициент излучения и фоновое излучение. Коэффициент очень важен и влияет на точность результата. Чем больше разница между температурой исследуемого объекта и температурой окружающей среды, и чем меньше коэффициент излучения, тем больше будет погрешность, если не произвести коррекцию. Для количественного анализа внешних стен рекомендуется учитывать температуру фонового излучения, где находится здание.

1. Термография внутренней части здания

Для полного анализа частей конструкции лучше проводить внутреннюю термографию. При этом, нужно помнить, что на исследуемую поверхность не влияют какие-либо климатические факторы. Все температурные показатели, снятые во внутренней части здания, почти не имеют погрешность. Крыши и фасады необходимо сканировать только изнутри, т.к. снаружи из-за воздействия воздушных потоков возможны ошибки.

Наиболее распространены такие проблемы как мостики холода. Это небольшие по площади места, которые по сравнению с поверхностью вокруг имеют большую теплопередачу. Мостики являются местом энергетических потерь, вызывают сырость стен там самым, создавая благоприятные условия для развития грибка. При определенном развитии событий воздух комнатной температуры может остыть до температуры выпадения росы, тем самым вызывая эффект конденсации, далее влага проникает внутрь мостика и приводит к образованию грибка.

Похожая ситуация может возникнуть при воздухопроницаемости особенно в штукатурке в наружных стенах легких строений. Воздух комнатной температуры из-за плохой изоляции покидает помещение, при этом он содержит много водянистого пара, который остывая, может достигнуть температуры конденсации. Особенно это опасно для деревянных сооружений. Именно поэтому анализ на герметичность здания проводят внутри.

Одновременно с количественным анализом при необходимости можно провести качественное исследование скрытых теплопроводов, утечек в системе отопления и др. Обязательно учитывается, что разное тепловое сопротивление и теплоемкость влияют на прохождение тепла, т.е. необходимо выявить чем являются исследуемые объекты- источниками тепла или источниками утечки.

1. Практические советы по проведению и протоколированию термограмм

Для получения полной картины о состоянии здания наружную съемку необходимо производить вертикально поверхности стены. Во время сканирования необходимо помнить про угол обзора тепловизором фасада, плоскость отражения и интенсивность воздействия солнечного излучения. Цветовая гамма тепловизора должна определяться при съемке каждого объекта. Часто рекомендуется применять автоматическую настройку распределения цветов, потому что часто случается, что небольшие температурные различия зачастую, неправильно воспринимаются неопытными специалистами, по причине неверного выбора цветовой гаммы, рассчитанной на небольшое число температур.

Для качественного сравнения термограмм двух и более объектов лучше произвести съемку при одинаковых внешних условиях с применением одной цветовой гаммы тепловизора. Так же необходимо знать точное время проведения замера и температурный фон, погодные условия. Современные тепловизоры в большинстве случаев оснащены автофокусом и автоматической адаптацией изображения, что помогает в их эксплуатации. Для использования тепловизора достаточно пройти краткий курс обучения, но у пользователя должны быть знания в области физики, во избежание ошибок при использовании устройства, например, ошибок при учете условий при проведении съемок, неправильное расположение прибора для компенсации фонового излучения или ошибки, связанные с геометрией объекта.

1. ПО для тепловизоров

Все снятые замеры должны быть обработаны специальным программным обеспечением. В обработку входит учет коэффициента излучения, температурного фона окружающей среды и определения параметров в любой точке замера. ПО может оптимизировать цветовую палитру. Оно может найти проблемные зоны, например, тепловые мостики, места, в которых повышена влажность и начинает развиваться грибок. Программное обеспечение помогает дать советы по изменению системы энергопотребления здания и по изменению системы обогрева. Таким образом, ПО автоматически делает все подсчеты, уменьшая тем самым стоимость услуг. Примеры: FORNAX, IRSoft.

1. Примеры строительных тепловизоров

В ходе практической части данной курсовой работы постараюсь разобраться, какие именно фирмы тепловизоров предназначены для промышленной термографии, проведу анализ рынка и выясню, какими параметрами должен обладать прибор в условиях стройки.На рынке тепловизоров предназначенных для строительства, самыми распространенными являются тепловизоры фирм Testo, Fluke, PCE TC [16], [17], [18].В таблице 1 представлены модели вышеуказанных тепловизоров.

Все представленные тепловизоры имеют автономное питание, вес от 0.8кг до 1.2 кг.

Таблица 1- Основные характеристики тепловизоров Температурный диапазон Разрешение Точность Поле зрения (FOV) Расстояние до объекта Термическая чувствительность Частота обновления изображения Спектральный диапазон Коэффициент излучения Температура эксплуатации Влажность воздуха Цена (в рублях) РСЕ-ТС 5 -10..+250 °C

320 x 240 пикселей (76800 Точек)

±2 °C или ±2 % между -15 и +45 °C21,4 ° x 16 °

0.3 м

≤ 0,08 °C8 Гц8-14 мкм0,10 ... 1,00 регулируемый с шагом 0,01-15 ... +50 °C10 ... 90 % отн. влажн.Около 300000 PCE TC 3D -10..+250 °C160 x 120 Pixel (19200 точек)±2 °C20 ° x 15 °0.3 м0,08 °C8 Гц8 - 14 мкм

0,1 ... 1,0 (регулируемый)

-15 ... +50 °C10 ... 90 % отн. влажн.250000 Fluke Ti32 -20..+600 °C

320 x 240 пикселей

± 2 °C или 2 %23 ° x 17 °0.4м ≤ 0,045 °C 9 Гц7.5-14 мкм 0,10 … 1,00 (шаг 0,01)от -10 °C до +50 °Cот 10 % до 95 % без конденсации319000 Fluke Ti27 -20..+600 °C 240 x 180 пикселей± 2 °C или 2% 23 ° x 17 °0.5 м0,05 °C9гц (60 гц,зависит от комплектации)7.5-14 мкм 0.01 ... 1от -10 °C до +50 °Cот 10 % до 95 % без конденсации289000

Продолжение Таблицы 1

Температурный диапазон Разрешение Точность Поле зрения (FOV) Расстояние до объекта Термическая чувствительность Частота обновления изображения Спектральный диапазон Коэффициент излучения Температура эксплуатации Влажность воздуха Цена (В рублях) Testo 875-1 -20..100°C и0... +280 °C (переключаемый)320 x 240 пикселей±2 °C, ±2% от измеряемого значения32° x 23° 0.1 м

Код для цитирования: Скопировать