Тепловизионная камера — настройка коэффициента излучения и отражённой кажущейся температуры

Статья о термографическом обследовании рассматривает, как инфракрасное обследование применяется в дополнение к NEN 3140 и какой класс пожарного риска по NTA 8220 вытекает из обнаруженной разницы температур. Эта статья рассматривает условие, предшествующее надёжному измерению: тепловизионная камера не измеряет температуру поверхности напрямую, а вычисляет её из обнаруженного инфракрасного излучения — и этот расчёт верен только в том случае, если камера заранее правильно настроена под свойства измеряемой поверхности.

Что фактически измеряет тепловизионная камера

Тепловизионная камера обнаруживает инфракрасное излучение, падающее на датчик, и затем пересчитывает его в значение температуры на основе ряда заданных параметров: коэффициента излучения измеряемой поверхности, отражённой кажущейся температуры окружения, расстояния измерения и атмосферных условий. Обнаруженное излучение происходит не исключительно от самого измеряемого объекта: часть его представляет собой излучение окружающих объектов, отражённое от измеряемой поверхности. Без правильной настройки этих параметров — особенно коэффициента излучения — отображаемая температура может существенно отличаться от фактической температуры поверхности.

Коэффициент излучения: насколько хорошо поверхность излучает инфракрасное излучение

Коэффициент излучения (ε, значение от 0 до 1) показывает, насколько эффективно поверхность излучает инфракрасное излучение по сравнению с теоретически идеальным излучателем («чёрное тело», ε = 1). Материалы, значимые при электрических обследованиях, существенно различаются по коэффициенту излучения:

• Окисленная или патинированная медь/алюминий (например, выветренная шина или контактная поверхность): обычно относительно высокий коэффициент излучения в диапазоне от 0,6 до 0,8.
• Голый, полированный металл (новое или очищенное медное или алюминиевое соединение): значительно более низкий коэффициент излучения, часто всего от 0,1 до 0,3 или ниже — такие поверхности ведут себя скорее как зеркало для инфракрасного излучения, чем как собственный источник излучения.
• ПВХ-изоляция кабеля и большинство окрашенных или покрытых поверхностей: относительно высокий, стабильный коэффициент излучения в диапазоне от 0,9 до 0,95, что делает эти материалы относительно простыми и надёжными для измерения.

Голая металлическая контактная поверхность — именно тот тип соединения, который при электрическом обследовании часто представляет наибольший интерес, — поэтому обладает самым низким, наиболее трудно измеримым коэффициентом излучения среди упомянутых материалов.

Почему неверный коэффициент излучения приводит к большим ошибкам измерения

При низком коэффициенте излучения большая часть обнаруженного камерой излучения является отражённым излучением от окружения, а не излучением, испускаемым самим объектом на основе его собственной температуры. Если камера настроена на коэффициент излучения, слишком высокий по отношению к фактической голой металлической поверхности, измеренная температура систематически отображается заниженной — фактически перегретая точка контакта может быть при этом пропущена, именно в том месте, где обнаружение перегрева наиболее важно.

Практическое решение: эталонный материал с известным коэффициентом излучения

Распространённый практический приём для надёжного измерения голой металлической контактной поверхности — нанесение небольшого кусочка матовой чёрной ленты или краски с известным, высоким коэффициентом излучения (обычно около 0,95) непосредственно рядом с проверяемой точкой контакта или на неё, до того как установка будет под напряжением и нагрузкой. Поскольку эталонный материал находится в тесном тепловом контакте с измеряемой поверхностью, температура эталонной ленты даёт надёжное указание на фактическую температуру находящегося под ней металла — даже если сам голый металл трудно измерить напрямую.

Отражённая температура: метод «смятой алюминиевой фольги»

Помимо коэффициента излучения, необходимо также правильно настроить отражённую кажущуюся температуру окружения, особенно для поверхностей с более низким коэффициентом излучения, где отражение играет большую роль. Распространённый практический приём для определения этого значения: помещение куска смятой (а затем частично развёрнутой) алюминиевой фольги — которая сама обладает очень низким коэффициентом излучения и, следовательно, сильно отражающей, диффузной поверхностью — в поле зрения камеры и настройка камеры при этом на коэффициент излучения около 1,0; отображаемое значение тогда приближает отражённую температуру окружения, которая затем вводится в настройки камеры как отражённая температура.

Практическая значимость

При термографическом обследовании распределительного щита по NEN 3140 с сочетанием окрашенных корпусов, изолированных кабелей и голых медных или алюминиевых шинных участков важно корректировать настройку коэффициента излучения под тип измеряемой поверхности, либо применять эталонную ленту на трудноизмеримой голой металлической контактной поверхности — одна фиксированная настройка коэффициента излучения на всё обследование при смешанных материалах даёт ненадёжные результаты именно в тех местах (голых контактных поверхностях), которые наиболее важны для обнаружения перегретого соединения.

Частые ошибки

1. Использование одной фиксированной настройки коэффициента излучения на всё обследование, независимо от того, является ли измеряемая поверхность окрашенной, изолированной или голым металлом — это даёт систематически заниженное отображение температуры на голых металлических контактных поверхностях.
2. Отсутствие настройки отражённой температуры или оставление её на значении по умолчанию в среде с существенно отличающимися температурами окружения (например, прямой солнечный свет на наружном распределительном шкафу) — это в первую очередь искажает измерение поверхностей с низким коэффициентом излучения.
3. Отсутствие применения эталонного материала с известным коэффициентом излучения на критической голой металлической точке контакта — без эталона надёжное абсолютное измерение температуры на таких поверхностях едва ли возможно.
4. Сравнение абсолютных значений температуры между измерениями с разными настройками коэффициента излучения — для содержательного сравнения (например, при повторной проверке) необходимо использовать одинаковые настройки либо явно учитывать разницу в настройках при интерпретации.

Связанные материалы

• Термографическое обследование и NTA 8220 — класс пожарного риска
• Наконечники и обжимные соединения кабелей — требования к прессовым соединениям
• Измерение переходного сопротивления (микроомметром) — соединения
• Электрическая дуга — риски и меры контроля