О тепловизорах (стр. 4 из 5)
5. Применение тепловизоров
После создания первых тепловизоров длительное время считалось статочным качественное наблюдение теплоизлучающих объектов. Затем появилась необходимость количественного измерения температурь объектов по получаемым термограммам. В настоящее время применение тепловизоров для дистанционного измерения температурных полей является одним из важных приложений тепловидения, используемых при неразрушающем контроле различных объектов.
Измерить истинную температуру нагретого тела с помощью тепловизора сложно. Практически измеряются не истинную (Т), а так называемую радиационную (Т%) температуру — температуру абсолютно черного тела, при которой его энергетическая светимость Ме равна энергетической светимости нечерного излучателя с коэффициентом теплового излучения e (Т).
На основании закона Стефана-Больцмана Ме = e (Т) dТ4 = d
, откуда 
= 
Величина
определяется по показаниям тепловизора, отградуированного по черному телу.Такой способ измерения радиационной температуры применяют в тех случаях, когда в тепловлзоре используется неселективный ПИ (например пирикон).
Величина dТ зависит от коэффициента теплового излучения, знание которого и его зависимость от температуры необходимы для правильной интерпретации результатов измерений и количественной оценки температуры тела.
Влияние отраженного объектом излучения окружающей среды на определяемую температуру учитывают, вводя эквивалентный коэффициент тепловою излучения
, где 
— температура окружающей среды.Если Т - Токр
Т, то 
Контроль состояния облицовки плавильных печей.
Сталеплавильные печи облицованы изнутри керамическими огнеупорными материалами. По мере эксплуатации печей часть облицовки изнашивается и разъедается расплавленным металлом, что связано с опасностью для обслуживающего персонала; поэтому облицовку через определенный срок приходится заменять. Полная замена облицовки больших сталеплавильных печей очень дорога, так как связана с остановкой производства на 3...4 нед. Наиболее приемлем здесь термографический контроль. Внешняя проверка действующих печей тепловизором может указать на локальные перегревы стальной оболочки, трещины и области обмуровки, где она тоньше нормы. Измерения температуры внешней оболочки, выполненные с помощью тепловизора, могут указать области разрушения обмуровки на рассматриваемом участке. Термограмма позволяет задержать замену обмуровки до тех пор, пока она не станет абсолютно необходимой, т. е. использовать обмуровку в течение максимально возможного времени. Снятая во время работы печи термограмма будет способствовать быстрому обнаружению опасных трещин во время периодического осмотра в охлажденной печи, так как сделать это визуально очень трудно. Диагностика устройств тягового электроснабжения железных дорог. С помощью тепловизоров возможна диагностика устройств тягового электроснабжения железных дорог . При этом для массового контроля и выявления неисправностей контактных соединений температурная чувствительность тепловизора должна быть не ниже 5 °С, диапазон измеряемых температур — 20... + 150 °С; поле зрения 20 X 10°, мгновенный угол зрения 10 мрад, время кадра 1/12,5 с.
Критерием состояния тарельчатых изоляторов типа ПФ-6А может быть разность температур между их шапкой и тарелкой. У исправного изолятора значения температуры тарелки и шапки не отличаются друг от друга на термограмме, а общая температура изолятора отличается от температуры окружающей среды на 0,2...0,4 °С. Для выявления дефектных изоляторов с помощью тепловизора его температурная чувствительность должна быть не ниже 0,1 °С; диапазон измеряемых температур — 20...+50°С; поле зрения 3 X 5°, мгновенный угол зрения 5'.
Наличие хотя бы одного исправного изолятора в гирлянде (в тяговой с постоянного тока) не позволяет выявить дефектные изоляторы тепловизионным1 способом, так как через гирлянду не проходит ток утечки.
Тепловизоры применяют также для определения состояния изоляци высоковольтных выводов на тяговых подстанциях энергоучастков. Чувствительность тепловизора при этом должна быть не ниже 0,1 °С.
Тепловые процессы, протекающие в автопокрышках, имеют важное значение для их эксплуатации. При заводских испытаниях автомобильных и авиационных покрышек на специальных стендах стремятся выявить влияние на распределение температуры по структуре покрышки таких факторов, как скорость ее вращения, изменение этой скорости, давление воздуха в камере и нагрузка на колесо. Необходимо знать влияние каждого из этих факторов в отдельности и их совместное воздействие. Эти воздействия не одинаковы для разных точек покрышки и зависят от её конструкции. Однако обычная термограмма показывает только среднюю температуру в каждом концентрическом слое покрышки, в результате чего положение области перегрева не может быть локализовано.
Эта задача успешно решается с помощью специального тепловизора снабженного дополнительным устройством, получившим название “термостроб”. Оно позволяет видеть стробированное (неподвижное) тепловое изображение вращающегося объекта. Применяя тепловизор с термостробом, можно наблюдать тепловое изображение вращающейся покрышки во время динамических испытаний и фиксировать участки ее перегрева.
К областям применения тепловизоров в промышленности и науке при исследовании температурных полей относят также следующие:
измерение температурных режимов при изготовлении бумаги, листового проката металла, производстве стекла, резины и пластика, бетонных и железобетонных изделий:
испытание стекол с электрическим подогревом для автомобилей и самолетов;
измерение температуры вращающихся деталей машин, а также металлических деталей и инструментов при обработке на станках;
изучение процессов теплопередачи в моделях, испытываемых в аэродинамических трубах;
исследование распределения температуры в газовой струе авиационных двигателей;
определение температуры поверхности ИСЗ в камерах, моделирующих космические условия полета;
контроль качества защиты атомных реакторов электростанций; определение положений подземных и скрытых коммуникаций;
контроль уровня и положения теплых или холодных жидкостей в резервуаре;
непрерывный контроль обмуровки вращающихся обжиговых печей в процессе их работы;
определение потерь в зубчатых зацеплениях:
дефектоскопия материалов и отдельных конструкций при проведении статических и динамических испытаний;
определение областей перехода ламинарного режима течения в турбулентный при аэрофизических исследованиях;
дефектоскопия болтовых и заклепочных соединений;
неразрушающий контроль неметаллических материалов;
исследование внутренней коррозии баков и цистерн;
контроль качества сварки тонкостенных конструкций по термограммай сварного шва, на который подается импульс тока;
изучение теплоизоляции труб искусственных катков;
исследование тепловых эффектов в клинических и биологических процессах и др.
С развитием тепловизионной техники область применения тепловизоров для анализа тепловых полей непрерывно расширяется. В СССР и за рубежом для этого созданы специальные типы приборов.
Снятие тепловых карт местности.
Использование тепловизоров для снятия тепловых карт местности основано на дистанционном измерении температуры земной поверхности с самолета или с ИСЗ. Получаемые тепловые карты несут информацию об энергетическом состоянии исследуемых участков поверхности Земли, что используется для решения различных научных и практических задач.
Тепловые карты позволяют судить о геологическом строении и полях активности кратеров, способствуют поискам и регистрации тепловых источников, гейзеров, мест подземных утечек в энергосистемах, тепломагистраля, дренажных устройствах, позволяет своевременно обнаруживать очаги зарождающихся пожаров и определять границы крупных пожаров сквозь пелену сплошного дыма, а также границы пожаров горючих ископаемых по скрытым очагам в штабелях угля, сланцев, шахтных отвалов и т. д.
Большое внимание в нашей стране и за рубежом уделяется использованию самолетных тепловизоров при борьбе с лесными пожарами. При этом выявляют три основные задачи : обнаружение малых (площадью не менее §5 м2) очагов зарождающихся пожаров с температурой 600...700 °С; картирование контуров охваченного огнем значительного участка леса или торфяного болота сквозь сплошную пелену дыма, когда визуальные методы неэффективны; контроль за затухшим или затухающим пожаром, обнаружение участков кромки, где можно ожидать вторичного возгорания.
Тепловые карты применяют также для изучения океанских течений , обусловленных стоком рек; обнаружения заболеваний лесной и сельскохозяйственной растительности; определения мощности и возраста льдов, прогнозирования образования ледовых трещин; исследования природных ресурсов Земли и т. д.
Тепловые карты существенно отличаются от обычных аэрофотоснимков, так как в формировании последних участвует отраженное излучение, в формировании тепловых карт — отраженное и собственное излучение, а в ряде случаев лишь последнее. Поэтому на тепловых картах обнаруживаются нагретые объекты или участки местности, которые не выявляются на фотоснимках. Особенностью тепловых карт является зависимость динамики тепловых процессов, протекающих в течение суток. В связи с этим тепловые карты, полученные в разное время даже от одних и тех же объектов отличаются друг от друга.