Тепловизор: увидеть невидимое

05.11.13 08:28

Такие разные приборы

Тепловизор — прибор, который преобразует невидимое глазом инфракрасное излучение в видимое. Существует большой класс наблюдательных тепловизоров, позволяющий фиксировать в темноте объекты по их тепловому излучению (а оно есть у любого живого существа или предмета, температура которого отличается от абсолютного нуля). Такие приборы используют для охраны, охоты или в военных целях.

Однако для инженерных задач этого недостаточно, поэтому в энергетике и других отраслях промышленности применяют измерительные тепловизоры, способные не только перевести инфракрасное излучение в видимый спектр, но и измерить на расстоянии температуру поверхности объектов. О них далее и пойдет речь.

Конструкция тепловизора включает оптическую систему, инфракрасный приемник излучения, состоящий из одного или нескольких чувствительных элементов, и электронный блок, где происходит обработка сигнала. Инфракрасный приемник излучения — основной элемент тепловизора, он предназначен для преобразования инфракрасного излучения.

Приемник бывает охлаждаемый и неохлаждаемый — на основе микроболометров. Последний тип приборов в настоящее время получил на рынке наибольшее распространение. В нем в качестве ИК-приемника выступает тепловизионная матрица. Микроболометры в ее составе под воздействием теплового излучения изменяют проводимость, соответственно, меняется и исходящий от них электрический сигнал.

Научные высокоточные тепловизоры оснащаются квантовыми детекторами с охлаждением с помощью холодильника Стирлинга. Эти приборы дороги и не имеют широкого распространения.

В результате работы любой тепловизор выдает тепловизионное изображение — «картинку», на которой отражено распределение температурных полей объектов, попавших в поле зрения прибора, представленное в виде цветовых градаций, где каждому цвету соответствует определенная температура.

 

Тепловизор позволяет проводить диагностику работающего оборудования (фото ООО «ИРТИС»)

 

Всем и каждому

Сферы применения тепловизоров настолько многообразны, что только их перечислению можно посвятить целую статью. Температура — важный показатель, способный многое рассказать о том, как протекают те или иные процессы, поэтому тепловизионное обследование востребовано в медицине, строительстве, энергетике, добыче нефти и газа, металлургии, химической промышленности, машиностроении, электронике и многих других отраслях.

Удобство использования тепловизора в том, что он позволяет проводить диагностику на работающем оборудовании, что делает данный контроль более эффективным и оперативным. Отсутствие необходимости в непосредственном контакте дает возможность подвергать замерам оборудование, доступ к которому затруднен — в частности, аппараты, находящиеся под напряжением.

Если говорить об электроэнергетике, то, к примеру, неравномерный нагрев или превышение допустимой температуры электротехнического оборудования может свидетельствовать о наличии нарушений в его работе. С помощью тепловизора можно обнаружить утечки тепла или места перегрева. Грамотная интерпретация таких данных позволяет выявлять различные дефекты на ранних стадиях, планировать профилактические мероприятия, повышать энергоэффективность и надежность данного оборудования. Естественно, эти возможности тепловизора сделали его незаменимым помощником специалистов энергокомпаний, в частности электросетевых.

 

Тепловизионное обследование контактов (фото ООО «Терра Импэкс»)

 

Для надежности сетей

«Тепловизионный контроль в нашей компании достаточно широко используются на практике, — рассказывает Игорь Дмитриев, к.т.н., начальник департамента по эксплуатации ОАО «МРСК Урала» (г. Екатеринбург), — Обследованию подвергается электрооборудование подстанций и линий электропередачи класса напряжения 0,4–220 кВ.

При обследовании электрооборудования диагносты ОАО «МРСК Урала» производят тепловизионную съемку объекта с записью термограмм. При этом используются тепловизоры с высокочувствительной матрицей со специальным программным обеспечением для обработки полученных результатов. Производится съемка всех контактных соединений с замерами дополнительных параметров, необходимых для расчета результатов обследования. Для корректной работы тепловизора анализируется влажность и температура воздуха, коэффициент излучения объекта и т.д.

Зафиксированные на термограмме данные позволяют выявить наличие дефектов контактных соединений оборудования, перегрузки кабелей и автоматических выключателей, ухудшение изоляции и других дефектов, вплоть до внутренних дефектов в силовых трансформаторах, возникающих вследствие перегрева оборудования и его узлов.

Стоит отметить, что тепловизионное обследование является одним из точных методов контроля технического состояния электросетевого комплекса, позволяющих предотвратить выход из строя оборудования, эффективно контролировать его состояние, не производя отключения. Такая диагностика помогает определить наиболее слабые звенья в электросетевом комплексе и вести ремонты «адресно», что позволяет существенно сократить эксплуатационные затраты, не снижая надежности работы оборудования.

Таким образом, тепловизионное обследование, наряду с другими видами диагностики, способствует значительному снижению затрат на капитальный ремонт линий и подстанций, и существенно влияет на повышение надежности и качества электроснабжения потребителей».

 

Тепловизионные съемки комплексом Термограмма в зимних условиях (фото ООО «ТЕХНО-АС»)

 

Энергоаудитору — в помощь

После принятия соответствующих изменений в законодательстве, энергоаудит и энергообследования стали неотъемлемой частью жизни большинства производственных компаний и бюджетных организаций. Рост тарифов на энергоресурсы заставляет предприятия сферы ЖКХ уделять все больше внимания вопросам энергоэффективности. И, конечно, в этих случаях без тепловизионных обследований не обойтись.

Они помогают обнаружить места утечек тепла в зданиях и сооружениях, найти скрытые коммуникации, схемы размещения которых, как это нередко бывает, утеряны. С помощью тепловизора легко определить, эффективно ли работает система отопления и в чем причины ее проблем: воздушные пробки, засоры и т.д. Прибор указывает на прорывы в теплосетях, на нарушение теплоизоляции кровли, на места, в которых из-за перепада температур велика вероятность образования конденсата. Тепловизор помогает провести диагностику состояния систем кондиционирования и вентиляции.

Возникает вопрос, как выбрать тепловизор, который будет успешно справляться с задачами подобного рода?

«С точки зрения энергоаудита помещений, важное качество тепловизора — его быстродействие. Чем выше этот показатель, тем быстрее можно провести обследование и тем ниже будут затраты, — отмечает Юрий Шефер, аспирант кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности Института неразрушающего контроля Томского политехнического университета, автор проекта пассивного дома. — Детектор тепловизора должен обладать высоким разрешением. Это позволит рассмотреть мелкие детали даже на большом расстоянии. Камера с матрицей 640×480 — универсальна и позволяет получить детальную и подробную термограмму.

Температурный диапазон прибора показывает максимальную и минимальную температуру, которую способен зарегистрировать тепловизор. Этот показатель напрямую зависит от объекта обследования. К примеру, если в металлургии температура объектов может достигать 2000°C, то для аудита жилых помещений средний диапазон — от -40 до 80°C. Соответственно, чем шире диапазон, тем больший спектр исследовательских работ может выполнять тепловизор».

 

Тепловизионное обследование оборудования (фото ООО «Тэсто Рус»)

 

Еще одна характеристика тепловизора — его температурная чувствительность. Чем меньше этот показатель, тем меньший перепад температур можно обнаружить с его помощью, а, следовательно, увеличить качество и достоверность тепловизионного контроля.

«Функция автоопределения самой горячей или холодной области полезна для быстрого определения температурных аномалий, — говорит Ю. Шефер. — Например, при оценке качества установки стеклопакетов тепловизор моментально сможет определить место с наименьшей температурой, что в дальнейшем позволит устранить дефект.

Однако, делая выбор, следует помнить, что чем большей функциональностью обладает тепловизор, тем выше его стоимость. Поэтому важно выбирать прибор в зависимости от области его применения».

Остается только добавить, что тепловизоры, использующиеся для энергоаудита, должны иметь сертификат Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии и пройти поверку в соответствии с установленным регламентом.

 

Купить или попользоваться?

На сегодняшний день на российском рынке немало компаний, поставляющих тепловизоры, и не меньше тех, кто оказывает услуги по тепловизионному обследованию. Кстати, обратиться к последним — хороший вариант для организаций, которые нуждаются в проведении обследования не регулярно, а от случая к случаю.

Дело в том, что тепловизор — достаточно дорогой прибор (особенно если речь идет о профессиональных моделях), а его применение требует от персонала специализированных знаний относительно настройки параметров съемки и интерпретации полученной картинки. Если же специалистов нет, равно как и планов заниматься их подготовкой, то купленный тепловизор вместо бессменного помощника станет дорогой и малополезной игрушкой.

 

Термограмма демонстрирует, где находятся места утечки тепла из здания (фото ООО «ИРТИС»)

 

И все же для ряда компаний собственный тепловизор — уже не роскошь, а необходимый в повседневной работе прибор, так что вложенные в него средства стоит рассматривать скорее как инвестиции с будущей отдачей, нежели как расходы. Главное, выбрать именно тот вариант, который будет соответствовать потребностям покупателя.

На сегодняшний день на рынке тепловизоров доминируют зарубежные производители, и выбор брендов достаточно широк, однако наиболее известны приборы международных корпораций — Flir Systems Inc, Fluke Corporation (штаб-квартиры обеих — в США) и Testo AG (штаб-квартира — в Германии), NEC Avio (Nippon Avionics Co., Ltd, Япония). Из отечественных предприятий, выпускающих тепловизоры, стоит упомянуть ООО «ИРТИС/IRTIS» (г. Москва) и ООО «ТЕХНО-АС» (г. Коломна Московской обл.).

 

Отечественный вариант

Что же мешает развитию производства отечественных тепловизоров и их массовому распространению?

По мнению Виктора Васильева, зам. коммерческого директора ООО «ТЕХНО-АС», в России мало производителей тепловизоров, потому что на данный момент нет дешевой отечественной матрицы для этих приборов.

В результате матричные тепловизоры, на сегодняшний день получившие популярность на рынке, в России практически не выпускаются. Хотя у той же компании «ТЕХНО-АС» есть опыт улучшения характеристик иностранных матричных тепловизоров (комплексы «Термовед»). Чаще всего доработка касается увеличения возможного диапазона рабочих температур, что актуально для нашего климата. Однако нужно понимать, что стоимость прибора после такой доработки возрастает.

Наиболее же известный российский производитель («ИРТИС») производит тепловизоры принципиально другого типа — сканирующие инфракрасные радиометры (термографы). В отличие от описанного в начале статьи принципа действия матричного тепловизора, имеющего большое количество чувствительных элементов, термограф последовательно измеряет температуру в каждой точке и только после этого строит общую картинку.

 

Панорама технопарка в Новосибирске (фото ООО «Терра Импэкс»)

 

У того и другого типа приборов есть свои преимущества и недостатки. Матричные тепловизоры проще в эксплуатации, позволяют быстрее получать термограммы, а стоимость этих приборов постепенно снижается.

С другой стороны, как отмечает Михаил Щербаков, ген. директор компании «ИРТИС», термографы обеспечивают более высокую точность измерения абсолютных температур, равномерность чувствительности и оптической разрешающей способности по всему полю получаемой термограммы, стабильность характеристик во времени и полную компенсация температурного дрейфа в каждом кадре.

«Отсутствие объектива на входе позволяет прибору моментально адаптироваться к температуре окружающей среды и проводить точные измерения при любых ее изменениях (например, при перемещении термографа из помещения на улицу или наоборот), — объясняет М. Щербаков. — Все это повышает диагностические возможности термографа при проведении контроля оборудования по сравнению с тепловизором.

Главная задача, решаемая матричными тепловизорами — быстрое получение термограммы с максимальным температурным и геометрическим разрешением. Задача измерения радиационных температур для таких приборов очень сложна и требует учета многих факторов, таких как дрейф элементов матрицы, внешние и внутренние фоновые воздействия, изменения оптических свойств материалов объектива в зависимости от температуры окружающей среды и т.д. Попытки скорректировать все эти ошибки математическими расчетами не всегда приводят к необходимым результатам, поэтому метрологические свойства тепловизионных приборов в лабораторных условиях подтверждаются только в центре его поля зрения».

По мнению другого эксперта, Андрея Братыгина, руководителя направления ИК-УФ оборудования ОАО «Пергам-Инжиниринг», термографы, безусловно, имеют все указанные преимущества, однако все же представляют собой класс приборов для узкоспециализированных задач. Для массовых тепловизионных обследований они неудобны в силу большого времени формирования кадра и необходимости применения жидкого азота для охлаждения. Зарубежные термографы в Россию для использования в промышленности практически не поставляются.

Таким образом, при выборе тепловизора в первую очередь имеет смысл ориентироваться на сферы и задачи его предполагаемого применения. Мнение экспертов о новых функциях приборов и о перспективах их развития читайте в заключительной части статьи.

 

Екатерина Зубкова

На первой фото: тепловизор Flir E-series в работе (фото ОАО «Пергам-Инжиниринг»)

Читайте также: