Тепловой метод контроля

      На данном этапе практически завершено формирование теоретических основ АТНК, сложившихся в одно из прикладных теории теплообмена, установлены основные закономерности АТНК, разработаны методы моделирования дефектов, средства и методики измерений

      Основные  направления работ в области ТНК можно сформулировать следующим образом:

      1. Совершенствование  теоретической модели ТНК как  в смысле ее дальнейшего углубления (учет зависимости теплофизических  характеристик от температуры.  дополнение теплопроводности другими  видами теплопередачи, развитие дефектометрии и томографии на основе обратных задач и т.д.), так и в смысле ее упрощения, вплоть до создания пакета программ для инженерных расчетов.

      2. Поиск  новых областей применения ТНК,  особенно для класса теплоизоляционных  материалов.

      3. Разработка  универсального алгоритма проведения экспериментальных исследований новых объектов ТНК, основанного на теории планируемого эксперимента.

      4. Создание  единой модели "объект контроля - средство контроля - методика контроля" ее анализ и оптимизация на этой основе решения задач АТНК.

      5. Разработка принципов построения аппаратуры ТНК, базирующихся как на классических представлениях известных в тепловидении, ИК-технике, оптико-электронном приборостроении, так и на специфических особенностях тепловой дефектоскопии.

      6. Совершенствование существующих средств контроля.

      7. Решение  проблемы метрологического обеспечения  метода ТНК. 

      8. Создание  на базе средств ТНК систем  автоматизированного управления  качеством продукции.

      9. Поиск  путей повышения эффективности  неразрушающего контроля за счет  сочетания ТНК с другими методами  при испытании ответственных  объектов 

      Решение  указанных проблем позволит более  эффективно применять ТНК для  повышения качества продукции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Тепловой неразрушающий контроль, как средство контроля качества строительных конструкций на примере использования портативного компьютерного термографа Иртис.

 

В основе теплового неразрушающего контроля (ТНК) лежит возможность получения теплового изображения объектов по их инфракрасному излучению возникающего в результате функционирования объекта или внешнего теплового воздействия на объект. По полученным термограммам можно судить о внутренней структуре объекта, в частности, обнаруживать ее различные аномалии, т.е. скрытые дефекты.

Возможность обнаружения скрытого дефекта обусловлена появлением вызванной им локальной неоднородности теплового поля на поверхности объекта  контроля, которая изображается на термограмме соответствующим цветом. Основным элементом тепловизионной системы для ТНК является компактная тепловизионная камера, позволяющая выполнять снимки объекта в инфракрасном диапазоне. Современные тепловизионные камеры имеют высокую разрешающую способность и имеют возможность выявлять разницу температур на поверхности с точностью до 0,05 ^о С. Высокая мобильность и бесконтактный принцип работы позволяют применять камеру для обследования любых объектов. Кроме того, в составе тепловизионной системы предполагается персональный компьютер и программное обеспечение, предназначенные для обработки полученных камерой снимков и ведении статистики по результатам обследований.

Одной из таких систем является портативный компьютерный термограф ИРТИС разработанный на основе 30-летнего опыта работы в области создания инфракрасных приборов и с учетом требований, предъявляемых к мобильной аппаратуре, используемой на предприятиях энергетики, топливно-энергетического, химического и нефтегазового комплексов, коммунального хозяйства, в строительстве, медицине и в других  для проведения ТНК.

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ "ИРТИС"

 

Чувствительность к перепаду температур на уровне 30о С	0.05оС (0.02)
Поле зрения	не менее 25х20 град.
Мгновенное поле зрения	не более 1.5 мрад.
Диапазон измерений «ИРТИС-2000 N (C )B» Диапазон измерений «ИРТИС-2000 N (C )H»	от - 40 до + 300о(500о С) от –40 до  +2000оС
Диапазон рабочих температур	от -20 до +50оС (-40 до +80)
Погрешность измерения абсолютных температур по АЧТ	±1оС или ±1% от изм. диапазона
Число элементов разложения  по строке	256(320)
Число строк в кадре	256
Время формирования кадра	Не более 0.8 сек., 1.6 сек., 3.2 сек.
Время автономного режима работы	Не менее 8 часов
Вес ИК- камеры ИРТИС –2000 N (C )	Не более  1.4 кг
Габариты ИК-камеры ИРТИС –2000 N (C )	Не более  92х120х200 мм

 

Основные преимущества термографов  ИРТИС:

1. Высокая точность измерения абсолютных температур.
2. Равномерность чувствительности по всему полю изображения.
3. Стабильность характеристик во времени.
4. Полная компенсация температурного дрейфа в каждом кадре, отсутствие оптики на входе позволяют термографу ИРТИС моментально адаптироваться к окружающей среде и проводить точные измерения при любых температурах и их изменениях (например, перемещение из помещения на улицу или наоборот).

Все это важно учитывать при  проведении ТНК строительных конструкций, зданий, сооружений и т.д.

Применение данного контроля позволит сократить энергопотери из зданий из-за строительных дефектов или предотвратить  скоплений влаги из-за отсутствия или не адекватности изоляции. Способность этого метода контроля точно локализовать дефекты, являющиеся причиной существенных утечек тепла, может сыграть важную роль в повышении энергетической эффективности сооружений. Применение ИК методов контроля для выявления дефектов зданий и крыш и их своевременного ремонта, прежде чем будет нанесен серьезный ущерб, позволяет защитить капиталовложения в оборудование и материалы, размещенные в зданиях - задача первостепенной экономической важности. Конденсация влаги внутри стен с дефектной изоляцией с течением времени приводит к разрушениям, требующим дорогостоящего ремонта, или даже настолько серьезным, что их устранение вообще невозможно. Скрытые скопления влаги в бесчердачных крышах зданий являются одной из главных причин потерь энергии и разрушения изоляции. Благодаря тому, что ТНК позволяет точно локализовать дефекты, удается значительно сократить затраты на ремонт дефектных или протекающих крыш. Отремонтировать или заменить секцию крыши куда дешевле, чем перестраивать всю крышу заново. ИК съемка позволяет легко выявлять участки скопления влаги кровельной изоляции, так как в ясную погоду крыша действуем как большой тепловой коллектор, температура которого летом может достигать 70^оС. В этих условиях участки изоляции, характеризующиеся скоплением влаги, запасают больше количество солнечной энергии, чем сухая изоляция. После захода солнца для охлаждения таких участков требуется большее время, - из-за того, что запасенная ими энергия выше, а это позволяет визуализировать различия в температурах участков поверхности при помощи термографирования. Как и при освидетельствованиях зданий ИК методами, обследования крыш должны производиться лицами, знакомыми с проектом и конструкцией здания, и при надлежащих внешних условиях. При съемке крыши, которую рекомендуется производить вечером ясного дня после захода солнца, нужно принимать во внимание неоднородности слоев наполнителя и кровельного картона по плотности и толщине. Эти неоднородности могут оказаться причиной тепловых различий, дающих ложные данные о наличии скоплений влаги. Отдельные элементы конструкции кровли, например, окончания крыш и места стыков со стенами, а также всевозможное оборудование, монтируемое на крышах и имеющиеся на них выступающие части, в том числе агрегаты систем кондиционирования воздуха, кожухи вентиляторов, каналы, трансформаторы, дренажные трубы, отдушины, также могут отразиться на термограмме в виде ложных указаний на наличие влаги. Если в здании или непосредственно под обследуемым участком поверхности имеется оборудование, работа которого сопровождается интенсивным тепловыделением, это также необходимо учитывать при ИК съемке. Работа на крышах зданий сопряжена с опасностью. Нужно по этому выполнять указания специалистов кровельщиков и, в частности, не работать на крыше в одиночку, в особенности после наступления темноты.

Говоря о возможностях и опыте применения ТНК для экономии энергоресурсов и снижения затрат на эксплуатацию промышленного оборудования, следует отметить, что это далеко не панацея от всех бед, но инфракрасная диагностика имеет существенные достоинства:

• позволяет получать такую информацию об объектах обследования, которую получить другим методом невозможно или технически настолько сложно, что теряется экономическая целесообразность работы;

• тепловидение дает возможность  проведения обследования большого количества объектов в кратчайшие сроки и с минимальными затратами;

• обследования проводятся без вывода из эксплуатации объекта диагностики  и при его номинальных параметрах работы;

• широкий спектр применения метода и бесконечный перечень объектов и единиц оборудования, подлежащего обследованию, позволяет эффективно использовать тепловизионную систему как в целях энерго- и ресурсосбережения, так и для повышения надежности и эффективности работы инженерных систем, снижения аварийности, повышения уровня безопасности оборудования, снижения затрат на его эксплуатацию.

 

 

5 Пирометры

 

Пирометры – бесконтактные  измерители температуры по-прежнему являются незаменимыми элементами цепей  контроля и управления в целом  ряде отраслей промышленности – металлургической, машиностроительной, электронной, химической, медико-биологической и т.д. Им нет альтернативы при измерении температуры движущихся (например, металл на прокатном стане), труднодоступных или находящихся в опасных зонах (подстанции высокого напряжения) объектов.

  Большая часть пирометров разрабатывалась и выпускалась на Украине: на Каменец-Подольском приборостроительном заводе (КППЗ), Харьковском заводе "Прибор" и во Львовском НПО "Термоприбор". В целом парк приборов СССР составлял 200-300 тыс. приборов, большую часть которых (до 70-80%) составляли визуальные пирометры с исчезающей нитью типа "Проминь". Серийный выпуск пирометров  в ограниченных объёмах (всего около 15-25% от общего количества) проводился в Москве, Ленинграде, Свердловске, Горьком, который в настоящее время прекращен. Основную массу парка приборов составляли приборы с основной погрешностью 1-5%.

Использование современной  элементной базы существенно расширило  возможности этих приборов и позволило  наделить их новыми свойствами – помимо измерения они могут теперь проводить обработку полученной информации и осуществлять сложные действия по управлению технологическим процессом. Снизился их вес, уменьшились габариты, приборы стали проще и удобнее в эксплуатации.

Все это оказалось  возможным благодаря применению в приборах новой элементной базы, включающей микропроцессоры. Использование электроники нового поколения позволило также снизить процент отказов приборов как за счет уменьшения количества используемых элементов, так и за счет высокой надежности каждого из них. Кроме того, более корректно учитывается влияние излучательной способности измеряемого объекта и температуры окружающей среды, что позволило повысить точность измерений в цеховых условиях. Высокая стабильность источников опорного напряжения и цифровое преобразование сигнала приемника излучения в температуру создали предпосылки для увеличения межповерочного интервала пирометров.

Все более широкое  применение получает радиационная термометрия  в технологических процессах, ранее  традиционно использовавших контактные методы, причем диапазон измерений  расширился в сторону низких температур до минус 50С, расширяется область применения тепловизоров, очень актуально внедрение неконтактных методов измерения температуры в энергетической промышленности. Значительно сократилась доля визуальных пирометров, еще в 80-е годы составлявшая более 70%, в настоящее время, по-видимому, она не превышает 25-30%.

Общее число применяемых  пирометров в России, по оценке ВНИИМ 50-70 тысяч.

Структура парка включает следующие основные группы приборов:

- сканирующие пирометры (тепловизоры) - 3-5%;

- пирометры полного  и частичного излучения – 70-75%;

- пирометры спектрального  отношения – 10-15%;

- монохроматические пирометры  -15-20%.

 

Кратко рассмотрим основные преимущества и недостатки пирометрического метода перед контактными:

 

    1. Перед контактными  методами измерения температуры  пирометрические обладают следующими  преимуществами:

    - высоким быстродействием,  определяемым типом приемника  излучения и схемой обработки  электрических сигналов. При использовании квантовых приемников излучения (фотодиодов) и быстродействующих аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) постоянная времени может составлять 10^-2 – 10^-6 с.;

    - возможностью  измерения температуры движущихся  объектов и элементов оборудования, находящихся под высоковольтным потенциалом;

    - отсутствием  искажения температурного поля  объекта контроля, что особенно  актуально при измерении температуры  материалов с низкой теплопроводностью  (дерево, пластик и др.), а также  риска повреждения поверхности и формы в случае мягких (пластичных) объектов;