Klasyfikacja bezkontaktowych przyrządów pomiarowych

Wśród urządzeń do bezkontaktowego pomiaru temperatury wyróżniamy:
• mierzące temperaturę w określonym punkcie;
• rejestrujące jej rozkład na powierzchni.

Do bezkontaktowych pomiarów punktowych stosowane są pirometry oraz specjalne głowice pomiarowe. Urządzenia te zbudowane są z układu optycznego, detektora podczerwieni i modułu elektronicznego przetwarzającego sygnał elektryczny na wartość temperatury. Wynik ten może być dostępny w postaci cyfrowej na monitorze pirometru lub w formie sygnału np. w standardzie 4..20mA.

Należy pamiętać, ze określenie „pomiar punktowy" jest umowne i w rzeczywistości wielkość obszaru, z którego dociera promieniowanie podczerwone, jest uzależniona od układu optycznego przyrządu i od odległości, z jakiej prowadzony jest pomiar. Przykładowo prosty pirometr z odległości 2 m mierzy średnią temperaturę z obszaru koła o średnicy ok. 70 mm. Oznacza to, że precyzyjny pomiar temperatury obiektów o niewielkich rozmiarach z dużych odległości jest niemożliwy, ponieważ pirometr uśrednia temperaturę obiektu oraz jego tła. Wynik pomiaru może być obarczony dużym błędem.

Jeśli wymagany jest szybki pomiar temperatury, a pole pomiaru ma małą powierzchnię, rozwiązaniem są specjalne przyrządy pomiarowe wyposażone w optykę wykonywaną wg indywidualnych wymagań odbiorcy. Jeden z krajowych producentów urządzenia takie projektuje i wytwarza z zastosowaniem ultraszybkich, niechłodzonych detektorów podczerwieni. Detektory te mają stałą czasową poniżej 1 ns. Przy zastosowaniu odpowiedniego układu optycznego i systemu przetwarzania sygnałów można dokonywać pomiarów punktowych obiektów o minimalnych wymiarach 0,2 x 0,2 mm. Przebieg zmian temperatury jest wizualizowany i zapisywany na PC.

Urządzeniem pomiarowym o większych możliwościach jest kamera termograficzna umożliwiająca wizualizację i rejestrację powierzchniowego rozkładu temperatury w postaci kolorowych termogramów. Kolory umownie reprezentują wartości temperatur, które można odczytać w postaci cyfrowej po wskazaniu danego punktu na monitorze kamery lub komputera w trakcie obróbki danych. Rozdzielczość przestrzenna kamer jest wyższa niż pirometrów. Przykładowo gdy kamera ma rozdzielczość 0,6 mrad, umożliwia poprawny pomiar temperatury obiektów o wymiarach 6 x 6mm z odległości 10 m.

Kamery termograficzne klasyfikuje się następująco:
• skanujące;
• macierzowe.

Historycznie pierwszymi kamerami były kamery skanujące, zbudowane w oparciu o chłodzony ciekłym azotem detektor jednoelementowy z układem wirujących zwierciadeł lub pryzmatów. W miarę rozwoju technologii udało się wyeliminować konieczność kriogenicznego chłodzenia detektorów. Na naszym rynku nadal dostępna jest kamera skanująca wykorzystująca detektor podczerwieni chłodzony termoelektrycznie.

Kamery macierzowe wykorzystują macierz detektorów. Obraz powstaje w „czasie rzeczywistym", z częstotliwością rzędu 50 Hz. Kamery macierzowe są kolejnym krokiem w rozwoju termografii. Dzięki wyeliminowaniu układów skanowania kamery te są mniejsze i lżejsze od swoich poprzedniczek. Zakres ich zastosowań również jest szerszy.

Ograniczeniem kamer skanujących z detektorami bez chłodzenia kriogenicznego był czas tworzenia obrazu, który wynosił kilka do kilkunastu sekund. Praktycznie kamera musiała być w trakcie pomiarów nieruchoma (na statywie). Możliwa była jedynie rejestracja rozkładów temperatur wolnozmiennych w czasie. Obiekty będące przedmiotem pomiaru musiały być nieruchome względem kamery, aby obraz był nieporuszony. Ograniczeń tych nie mają kamery macierzowe. Wśród kamer macierzowych wyróżniamy:
• kamery macierzowe pomiarowe;
• kamery macierzowe obserwacyjne.

Za pomocą tych pierwszych można dokonywać dokładnego pomiaru temperatury. Kamery macierzowe obserwacyjne wykorzystywane są np. do zobrazowania terenu w ciemności lub w utrudnionych warunkach widoczności. Kamery obserwacyjne znajdują zastosowanie w wojsku, straży granicznej, pożarnej, w ochronie mienia. W raporcie skupimy się na kamerach pomiarowych.

W ostatnich latach obserwujemy duży ruch na rynku producentów kamer. Rosnące zapotrzebowanie na zastosowanie termografii spowodowało wzrost produkcji kamer o coraz wyższych parametrach i niższych cenach. Na rynku działa wiele firm produkujących kamery, wśród nich są także producenci polscy.

Od początku swojej historii termografia nie należała do najtańszych metod diagnostycznych. Kamery początkowo (w latach 70.) wymagały chłodzenia kriogenicznego, były bardzo ciężkie i niewygodne w użyciu. Ich ceny i koszty eksploatacji (ciekły azot) były zawrotne.

Czytaj więcej na temat termografii oraz kamer termowizyjnych:

Wprowadzenie do termografii. Prawo Stefana - Boltzmana.

Wpływ czynników zewnętrznych na dokładność pomiaru. Działanie kamery macierzowej.

Dobór kamery termograficznej. Czym się kierować przy wyborze?

Zastosowania kamer termograficznych