Bilim.techО проекте

Термография

Как тепловизор находит ослабший контакт или подшипник без смазки и почему блестящий металл его обманывает? Води курсором по тепловой картинке, сравнивай одинаковые узлы по ΔT и меняй излучательную способность.

01 Что это такое

Тепловизор видит инфракрасное излучение, которое испускает любое теплое тело, и рисует температуру цветом. Дефект почти всегда греется раньше, чем ломается.

Ослабший контакт в разъеме, подшипник без смазки, тормоз, который не отпускает, клапан, через который перетекает масло: везде лишнее трение или сопротивление превращается в тепло. На тепловизионной картинке такой узел светится ярче соседей. Важно сравнивать одинаковые узлы в одинаковых условиях и помнить, что камера мерит излучение, а не температуру. Матовая краска излучает почти как черное тело, а блестящий металл почти все отражает, и камера «видит» на нем отражение холодного неба или собственное тепло оператора.

матовая краска, ε = 0,95полированный алюминий, ε = 0,05обе пластины 80 °Cобе пластины 80 °Cнебо −20 °Cкамера: 80 °Cкамера: −11 °Cсвоеотраженное
Одинаковая температура, разное излучение. Если в камере выставлено ε = 0,95, блестящая пластина покажется почти холодной.
ε
Излучательная способность. Какую долю от излучения идеального черного тела испускает поверхность. От 0 до 1: краска 0,9–0,95, ржавая сталь 0,8, блестящий металл 0,05–0,2.
ΔT
Превышение температуры, °C. Насколько узел теплее такого же соседнего узла под той же нагрузкой. По ΔT, а не по самой температуре, решают, насколько серьезен дефект.
Tф
Отраженная температура фона, °C. Что «видит» поверхность вокруг себя: небо, стены, солнце. Ее отражение камера тоже принимает за свое.
02 Опыт
Води курсором. Сравни узлы. Обмани камеру блестящим металлом. ТЕПЛОВИЗОР
ДИАГНОСТИКА

Тепловизионный снимок узла

Рис. 7.6

ГОТОВЫЕ СЛУЧАИ
Под курсором
ΔT между узлами
Ошибка камеры на горячем узле
03 Формулы по буквам

Что на самом деле мерит камера

Тепловизор принимает поток излучения и пересчитывает его в температуру по закону Стефана–Больцмана. Пересчет верен, только если ε и фон заданы правильно. Числа под формулами считаются по горячему узлу из опыта.

Что попадает в объектив?

W = ε·σT⁴ + (1 − ε)·σTф⁴

Первое слагаемое: свое излучение поверхности. Второе: отраженное излучение окружения. Чем меньше ε, тем больше в сигнале чужого и меньше своего. Сам закон излучения разобран в теме «Теплопередача».

W
поток излучения с 1 м², Вт/м²
ε
излучательная способность, от 0 до 1
σ
постоянная Стефана–Больцмана, 5,67·10⁻⁸ Вт/(м²·К⁴)
T, Tф
температура поверхности и фона, К (°C + 273)

Насколько серьезен нагрев?

ΔT = Tузла − Tсоседа

Сравниваем с таким же узлом: другой фазой, другой опорой, другой стороной машины. Так убирается влияние погоды и нагрузки. Для электрики пороги жесткие: уже 3 °C между фазами повод присмотреться.

ΔT
превышение, °C
Tузла
максимум на подозрительном узле, °C
Tсоседа
максимум на таком же исправном, °C

Когда камера врет?

εкам ≠ ε → Tкам ≠ T

Камера решает первое уравнение относительно T, подставляя свое ε. Если на самом деле поверхность блестит и ε меньше, камера занижает температуру горячего узла. На блестящем металле ΔT тоже сжимается, и опасный контакт выглядит безобидным.

εкам
значение, выставленное в настройках камеры
Tкам
что показывает камера, °C
T
истинная температура, °C

Таблица серьезности по ΔT

Для электрооборудования пользуются порогами по ΔT между одинаковыми элементами под нагрузкой: до 3 °C наблюдать, 4–15 °C ремонтировать при ближайшей остановке, больше 15 °C немедленно. Нагрев контакта растет как квадрат тока, поэтому при малой нагрузке дефект почти не виден.

Для механики жестких норм нет, у каждой службы ТО свои цифры. Обычно сравнивают одинаковые узлы и следят за трендом: подшипник, который каждый месяц теплее на 5 °C, говорит больше, чем один снимок.

Как избежать ошибки по ε: снимать матовые, окрашенные или окисленные места, клеить на блестящие детали черную изоленту (ε ≈ 0,95) и снимать под углом не больше 45° к нормали.

электрика, ΔT между фазами1315 °Cнаблюдатьремонт в плановую остановкусразумеханика, ΔT между одинаковыми узлами51020 °Cнормасмазка?планстоппороги в опыте, близкие к практике служб ТО
Для электрики пороги взяты по рекомендациям NETA, для механики учебные.
04 Где и зачем это применяют

Чтобы найти горячую точку до пожара или заклинивания

Допущения модели+

Картинка синтезирована: температура задана гладкими пятнами, нагрев дефекта пропорционален нагрузке, а для электрики ее квадрату. Камера считается идеальной: весь поток собирается в одном диапазоне длин волн, как будто она мерит полный поток по закону Стефана–Больцмана. Настоящие камеры работают в диапазоне 7,5–14 мкм, учитывают поглощение воздухом и расстояние, но смысл ошибки по ε тот же. Фон узлов окрашен, ε = 0,95. Пороги серьезности учебные; для электрики они близки к таблице NETA MTS.

Еще в направлении «Инженерия»

Все темы направления «Инженерия» →