Termográfia
A termográfiai vizsgálatok elméleti alapjai
Az elektromágneses sugárzásnak rendkívül széles spektruma van. Az ember számára a látható fény alegfontosabb. A Nap sugarainak kb 50 %-a látható fény, kb 30%-a az infravörös: tartomány. Állatvilág igen változatos, pl. a csörgőkígyó az infravörös tartományban „lát”. „Amit kispórolt belőlünk a természet, azt a mérnökök lehetővé tették”
A hő terjedésének három formája létezik:
Hővezetés: Hő egy közeg egyik – magasabb hőmérsékletű – részéből annak másik, hidegebb része felé áramlik, a közeget alkotó részecskék elmozdulása nem számottevő. A gázoknál ez a mozgás rendezetlen.
Hőszállítás: A részecskék rendezett mozgása révén jut tovább a hő.
Hősugárzás: Elektromágneses sugárzás útján jut el a hő az egyik helyről a másikra, ennek viselkedése hasonló a fényhez.
Egy test sugárzással szembeni viselkedése
A hőenergia és az infravörös tartomány jellemzése
A hő nem más, mint az anyagi molekulák mozgási energiájának átlagértéke. A gázokban a molekulák rendszertelen mozgást végeznek, egymásnak és a teret határoló falnak ütközve. Ütközéskor a mozgási energiájukból veszítve, hőenergia keletkezik.
A szilárd testekben a rácspontok körüli rezgés formájában nyilvánul meg, ahol a kitéréssel arányos a hőmérséklet. Tovább növelve a hőmérsékletet, az atom kiszakad a rácskötésből, az anyag folyadékfázisba megy át.
A folyadékokban az atomok, molekulák már szabadabban mozognak, megnő a szabad úthossz, de még nem annyira, mint a gázhalmazállapotú fázisban.
Ha zárt térben két különböző hőmérsékletű test van, megindul közöttük a hőcsere. Ha érintkeznek, hővezetéssel, ha nem hősugárzással törekednek a kiegyenlítődésre.
Egyensúlyra való törekvés: a térben minden helyen azonos hőmérséklet alakuljon ki (homogén hőeloszlás).
A hőenergia, amennyiben nincs beavatkozás, mindig a magasabb hőmérsékletű helyről áramlik az alacsonyabb hőmérsékletű hely irányába (hőtan II. főtételének egyik megfogalmazása). Ez a hő kinetikai értelmezése.
Az infravörös tartomány elhelyezkedése az elektromágneses spektrumban:
Az infravörös sugárzás két tartományra osztható: Közép –IR (3-8 μm), Távoli –IR (8-15 μm) A mérések során a közeli termográfiában 0,7 μm-től a 12 μm tartományban vizsgálódunk.
Lényeges különbség a két tartomány felhasználásában van:
A közép-IR-t használó műszer képes üvegen át is érzékelni a hőmérsékletet, viszont az atmoszféra hatásaira rendkívül érzékeny.
A távoli-IR üvegen át nem érzékeli a hőmérsékletet, viszont az atmoszféra hatásaira alig érzékeny, a gyakorlatban sokkal könnyebben használható.
A testek sugárzására vonatkozó törvények
A különböző test különböző sugárzási tulajdonságokkal bírnak. Ideális sugárzó a fekete test:
A fekete test rendelkezik a legnagyobb hősugárzással, az emisszivitása (~100% azaz ε~1) (elnyelő képessége is ennek a legnagyobb).
A fekete testen kívül termodinamikailag megkülönböztetünk még szürke, illetve színes testeket.
A Termográfia elméleti háttere
A termográfia hősugárzás detektálásán alapuló, képi megjelenítéssel dolgozó hőmérséklet mérő eljárás. Termografikus felvételek készítése során egy tárgy által kibocsátott infravörös sugárzást alakítunk át képpé, és azt ún. hamis-szín képpel jelenítünk meg. A tárgy és az általa kibocsátott sugárzás között szoros összefüggés van, a sugárzás függ:
- a vizsgált tárgy felületi hőmérsékletétől,
- a felületi tulajdonságaitól és
- a környezet tulajdonságaitól.
Mérési eredményt befolyásoló legfontosabb tényezők:
- a tárgy emissziós tényezője
- környezeti hőmérséklet és a környezet tulajdonságai
- a vizsgálandó tárgy távolsága a mérőműszertől
- relatív páratartalom
- egyéb tényezők (hősugárzó tárgy a vizsgálandó tárgy közelében, reflexió, légkör csillapítása)
A tárgy emissziós tényezője:
Az egyik legfontosabb paraméter a tárgy emissziós tényezője, röviden a tárgy azon tulajdonsága, amely megmutatja, hogy az abszolút fekete testhez képest milyen mértékű energiát képes kibocsátani. A legtöbb test emissziós tényezője 0,1 és 0,99 közötti értéktartományba esik. A polírozott, fényes
felületek 0,1 , míg a matt oxidált felületeké lényegesen nagyobb, 0,8-0,99.
Környezeti hőmérséklet és a környezet tulajdonsága
Ez a paraméter a tárgyban tükröződő környezet, valamint a tárgy és a mérőműszer közötti közeg saját sugárzását küszöböli ki.
Távolság és a relatív páratartalom
A sugárzás hatása a távolsággal arányosan csökken az elnyelődés hatására, ezért különösen nagy távolságoknál kell figyelembe venni. Az elnyelődés mértéke szintén függ a relatív páratartalomtól is.
Termográfia alkalmazási területei:
Ipari felhasználások:
- Villamos rendszerek
- Gépészeti rendszerek
- Építészeti rendszerek
- Kohászati rendszerek
- Minőségi ellenőrző rendszerek
Polgári felhasználások:
- Gyógyászati rendszerek
- Mezőgazdaság
- Hulladék kezelés
- Geológia
- Tűzoltóság
Katonai, határvédelmi, rendészeti felhasználások:
- Éjjel látó készülékek
- Hőkövető rakéták
- Infra reflektorok
VILLAMOS RENDSZEREK
- Kötéshibák
- Fázis asszimmetriák
- Túlterhelt rendszerek
- Melegedések
- Hibásan működő alkatrészek
- Gépészeti meghibásodásra utaló jelek
GÉPÉSZETI RENDSZEREK
- Csapágyhibák (csak durva hibák)
- Gépbeállítási problémák
- Kenetlenség, szorulások
- Rendellenes melegedés
- Kazánok vizsgálata
- Szigetelések vizsgálata
- Villamos motorok túlterheltsége
- Kondenzátorok, gőzleválasztók
- Gőzszerelvények működése
ÉPÍTÉSZETI RENDSZEREK
- Hő hidak kimutatása
- Hőszigetelés vizsgálat
- Nyílászárók beépítési hibái
- Beázások
- Falban lévő vezetékék dugulása, repedése
- Egyéb