Termografia: Guida base · Responsabile per il supporto tecnico Fluke Iberica e l'Italia...
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Voltimum Italia Srl in collaborazione con il nostro partner Fluke Italia Srl Relatore: Roberto Poyato Responsabile per il supporto tecnico Fluke Iberica e l'Italia Termografia: Guida base
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Voltimum Italia Srl in collaborazione
con il nostro partner
Fluke Italia Srl
Relatore: Roberto Poyato
Responsabile per il supporto tecnico Fluke Iberica e l'Italia
Termografia:
Guida base
Agenda
1. Concetti fondamentali
2. Caratteristiche delle termocamere
3. Applicazioni con la termografia
4. Le soluzioni Fluke sulla termografia
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Radiazione Infrarossa
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• Tutti i corpi caldi (T> -273 ºC) emettono
energia per irraggiamento
• Questa energia si trasmette dal corpo T1
con onde elettromagnetiche (non
necessitano di un corpo fisico per la
propagazione) con differenti lunghezze
d’onda
• Il secondo T2 corpo riceve l’energia
irraggiata e si può riscaldare
T1 > 0 K T2
Trasmissione del calore per irraggiamento
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I termometri IR misurano la
radiazione infrarossa emessa
da una superficie, la calcolano /
interpolano e danno la misura
Termometri IR
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E’ una tecnologia che permette di visualizzare parametri di temperatura
tramite camere elettroniche speciali.
Al contrario delle fotocamere per luce visibile, le termocamere creano
immagini di temperatura; misurano l’energia infrarossa (IR) irradiata da un
corpo e la convertono in un’immagine i cui punti rappresentano un valore
di temperatura.
Cos’è la termografia?
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• Realizzano fotografie infrarosse
(termografie) i cui punti della immagine
sono valori di temperatura.
• A ciascun valore di temperatura viene
associato un colore (tavolozza) per
differenziare le varie temperatura
Le termocamere
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La tavolozza “arcobaleno” da un contrasto maggiore
tra le zone con valori di temperatura vicini.
Nonostante la naturale propensione ad usare le
tavolozze a colori, si consiglia, quando cominciamo a
utilizzare la termografia, l’utilizzo della tavolozza di
“grigio” perché l’occhio umano coglie meglio le
differenze delle tonalità di grigio.
La tavolozza “ferro” da una più soave sfumatura di
un colore con l’altro dando un’immagine più
uniforme
Tavolozza di colore
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Su oggetti :
In movimento e molto caldi
Difficili da raggiungere
Che non si possono fermare
Pericolosi da misurare a contatto
Che sono contaminati o che non si possono alterare per contatto
Misure veloci, Sicure, Precise e Dinamiche
Perché la termografia è così utile?
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Caratteristiche tecniche delle termocamere
Il sensore della termocamera
Obiettivi
Il sistema di mesa a fuoco
La gamma di temperatura
La fusione dell’immagine IR e visibile
La comunicazione
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I diversi modelli di
termocamere possono
avere sensori differenti:
80x60, 120x90, 160x120,
220x165, 240x180,
260x195, 280x210,
320x240, 640x480, Super
risoluzione, etc.
Il sensore della termocamera
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- Matrice tipo FPA (Focal Plane Array) non raffreddata con 320 x 240 celle microbolometrica
- La radiazione IR ad onda lunga (da 7 a 14 micron) causano una diminuzione della resistenza elettrica di ogni cella, proporzionale alla radiazione ricevuta
- La lettura del cambio della resistenza avviene 9 volte al secondo, ciò permette di creare immagini radiometriche a 9Hz (9x76.800= 691.200 letture al secondo)
76.800 celle
320 elementi
240 e
lem
enti
Ossido di vanadio
B E
Silicio
IR
Esempio di sensore: 320 x 240 pixel
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Secondo il modello della termocamera, la lente
può essere fissa o può avere la possibilità di
usare anche un teleobiettivo o un
grandangolare.
Obiettivi
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Un parametro importante della lente è il suo campo visivo o FOV, che
determina quanto grande vedrà un oggetto nel display della fotocamera a
distanza
)2
(tan2 1
fDFOV
PixelFOV
Distanza focale, f
Lente
Piano focale
d D
Sensore
Obiettivo. Campo visivo “FOV”
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La combinazione del campo visivo (FOV) insieme al numero di pixel
fornite dal sensore, definisce un altro parametro critico della
termocamera, il campo visivo istantaneo o risoluzione spaziale IFOV che
determina l'oggetto più piccolo che è in grado di vedere la termocamera
ad una distanza.
PixelIFOV
Distanza focale, f
Lente
Piano focale
d D
Sensore
Obiettivo. Campo visivo istantaneo o risoluzione
spaziale “IFOV”
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320x240 24º
24º/320=0,075
Ad esempio, una termocamera ha una lente con un campo visivo di
24 ° x 17 ° e un sensore di 320x240 pixel, che determina un IFOV di
24 ° / 320 = 0,075 ° / pixel o quello che è lo stesso 1.31 mrad
320x240
IFOV = 1,31 mRad
1000 mm
Ø 1,31mm
Tutto questo significa che a 1 metro di distanza la questa termocamera
garantisce che è possibile vedere un oggetto con una sezione piccola come 1,13
millimetri.
Obiettivo + sensore
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¡È l'unica regolazione che non puòessere risolto con il software!
È l'aspetto più critico per una misuratermometrica
Simile ad un approccio visivo
È più facile fare la mesa fuoco su oggettiche anno contrasto termico
La mesa fuoco di un'immaginememorizzata non può essere modificata
Una mesa a fuoco precisa è difondamentale importanza per una misura ditemperatura precisa
La mesa a fuoco in termografia
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La mesa fuoco è l'aspetto più importante che
dobbiamo garantire quando si effettua un
ispezione termografica.
Una mesa a fuoco non corretta può portare ad una
incorretta misurazione della temperatura (a seconda
della termocamera fino a 20 gradi di differenza),
l'assenza di dettagli in elementi di criticità e anche
una diagnosi errata, che è in definitiva uno spreco di
tempo e denaro
Diverse camere utilizzano diversi tipi di mesa a
fuoco, ognuno con i suoi vantaggi e svantaggi. I
principali sistemi di mesa a fuoco sono: sistema
manuale, sistema senza mesa a fuoco, autofocus
con sistema laser il nuovo sistema di messa a fuoco
multifocale.
La mesa a fuoco in termografia
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La mesa a fuoco manuale
La termocamera dispone di un anello per la messaa fuoco manuale di alta precisione per distanze da0,15m all’infinito
Un ampio diametro della lente permette unmaggiore passaggio delle radiazioni IR cheraggiungono il sensore quindi le immagini hannoun elevato contrasto e la luminosità.
Anello di messa
a fuoco manuale
Ampia lente IR
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Sistema senza mesa fuoco
Al diminuire della dimensione della lente, aumentala profondità di campo. Ciò permette d’averetermocamere perfettamente a fuoco da unadistanza di 0,45m.
No anello messa
a fuoco manuale
Lente IR un po' più
piccola
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Sistema di messa a fuoco automatico con laser
É utilizzata la stessa tecnologia che in telemetrilaser per misurare la distanza con laser ad altaprecisione per l'oggetto e automaticamentemettere a fuoco la termocamera in quel puntoesatto.
Nessun errore. Quello che vedi è quello cheottieni. Il sistema laser è un modo semplice permettere a fuoco, semplicemente inquadrare escattare senza possibilità di errori.
Immagini sempre perfette.
Veloce, semplice, perfetto
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Con la messa a fuoco multifocale è possibile avere
immagini a fuoco su tutto il campo visivo, anche
partendo da un soggetto completamente sfuocato.
Questo perché la termocamera elabora
automaticamente una serie di immagini con punti di
messa a fuoco differenti, vicini e lontani, per produrre
un'unica immagine con tutti gli oggetti a fuoco Basta
puntare e scattare.
Sistema di messa a fuoco Multi Focale
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Sistema di messa a fuoco Multi Focale
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Sistema di messa a fuoco Multi Focale
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Si definisce a partire dalle temperatura estreme misurabili dalla termocamera (
min e MAX).
Ad esempio, secondo il modello della
camera la gamma potrebbe essere:
-20ºC a 1200ºC
-20°C a +650°C
-20°C a +550°C
-20°C a +450°C
-20°C a +350°C
-20°C a +250°C
Gamma di temperatura
Fusione dell’immagine IR e visibile
Fusione dell’immagine IR e visibile
Fusione dell’immagine IR e visibile
Fusione dell’immagine IR e visibile
Fusione dell’immagine IR e visibile
1. La camera a luce visibile ha molti più
pixels di una IR :
Luce visibile: 5.000.000 pixels
IR : 320x240 = 76.800 pixels
2. Le otiche delle camere IR e a luce
visibile sono radicalmente differenti.
3. Bisogna correggere gli errori di
parallasse.
Fusione dell’immagine IR e visibile
Sensore termografico
Sensore fotografico
Fusione dell’immagine IR e visibile
Sensore termografico
Sensore fotografico
Massimo IR
(Termografia tradizionale)
Medio IR
(Sfondo medio di
termografia su fotografia)
Minimo IR
(Sfondo minimo di
termografia su fotografia)
Immagine nell’immagine (PIP)
Massimo IR
Immagine nell’immagine (PIP)
Medio IR
Immagine nell’immagine (PIP)
Minimo IR
Fusione dell’immagine IR e visibile
Fusione dell’immagine IR e visibile
Fusione dell’immagine IR e visibile
Fusione dell’immagine IR e visibile
Fusione dell’immagine IR e visibile
Fusione dell’immagine IR e visibile
Comunicazione WiFi con il telefonino e anche con
altri strumenti
Tipi di analisi
Analisi qualitativa
• Non è necessario misurare la temperatura per
capire che c’è un problema
• Non è necessario regolare l’emissività
• Molto intuitivo
• Facile vedere variazioni rispetto al valore nominale
Analisi quantitativa
• Necessitano di termografie radiometriche (acceso
ai singoli punti di temperatura che definiscono
l’immagine termografica)
• Si deve conoscere l’importanza di alcuni
parametri importante :
• caricare il sistema
• Condizioni atmosferiche(vento, umidità,etc.)
• Emissività, temperatura di fondo riflessa .…
50 ºC
Materiale e
Corpo “nero” 1Pelle umana 0,98acqua 0,98amianto 0,95ceramica 0,95fango 0,95cemento 0,95tessuto 0,95ghiaia 0,95carta 0,95plastica 0,95gomma 0,95legno 0,95rame (ossidato) 0,68acciaio inox 0,1rame (pulito) 0,02Alluminio (pulito) 0,05
R = e s T4
• s: constante universale (Stefan-Boltzman)
• e: emissività del materiale
(≈0,95 para la maggior parte dei materiali solidi e liquidi)
Nella termometria infrarossa si consiglia di non fare misure su materiali metallici puliti/brillanti :
– Utilizzare termometri con emissività regolabile
– Utilizzare nastro isolante ( valido vino a 260 ºC)
– Utilizzare marcatura nera
R
Emissività e temperatura
Si consiglia di non fare misure dirette su materiali metallici puliti/brillanti !
Emissività e temperatura
Applicazioni della termografia
Rilevamento di contatti difettosi
Rilevamento di sovraccarichi, squilibri,
armoniche
Problemi su macchinari elettrici
Applicazioni: sistemi elettrici
Connessione difettosa in un contattore
Applicazioni: sistemi elettrici
■ Difficili da ispezionare
■ Le connessioni si allentano a
causa delle vibrazioni
■ Non è sicuro aprire la scatola
della morsettiera mentre la il
macchinario è funzionante
Connessioni bordo
macchina
Applicazioni: sistemi elettrici
Connessioni difettose
Applicazioni: sistemi elettrici
Connessioni difettose
Applicazioni: sistemi elettrici
Sopraccarichi, squilibri, armoniche danno luogo a surriscaldamento lungo
tutto il cavo a differenza di una connessione difettosa che invece ha un
surriscaldamento localizzato
Applicazioni: sistemi elettrici
Sovraccarichi, squilibri armonici
Applicazioni: sistemi elettrici
Problema di isolamento nello statore
Un incremento di 10ºC rispetto alla temperatura nominale di funzionamento, di un
motore o di un trasformatore, reduce alla metà la vita operativa del motore
Applicazioni: Motori
Applicazioni: Motori
Motori, cosa misurare ancora ?
• Il corpo del motore
• Connessioni
• Accoppiamento dell’asse
• Irraggiamento
• Ingranaggio di cambio velocità
Da ricordare :
• I motori elettrici sono dispositivi essenziali
per ogni tipo d'industria
• Il Dipartimento dell'Energia degli Stati
Uniti stima che solo negli USA operano
più di 40 milioni di motori negli impianti
industriali, che consumano il 70%
dell'energia totale consumata in questo
settore
L'Associazione Internazionale di
verifica elettrica * raccomanda
un'azione di manutenzione preventiva,
a condizione che:
• La differenza di temperatura tra due
componenti simili sotto lo stesso
carico sia superiore 15°C.
• La differenza di temperatura tra un
componente elettrico e l'atmosfera
sia superiore a 40 ° C.
Applicazioni: sistemi elettrici
Raccomandazioni
■ Aprire le porte dei quadri elettrici
■ Il carico sul sistema elettrico sotto
controllo deve essere almeno il 40% del
valore nominale
■ Catturare immagini termiche di tutti gli
elementi e le connessioni che hanno
temperature superiori gli altri in condizioni
di carico simili
Applicazioni: sistemi elettrici
Raccomandazioni
66.9°F
202.3°F
80
100
120
140
160
180
200
Applicazioni: sistemi meccanici
Applicazioni: sistemi meccanici
Principali problemi da individuare :
Eccessivo attrito
Mancanza di lubrificazione
Lo stress sugli assi.
Mancanza di allineamento
Parti di usura
Applicazioni: sistemi meccanici
■ Tutte le parti meccaniche in movimento
iniziano a deteriorarsi non appena vengono
installate, dovuta al carico, vibrazioni,
corrosione ed al proprio invecchiamento
■ Tutte queste cause creano attriti nei
collegamenti meccanici (giunti, ingranaggi,
cuscinetti, etc.), e l'attrito provoca il
surriscaldamento
■ Eseguire analisi termografiche periodiche
per monitorare la variazione di temperatura
negli elementi elettrici critici
Applicazioni: sistemi meccanici
Problemi di lubrificazione nei cuscinetti
Applicazioni: sistemi meccanici
Problemi sui cuscinetti
Si vede chiaramente come
avviene la generazione di
calore all'interno del
cuscinetto
Applicazioni: sistemi meccanici
Puleggia con eccessivo attrito e eccessiva tensione
Applicazioni: sistemi meccanici
Problema di accoppiamento
Applicazioni: sistemi meccanici
Problema in un compressore
Applicazioni: fotovoltaiche
Alcuni esempi
Detección de celdas defectuosas
Applicazioni: edilizia
Infiltrazioni
Difetto di isolamento
Umidità
Guasti negli impianti di
condizionamento
Applicazioni: edilizia
Infiltrazioni
Difetto di isolamento
Umidità
Guasti negli impianti di
condizionamento
Applicazioni: edilizia - infiltrazioni
Applicazioni: edilizia - isolamento
Applicazioni: edilizia - isolamento
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Grazie per la partecipazione
Potete rivedere il video di questo webinar nella
sezione
www.voltimum.it/webinars
Per domande potete inviare mail a
Oppure direttamente a Roberto Poyato
