Kamery termowizyjne

Standardowe kamery są dostosowane do pracy w świetle widzialnym, czyli w zakresie widma elektromagnetycznego od około 400 nm do 780 nm. W przypadku kamer do monitoringu producenci stosują specjalne przetworniki zapewniające obrazowanie także w zakresie bliskiej podczerwieni, co umożliwia dyskretną obserwację obszarów oświetlonych za pomocą diod IR. Bardzo wiele cennych informacji pozostaje jednak niewidocznych dla zwykłych kamer – tymczasem obrazowanie w paśmie tzw. promieniowania termicznego (zwykle od około 8 do 14 μm) pozwala na wizualizację rozkładu temperatur dowolnych obiektów – czy to urządzeń technicznych (np. silników, okablowania, płytek drukowanych), czy też całych budynków bądź ich fragmentów (łączeń ścian, okien, podłóg, etc.).

Przykładowe zastosowania termowizji

Kamery termowizyjne znajdują szereg praktycznych zastosowań w różnych obszarach techniki. Dla przykładu wymieńmy kilka z nich:

1. Diagnostyka urządzeń elektrycznych – wykrywanie przegrzewających się przewodów, bezpieczników, transformatorów oraz innych komponentów elektrycznych w zakładach przemysłowych, rozdzielnicach budynków mieszkalnych i usługowych, czy też infrastrukturze miejskiej.

2. Monitorowanie maszyn i urządzeń – kontrola temperatury silników, łożysk, pomp, turbin i innych elementów mechanicznych w celu wczesnego wykrywania usterek i zapobiegania większym awariom.

3. Inspekcja systemów HVAC – ocena sprawności systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC), wykrywanie nieszczelności oraz problemów z izolacją.

4. Diagnostyka instalacji ciepłowniczych, wodociągowych i chemicznych – wykrywanie przecieków, zatorów itp.

5. Kontrola izolacji termicznej – ocena skuteczności izolacji termicznej pieców, kotłów, rur przemysłowych (co pozwala na minimalizację strat energii).

6. Inspekcja budynków – analiza strat ciepła, identyfikacja mostków termicznych, wilgoci, nieszczelności w izolacji budynków mieszkalnych.

7. Serwisowanie paneli fotowoltaicznych – wykrywanie przegrzewających się modułów lub innych uszkodzeń w instalacjach fotowoltaicznych, które mogłyby obniżać wydajność systemów solarnych, a nawet stwarzać zagrożenie pożarowe.

Kamera termowizyjna w pracowni elektronika

Szczególnie ciekawym zastosowaniem nowoczesnych kamer termowizyjnych jest analiza termiczna płytek drukowanych pod kątem lokalizacji awarii. W wielu przypadkach uszkodzenie komponentu/-ów powoduje przegrzewanie zarówno samych elementów w danym obwodzie (np. przetwornicy DC/DC), jak i współpracujących z nimi ścieżek. Skierowanie kamery termowizyjnej na podłączoną do zasilania płytkę drukowaną pozwala natychmiast zidentyfikować „podejrzane” elementy i obwody, co niebywale przyspiesza działania serwisowe. Mało tego – w niektórych przypadkach termowizja jest przydatna także podczas pierwszego uruchamiania prototypu urządzenia, zwłaszcza w przypadku układów zawierających elementy dużej mocy, np. sterowniki silników, tranzystory kluczujące dużej mocy czy też scalone końcówki mocy audio. Warto jednak pamiętać, że zdecydowana większość kamer termowizyjnych dostępnych na rynku nie radzi sobie zbyt dobrze z obrazowaniem przedmiotów znajdujących się w odległości rzędu kilkunastu czy kilkudziesięciu centymetrów od obiektywu. Dlatego też wybierając kamerę termowizyjną warto zdecydować się na model, do którego producent oferuje kompatybilne soczewki makro. Dobrym przykładem może być tutaj popularna kamera marki Uni-T – UTi260B, do której oferujemy dedykowany obiektyw UNI-T Z002. Dzięki zastosowaniu nakładki możliwe jest obserwowanie rozkładu temperatur przy rozdzielczości pozwalającej na rozróżnienie poszczególnych, nawet najmniejszych elementów SMD czy też wąskich ścieżek.

Parametry kamer termowizyjnych

Każda kamera termowizyjna może zostać opisana za pomocą szeregu parametrów technicznych, których znajomość jest niezbędna w celu porównania dostępnych modeli oraz właściwego wyboru odpowiedniej wersji urządzenia do danego zakresu zastosowań.

• Rozdzielczość przestrzenna czujnika IR jest fundamentalnym czynnikiem wpływającym na cenę i możliwości kamery termowizyjnej. Najprostsze modele oferują rozdzielczość na poziomie rzędu 32 x 32 px, co wystarcza do zgrubnego zidentyfikowania większych różnic w rozkładzie temperatur obiektu (np. ściany budynku). Dokładniejsze obrazowanie jest możliwe już przy rozdzielczości rzędu 120 x 90 px (taką matrycę oferuje np. model UTi712S). Modele profesjonalne – np. doskonała kamera UTi720E – mają czujniki o rozdzielczości rzędu 256 x 192 px (lub więcej), co pozwala na rozróżnianie nawet najmniejszych szczegółów na obrazie obserwowanego obiektu.

• Zakres temperatury określa przydatność kamery w danym obszarze aplikacyjnym. Przykładowo – do pomiarów temperatury PCB w warunkach pokojowych w zupełności wystarczy kamera pokrywająca zakres na poziomie od 20°C do 150°C...200°C, natomiast w zastosowaniach przemysłowych konieczny może być pomiar temperatur przekraczających nawet 500°C.

• Dokładność – podobnie jak w przypadku każdego innego urządzenia pomiarowego, także kamery termowizyjne charakteryzują się określoną dokładnością, wyrażoną w °C lub procentach. Ze względu na zastosowaną technologię większość kamer termowizyjnych wyświetla wynik z dokładnością nie przekraczającą +/-2°C, co w przeważającej części zastosowań okazuje się w zupełności wystarczające. Jeżeli natomiast konieczny jest dokładniejszy pomiar temperatury danego obiektu lub jego fragmentu, dobrym wyjściem może być „namierzenie” go za pomocą kamery termowizyjnej, a następnie zmierzenie temperatury lokalnej za pomocą pirometru.

• Rozdzielczość pomiaru oznacza minimalną różnicę pomiędzy odczytami temperatury, które wyświetlane są przez kamerę. Wielkość ta wyrażana jest – jakże by inaczej – w °C.

• Czułość odnosi się do minimalnego „kroku” dzielącego dwie najbliższe (rozróżnialne za pomocą danego sensora) wartości temperatury. Im mniejsza wartość, tym lepiej można zobrazować subtelne gradienty temperatury powierzchni obiektu – czułość jest podawana w milikelwinach (mK) i dla profesjonalnych kamer wynosi zwykle poniżej 50 mK.

• Pole widzenia kamery termowizyjnej, ściśle związane z zastosowaną przez producenta optyką, jest określane jako para wartości oznaczających kąty widzenia w poziomie i pionie (np. 56° x 42°). Szersze kąty widzenia pozwalają obrazować większy obszar z tej samej odległości, zaś węższe – zapewniają silniejsze powiększenie danego fragmentu.