Kamery termowizyjne – jak wybrać najlepszą

© Fluke

Udostępnij:

 

Wybór kamery termowizyjnej nie jest łatwy. Przede wszystkim dlatego, że jest to spory wydatek, który może sięgać nawet kilkudziesięciu tysięcy złotych. Ponadto każda firma potrzebuje innego urządzenia spełniającego jej indywidualne wymagania i wyposażonego w funkcje przydatne z punktu widzenia wykonywanej przez nią działalności.

Kamery termowizyjne znajdują obecnie zastosowanie w rożnych branżach. Zainteresowane są nimi głownie firmy działające w przemyśle, energetyce, budownictwie oraz górnictwie (choć sama termografia popularna jest także w medycynie, wojsku, policji, rolnictwie czy w badaniach naukowych). Dzięki kamerze termowizyjnej przedsiębiorstwo przemysłowe może sprawdzić stan urządzeń zasilanych energią elektryczną oraz na bieżąco identyfikować miejsca, w ktorych występują przegrzania na złączach czy uszkodzenia maszyn. Podobne zastosowanie kamera termowizyjna znajduje w energetyce, gdzie kluczową kwestią jest wykrywanie wad i awarii w układach elektrycznych wyprowadzania mocy, prądnic, transformatorów, elementów rozdzielnic, sieci przesyłowych i torów prądowych, a nawet ocena stanu nagrzania maszyn i urządzeń: łożysk tocznych i ślizgowych, przekładni mechanicznych, reduktorów czy sprzęgieł ciernych. Z kolei w budownictwie kamera termowizyjna może okazać się niezastąpiona podczas sprawdzania stanu ocieplenia domu i ogólnej izolacji. Kamery termowizyjne odgrywają również kluczową rolę w górnictwie, gdzie w wielu przypadkach pozyskane z nich dane mogą nawet uratować życie. W kopalniach pomagają zapobiegać pożarom endogenicznym spowodowanym samozapłonem węgla, które ze względu na brak wyraźnych oznak pożaru (płomieni) są niemal niewykrywalne bez tego rodzaju urządzeń. Kamery termowizyjne pomagają również w poszukiwaniu ludzi w zadymionych miejscach. Do dziś korzysta z nich wiele polskich kopalń, jak choćby Katowicki Holding Węglowy.



 

MM KOMENTARZ

Przeznaczenie kamery warunkuje dobór jej parametrów. Podstawową kwestią jest to, czy ma to być sprzęt stacjonarny, przenośny czy specjalistyczny. Ważny jest dobór odpowiedniego zakresu pomiarowego i czułości termicznej. Istotne znaczenie ma również rozdzielczość matrycy oraz odpowiedni obiektyw. Obecnie kamery termowizyjne znajdują zastosowanie w szeroko pojętym budownictwie, energetyce oraz w zakładach przemysłowych (głównie w służbach utrzymania ruchu i nadzoru nad procesami produkcyjnymi). Kamery są przydatne wszędzie tam, gdzie potrzebna jest bezinwazyjna kontrola stanu przedmiotów, maszyn, urządzeń lub w instalacji bez konieczności wyłączania ich z pracy. Dzięki kamerze termowizyjnej możliwe jest wykrywanie potencjalnych zagrożeń zanim dojdzie do poważnych awarii i uszkodzeń.

 

Łukasz Baran, specjalista ds. rozwoju produktów w firmie Sonel

 

Sposób działania kamery termowizyjnej
Kamera termowizyjna funkcjonuje na zasadzie przetwarzania promieniowania podczerwonego, a więc długości fali niezauważalnej dla ludzkiego oka (0,38-0,78 μm). Zwykle kamery te działają w dwóch zakresach długości fal: 2-5 μm (kamery krótkofalowe SW) lub 7,5-8 μm (kamery długofalowe LW). Obraz odbity przez obiekty znajdujące się w zasięgu kamery przetwarzany jest najpierw na sygnał elektryczny, który następnie jest wyświetlany na ekranie urządzenia zwanego termogramem. Całość składa się z układu optycznego, detektora promieniowania podczerwonego (zwykle półprzewodnikowego, wykonanego przeważnie z krzemu, tellurku kadmu i rtęci lub antymonku indu wraz z układem chłodzenia oraz elektronicznego toru wzmacniania, przetwarzania i wizualizacji w kolorach lub odcieniach szarości. Jednym z kluczowych elementów kamery termowizyjnej jest wspomniany wcześniej detektor, który we współczesnych urządzeniach projektowany jest w formie matrycy składającej się z pojedynczych detektorów – pikseli. Każdy detektor przetwarza promieniowanie na sygnał pomiarowy widoczny na ekranie w postaci temperatury badanego obiektu. Wizualne przedstawienie wyników pomiaru możliwe jest dzięki przypisaniu odpowiednich kolorów do wartości temperatur. Natomiast kolorowy obraz, czyli zdjęcie termowizyjne stanowiące końcowy wynik pomiaru, powstaje przez zebranie wszystkich punktów z detektorów.

Wyposażenie na miarę potrzeb
Kamerę termowizyjną należy dostosować do własnych potrzeb. Nie zawsze najdroższe rozwiązanie będzie najlepsze z punktu widzenia konkretnego użytkownika. Może się bowiem okazać, że wiele dodatkowych funkcji, jak np. lampa LED czy dotykowy wyświetlacz, zwyczajnie się nie przydadzą w praktycznych zastosowaniach. Staranny dobór potrzebnego wyposażenia jest tym bardziej istotny, że najtańszą kamerę termowizyjną można kupić już za ok. 2-3 tysiące złotych, podczas gdy za najdroższe rozwiązania zapłacimy nawet 75 tysięcy złotych (a niekiedy i więcej). Po uwzględnieniu dodatkowego wyposażenia niezbędnego do skonfigurowania kamery do zaawansowanych potrzeb jej cena może zrównać się z kosztem zakupu nowego średniej klasy samochodu lub mieszkania w małym mieście. Warto więc przyjrzeć się najpierw ogolnym parametrom kamery, które pomogą w doborze odpowiedniego modelu, a następnie zastanowić nad funkcjami dodatkowymi, ułatwiającymi pracę w określonych warunkach danego przedsiębiorstwa.

 

MM KOMENTARZ

Podstawową kwestią przy zakupie kamery termowizyjnej jest precyzyjne zdefiniowanie własnych potrzeb. Jeżeli kamera ma być jedynie okazjonalnie wykorzystywana np. przez instalatora kominków, nie trzeba inwestować w sprzęt z dużym detektorem – wystarczy matryca o rozdzielczości 160×120 pikseli. Jeżeli natomiast potrzebujemy kamery do audytów energetycznych, spektrum dostępnych modeli znacznie wzrasta. Z uwagi na specyfikę pomiarów termowizyjnych w budownictwie urządzenia wykorzystywane w tej branży powinny umożliwiać wykonywanie precyzyjnych pomiarów zarówno z bliskiej, jak i dalszej odległości. Zadanie takie spełniają kamery z detektorem 320×240 pikseli. Ich producenci prześcigają się w oferowaniu różnych nowinek technicznych, takich jak np. praca detektora w trybie superrozdzielczość. Kamera z detektorem 320 × 240 pikseli rejestruje wówczas obrazy w jakości porównywalnej z urządzeniami o rozdzielczości 640×480 pikseli. Tryb ten można jednak uzyskać jedynie przy pracy z wolnej ręki.

 

Tomasz Janas, inżynier sprzedaży w firmie TEST-THERM Sp. z o.o.

 



Najważniejsze parametry kamery
W pierwszej kolejności trzeba wziąć pod uwagę rozdzielczość detektora, ktora przekłada się na jakość obrazu widzianego na ekranie kamery, a także czytelność poźniejszego wydruku i/lub analizy komputerowej. Rozdzielczość detektora informuje o tym, ile czujników promieniowania znajduje się na matrycy detektora. Im jest ich więcej, tym lepszej jakości jest obraz. Często wśrod parametrów kamery termowizyjnej pojawia się również rozdzielczość wyświetlacza LCD, której jednak nie należy utożsamiać z rozdzielczością detektora. Ta druga jest zdecydowanie ważniejsza, gdyż obraz pochodzący z detektora o małej rozdzielczości będzie rozmazany nawet przy dobrej jakości wyświetlacza LCD. Lepiej więc wyposażyć się w kamerę z lepszym detektorem niż ekranem. Ważnym parametrem kamery termowizyjnej jest także czułość termiczna wyrażona w stopniach Celsjusza, np. ≤0,10°C przy temperaturze obiektu 30°C (niektórzy producenci stosują również zapis 100 mK). Czułość termiczna kamery pokazuje najmniejszą rejestrowaną przez urządzenie różnicę temperatur między dwoma obiektami. Im mniejsza będzie ta różnica, tym bardziej precyzyjny będzie odczyt. Poza czułością termiczną warto również zwrócić uwagę na dokładność pomiaru, która powinna wynosić minimum } 2°C lub 2%, oraz obsługiwany zakres temperatur. Może się bowiem okazać, że dany sprzęt nie będzie w stanie przeprowadzić dokładnej analizy, np. bardzo gorących stref w obrębie pieców hutniczych, w których temperatura sięga nawet kilku tysięcy stopni Celsjusza. Jeśli natomiast kamera termowizyjna ma służyć jedynie do kontroli stanu izolacji budynków, zakres obsługiwanych przez nią temperatur nie musi być wysoki.

Akcesoria ułatwiające pracę
Po wybraniu odpowiedniej rozdzielczości detektora i sprawdzeniu czułości termicznej należy zastanowić się, w jaki sposób mają być prezentowane odczytane przez kamerę dane. Pomocny może się okazać np. wbudowany aparat cyfrowy, dzięki czemu nie trzeba będzie nosić ze sobą dodatkowego sprzętu. Poza zdjęciem termicznym otrzymamy wówczas także fotografię w świetle widzialnym, która ułatwi nam szybką lokalizację poszukiwanej strefy, np. nieszczelnej izolacji. Wbudowane aparaty posiadają rożną rozdzielczość, zwykle od 3 do 5 megapikseli. W zasadzie już 3 MPx wystarczą, aby zaprezentować dobre jakościowo zdjęcia, jeśli jednak firma zamierza przedstawiać wyniki swoich analiz na wydrukach dużego formatu, warto zastanowić się nad aparatem o większej liczbie megapikseli. Niektóre kamery posiadają nawet opcję nagrywania filmów, co również może ułatwić pracę np. w przypadku rejestrowania urządzeń w ruchu. Jednak znacznie ważniejszym akcesorium jest wbudowany wskaźnik laserowy umożliwiający zaznaczanie określonych punktów na zdjęciach wykonywanych w świetle widzialnym. Przydaje się on w szczególności tam, gdzie trzeba zachować dystans wobec badanego obiektu, np. w przypadku wadliwej instalacji elektrycznej.

 

MM KOMENTARZ

Na obraz z kamery termowizyjnej wpływają dwa podstawowe parametry: czułość detektora (NETD w mK), czyli stopień wykrywanych różnic temperatur, oraz rozdzielczość je (w pikselach). Przed zakupem warto zobaczyć i przetestować kamerę, bowiem zdarza się, że informacje podane na papierze rozmijają się z rzeczywistością. Warto zwrócić również uwagę na rozdzielczość geometryczną urządzenia (IFOV), która bezpośrednio przekłada się na dopuszczalną wielkość i odległość obiektów badanych danym zestawem (obiektywem). Istotnym parametrem jest też zakres mierzonych temperatur, który powinien być dostosowany do najcieplejszego diagnozowanego przez nas obiektu i to najlepiej z pewnym zapasem. Najczęściej z kamer termowizyjnych korzystają firmy z branży przemysłowej i energetycznej. Najważniejszym zadaniem tego typu urządzeń jest w tym przypadku utrzymanie ruchu, zwłaszcza torów prądowych o niskich, średnich czy wysokich napięciach. Bez prądu nie ma bowiem produkcji. Nie bez powodu termowizja torów prądowych stanowi najpowszechniejszy i najstarszy sposób wykorzystania kamer termowizyjnych.

 

Paweł Rutkowski, dyrektor ds. sprzedaży i promocji w firmie KameryIR.com.pl – Flir

 

Przemysłowe kamery do zadań specjalnych
Po zapoznaniu się z najważniejszymi parametrami i elementami kamer termowizyjnych warto zastanowić się, która z nich najlepiej sprawdzi się w konkretnej branży. W przypadku kamer stosowanych w przemyśle kluczowym wyznacznikiem będzie wysoka rozdzielczość detektora, umożliwiająca przeprowadzenie z dużej odległości dokładnej analizy wielkogabarytowych obiektów, takich jak piece czy kominy. Najlepiej, aby rozdzielczość detektora wynosiła minimum 320 × 240 pikseli, choć może się to wiązać z wydatkiem rzędu co najmniej kilkunastu tysięcy złotych. Mając dobrej jakości detektor, można zbadać duży obiekt już na podstawie dwóch lub trzech zdjęć termicznych. W przypadku sprzętu o niższej rozdzielczości do objęcia całego obiektu potrzebnych będzie kilka razy więcej zdjęć. Dla kamer przeznaczonych do zastosowań przemysłowych istotnym kryterium wyboru będzie także zakres temperatur. Jeśli sprzęt ma służyć do badania kominów czy pieców, warto mieć kamerę umożliwiającą dokładną analizę stref, w których temperatura sięga nawet 2000°C.

Elastyczne rozwiązania dla energetyki i budownictwa
Nieco mniejszy zakres tolerancji temperaturowej będzie potrzebny w branży energetycznej: aby dokładnie zbadać rożne elementy składające się na silniki czy turbiny, wystarczy kamera o zakresie do ok. 500°C. Podczas sprawdzania tego rodzaju maszyn przyda się też opcja nagrywania filmów, która pozwoli sprawdzić działanie sprzętu w dynamicznych warunkach. Pracując w energetyce lub przemyśle, warto również zastanowić się nad zoomem w kamerze umożliwiającym przybliżenie oddalonego obiektu. Z kolei w budownictwie – poza rozdzielczością detektora – bardzo ważnym kryterium doboru kamery jest jej czułość termiczna. Nieco mniejsze znaczenie ma natomiast zakres temperatur, gdyż przeprowadzając analizę termiczną budynku rzadko mamy do czynienia np. z gorącymi piecami. Dobrze natomiast zaopatrzyć się w kamerę z wymiennymi obiektywami, która umożliwi szybką analizę zarówno dużych budynków produkcyjnych, hal lub bloków mieszkalnych, jak i małych pomieszczeń (obiektyw szerokokątny) bez konieczności robienia kilku zdjęć termograficznych. Trzeba jednak pamiętać, że zmiana obiektywu niesie ze sobą zazwyczaj konieczność kalibracji kamery u producenta. Jak widać, wybór kamery termowizyjnej nie jest prosty. Najważniejsze, aby dokładnie określić cel wykorzystania urządzenia, a mając ograniczony budżet, zrezygnować ze zbędnych funkcji. Jeśli z kolei przedsiębiorstwo planuje rozwój, warto zastanowić się nad rozwiązaniem, które sprawdzi się również w przyszłości przy realizacji bardziej zaawansowanych projektów.

 

MM KOMENTARZ

Dokonując wyboru kamery termowizyjnej, klienci w pierwszej kolejności zwracają uwagę na rozmiar mikrobolometru rejestrującego promieniowanie podczerwone. Należy jednak pamiętać, że nie jest to jedyne ani podstawowe kryterium warunkujące jakość rejestrowanego termogramu. Wybierając kamerę termowizyjną, powinniśmy również zwrócić uwagę na takie parametry, jak czułość termiczna i rozdzielczość przestrzenna IFOV. Niezależnie od branży, w której wykorzystywane są kamery termowizyjne, należy pamiętać, że nie posiadają one obiektywów o zmiennej ogniskowej. W związku z tym już na etapie zakupu urządzenia zachodzi konieczność doboru odpowiedniej ogniskowej. Każdorazowa zmiana układu optycznego wymaga bowiem kalibracji kamery, co najczęściej wiąże się z koniecznością odesłania jej do producenta. Warto zatem przed zakupem wybrać rozwiązanie, które umożliwi jak najprostszą zmianę ogniskowej z wykorzystaniem dostępnych soczewek, bez angażowania w nią producenta.

 

Karol Bielecki, technical sales manager CEE w firmie Fluke B. V.

Udostępnij:

Drukuj



Robert Ocetkiewicz




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również