Пирометры и тепловизоры очень эффективно применяются для обнаружения утечек тепла в эксплуатируемых зданиях, либо утечек холода в охладительных системах. Для строителей диагностика с помощью ИК-приборов позволяет выявить дефекты теплоизоляции дома, неразрушающим способом определить качество используемых материалов, и на основе полученных данных устранить утечки, повышая энергоэффективность здания. Учитывая, что на выходе имеем точные и систематизированные данные (значения температуры сохраняются), есть возможность проанализировать ситуацию в целом, определить степень актуальности проблем и решать их по очереди, начиная с более серьёзных.
Незаменимы тепловизоры и пирометры, допустим, если вы решили приобрести дом на вторичном рынке и понятия не имеете, как производилась теплоизоляция ограждающих конструкций. Они очень хорошо проясняют ситуацию с техническим состоянием электроустановок: например, повышенная температура проводника или автомата защиты свидетельствует, что он перегружен, а если разогревается соединение — значит, что в данном месте плохой контакт. Также ИК-приборы помогают выявлять ошибки в реализации тепловой защиты печей, котлов и каминов, показывают тепловую отдачу трасс отопления и места утечек, уровень заполнения емкостей и резервуаров. Термосканерами легко обнаружить переувлажнение элементов здания, повреждения изоляции, колонии заселившихся вредителей.
Итак, главное назначение портативного строительного тепловизора/пирометра — дефектоскопия, энергоаудит ограждающих конструкций и инженерных коммуникаций.
Как работает бесконтактный термодетектор
Все предметы, которые имеют температуру выше, чем абсолютный ноль, излучают инфракрасные волны длиной от 0,74 до 1000 мкм. Об этом в 1800 году заявил английский учёный Уильям Гершель — знаменитый исследователь Солнца. Стало понятно, что особое излучение издаёт не только раскалённый металл или электрические разряды (это видели все), но и тела с низкой температурой, в том числе ниже 0 °С. ИК-лучи испускаются возбужденными ионами, при этом длина волны меняется при разном нагреве объекта (чем поверхность теплее, тем волна короче и поток интенсивнее). Эту энергию человек может воспринимать кожей как тепло, но не видит её.
Понадобилось время, чтобы научиться регистрировать инфракрасные, тепловые лучи, распознавать их и обрабатывать полученную информацию. В 1967 году компанией Wahl Instruments Inc. был разработан первый портативный пирометр.
И пирометр, и тепловизор являются оптико-электронными приборами, которые объективами улавливают невидимое инфракрасное излучение от предметов и в приёмнике преобразуют его в электрический сигнал, а он уже обрабатывается в удобный для восприятия тип индикации (картинка или цифры). Полученное электрическое напряжение пропорционально мощности принятого потока излучения, поэтому есть возможность получать точные цифровые значения температуры даже на тепловых фотографиях.
Тепловизор, подобно цифровой фотокамере, имеет матрицу, но каждый её пиксель показывает не цвет и яркость, а значение температуры в конкретной точке исследуемого объекта. На дисплее пользователь получает растровую картинку, где зоны с различным нагревом отображаются определёнными цветами, поэтому очень быстро можно составить общее впечатление о температурной обстановке в диагностируемой зоне. Принципиально устройство состоит из:
- объектива (изготавливается из германия);
- приёмника ИК-излучения (чаше всего на основе болометра — резистора, меняющего сопротивление в зависимости от мощности действующего потока);
- обрабатывающего блока.
Пирометр на порядок проще по конструкции и значительно дешевле, здесь нет термограммы, «фотографии», но в цифровом/текстовом виде указывается средняя температура поверхности тестируемого объекта.
Диагностика этими приборами получается недорогая и быстрая — по принципу «навёл — стреляй». Доступна высочайшая скорость считывания температуры, в пределах 0,15–0,5 секунды. Дальность их действия ограничивается только диаметром рабочего пятна (оно расширяется при удалении) и прозрачностью воздушной среды (дым, пыль, пары воды, углекислый газ, озон — снижают чувствительность). Получить данные можно как с нескольких сантиметров, так и с нескольких десятков метров.
Особенности тепловизоров и пирометров
Чтобы приступить к выбору ИК-детектора, следует ответить на несколько базовых вопросов, которые помогут определиться с типом прибора, а затем уже перейти к рассмотрению конкретных моделей:
- Из какого материала изготовлены объекты, которые вы будете тестировать?
- Какая примерно будет температура диагностируемых областей?
- С какого расстояния будут производиться измерения?
- В какой среде будет работать прибор (окружающие температуры, прозрачность пространства между прибором и объектом...).
Спектральная чувствительность (спектральный диапазон)
Заметим, что различные материалы испускают волны различной длины. Например, металл и стекло хорошо отражают, поэтому выдают короткую волну, а прочие материалы — длинную. Есть понятие «чернота поверхности», и существует соответствующий коэффициент, который в разы отличается для металлов и для органических материалов. Реальность такова, что некоторые пирометры и тепловизоры не читают все волны, и не могут тестировать все материалы. Они имеют узкую специализацию, так как рассчитаны для конкретного диапазона, для работы с конкретными материалами. Но есть и широкоспектральные универсальные устройства, которые подойдут для большинства условий строительной диагностики. Длина волн, которые они улавливают, находится обычно в пределах 6–14 микрон, например, MicroRay RIDGID IR-100 или ADA TemPro 1600. Производители почти всегда указывают этот параметр в паспортах.
Диапазон измеряемой температуры
Пирометр и тепловизор может воспринимать температуру в широком диапазоне: от -50 до +3000 градусов, иногда они «затачиваются» под низкие показатели (в том числе минусовые), а иногда только для нагретых тел. Для получения наиболее точных результатов, следует выбрать устройство, которое имеет самый узкий диапазон. Нет смысла приобретать термодетектор, измеряющий далеко за пределами тысячи градусов, если наша задача диагностировать жилище — вполне хватит даже бытового Bosch PTD 1 (от -20 до +200), а вот для наблюдения за парком электромоторов потребуется что-то другое — допустим, DeWalt DCT 414 S1 (от -30 до +550). Главное, соблюдать золотое правило: «температурный диапазон должен на 25% перекрывать температуру объекта». Нужно обратить внимание, что чем больше диапазон измеряемых температур — тем дороже стоит прибор. Некоторые продвинутые модели обладают сменными фильтрами частот, что даёт возможность подстраивать прибор под более широкий диапазон температур.
Погрешность данных о температуре (точность измерения)
Этот параметр всегда указывают производители пирометра или тепловизора, рассчитывается он в лабораторных условиях на абсолютно чёрных телах и, в первую очередь, зависит от метода обработки информации, однако, реалии (в частности, прозрачность среды и корректность действий пользователя) вносят свои коррективы. Большинство портативных термосканеров обеспечивают погрешность в пределах 2 процентов от полученных результатов.
Скорость измерения
Данная характеристика пирометра ещё называется «инерцией», «временем отклика». Быстродействие этих приборов несравнимо с показателями контактных устройств для диагностики температуры. Показатели в 0,25–0,5 секунды считаются нормальными (X-Line pIRo-850М — 0,5 с), скоростными являются термосканеры с инерцией в пределах 0,15 секунды, правда, это более важно для тестирования подвижных объектов, или меняющих своё физическое состояние.
Оптическое разрешение
Второе название важнейшего свойства пирометров и тепловизоров — «показатель визирования», оно напрямую зависит от оптики прибора. Оптическое разрешение показывает соотношение расстояния от устройства до тестируемой поверхности к диаметру пятна диагностики (именно его усреднённая температура исследуется). В данном случае выбирать пирометр необходимо в соответствие с размерами обследуемого предмета, так как основное правило диагностики гласит, что объект должен полностью попадать в рабочее поле детектора и перекрывать его так, чтобы туда не попадали посторонние тела со своими «температурами». Иными словами: конкретный показатель визирования определяет, с какой дистанции можно производить замеры объектов определённого размера, одновременно этой характеристикой прибора определяется минимальный размер регистрируемой тепловой аномалии. Универсальным считается оптическое разрешение с соотношением от 10:1 до 40:1, для работы на больших расстояниях потребуются устройства с показателем визирования 100:1 и выше.
Чтобы не привязывать пользователя к конкретным расстояниям, применяется изменяемый фокус (zoom), при этом фокусировка может быть ручной, либо автоматической. Также для работы в различных условиях используются сменные объективы.
Порог температурной чувствительности (характеристика NETD)
Показатель термочувствительности тепловизора отображает возможные погрешности при тестировании температуры в двух соседних точках. Это характеристика матрицы, которая определяет, насколько малой может быть регистрируемая разница температуры объекта и его фона. Нормальным показателем считается 0,1 градуса при +30 °С (иногда производители указывают в кельвинах), но многие приборы работают на порядок детальнее, что позволяет очень точно определять не только наличие, но и форму температурной аномалии, а соответственно и причину её возникновения. Так, например, тепловизор Тesto 881 имеет показатель чувствительности в 0,05 градуса.
Автокомпенсация измерений
Точность диагностики во многом зависит от внешних факторов, и настроить прибор вручную бывает довольно сложно, поэтому многие современные тепловизоры в автоматическом режиме могут компенсировать некоторые негативные моменты. Например, корректировке может поддаваться отражающая способность поверхности объекта («коэффициент черноты») — от 0,2 до 1 (с шагом в 0,1). Распознаваться и компенсироваться может температура окружающей среды и влажность воздуха. Между тем, некоторые дешёвые устройства иногда не имеют даже ручных настроек для учёта этих факторов.
Система наведения (прицел)
Визуальное прицеливание помогает контролировать зону тепловой съёмки. Принципиально наведение может быть оптическое и лазерное. Оптика помогает диагностировать на больших расстояниях, тестировать очень горячие объекты (от 1200 градусов), или если при сильной естественной освещённости луча попросту не видно. Лазерные прицелы бывают «точечные», «двойные лучи», «окружности», причём в одном устройстве могут применяться несколько вариантов на выбор. «Точка» и «двойной» наводятся на объект с дистанции в 2–3 десятка метров, а «окружность» удобна для ближнего тестирования (до 7 метров). «Двойной» прицел тоже образует точку в нужном месте, но здесь это пересечение двух лазерных лучей. Прицел в виде окружности хорош тем, что показывает контуры рабочего пятна термосканера. В большинстве современных тепловизоров и пирометров применяется безопасный лазер второго класса — красное свечение.
Дисплей дистанционного термосканера
Размер матрицы (размер ИК-детектора) — этот показатель касается только тепловизоров. Размер матрицы определяет количество чувствительных элементов (элементарных болометров) и соответственно доступную чёткость изображения. Из этого показателя вытекает важная характеристика термосканера (какая площадь поверхности приходится на один пиксель) — «пространственное разрешение», или «поле зрения». Как мы уже говорили, каждый пиксель на дисплее является отображением измеренной температуры в конкретной точке тестируемой зоны. Чем лучше разрешение, тем более мелкие детали можно различать на термограмме и сделать выводы о причинах температурных аномалий. Для примера, устройство с детектором 160х120 пикселей измеряет 19200 точек, тогда как, матрица, обладающая размерами 320х240 пикселей (Тesto 882) — диагностирует уже 76800 точек.
Некоторые тепловизоры оснащаются сенсорным дисплеем, что никак не влияет на технические характеристики прибора.
Дисплей пирометра. В пирометрах на ЖК-экран выводится цифровая или текстовая информация, которая может располагаться в одну, или несколько строк (Ryobi RP4030). Практически все пирометры обладают подсветкой дисплея, что позволяет производить измерения в тёмных помещениях.
Сменные, дополнительные объективы
Меняя объектив, пользователь может существенно разнообразить функциональность тепловизора. Телескопическая оптика позволяет приближать/удалять зону съёмки и таким образом тестировать мелкие объекты на большом расстоянии. Если необходимо исследовать крупный, протяжённый объект, можно применить широкоугольный объектив и получить панорамную картинку. Стоит заметить, что чем шире угол «зрения» объектива, тем меньше будет рабочее расстояние, и наоборот.
Условия эксплуатации
Выбирая пирометр или тепловизор, очень важно обратить внимание, при какой температуре окружающей среды прибор может использоваться, и при какой влажности. Производители не утаивают эту информацию, но не путайте с условиями хранения — там более широкий диапазон. Некоторые дешёвые устройства ограничены в этом плане, и рассчитаны для работы внутри помещения (температура от 0 до +40 градусов, влажность до 80%). Более универсальные термосканеры функционируют на улице, при минусовых температурах и влажности до 90%. Сравнивая несколько моделей, взгляните на класс защиты корпуса IP, среднестатистическим является индекс IP54.
Сигнализация
Данная функция позволяет установить максимальный или минимальный показатель температуры, при обнаружении которого автоматически раздаётся звуковой сигнал или срабатывает световая индикация. Так пользователь не пропустит критические перепады температур и вовремя среагирует на проблему (Fluke Ti25).
Бортовая память
Запоминание измерений производится и в пирометрах, и в тепловизорах. Это может быть краткосрочное сохранение свежих данных до следующего измерения, а также запись на встроенные и сменные носители (различные карты памяти). Дорогие тепловизоры могут записывать голосовые комментарии, сохранять данные диагностики как видеосъёмку (в ИК-режиме, или в видимом диапазоне).
Различные режимы отображения информации
Современный тепловизор кроме режима «полный ИК», способен делать обычный цифровой фотоснимок, или обычную видеозапись с высокой скоростью обновления кадров (более 40 Гц). Видимое изображение можно накладывать на инфракрасное, облегчая, таким образом, идентификацию дефектного участка. В некоторых приборах можно выставить крайние температуры, при которых на видимой фотографии будут в ИК-режиме отображаться только зашкаливающие по температуре участки, можно просто задать их выделение на полностью инфракрасном снимке (Flir InfraCAM). Также на дисплей можно выводить найденные точки росы и переувлажнённые зоны. Для удобства ориентирования на экране высвечивается проекция лазерного целеуказателя. Иногда в тепловизорах доступна функция изотермы — конкретным цветом изображается заданный температурный диапазон.
Распознавание поверхностной влажности
В ручном режиме вводится влажность и температура воздуха, и прибор сам покажет проблемные участки в тестируемой зоне. Влажность может измеряться и в автоматическом режиме, после присоединения специального радиозонда. В качестве дополнительной функции выступает сигнализация о найденной точке росы.
Связь с ПК
Изображения, полученные в результате исследования, доступны для просмотра непосредственно на дисплее. Однако для анализа и составления отчётов, для использования прибора в качестве самописца — информация направляется на компьютер. Соединение может производиться через аналоговые или дискретные выходы. Наличие разъёма USB считается правилом хорошего тона, например, Optris LaserSight (LS) и другие. Программное обеспечение, как правило, идёт в комплекте поставки и обновляется бесплатно, но иногда его нужно покупать отдельно.
Подсветка рабочей зоны
Многие пирометры и тепловизоры имеют встроенные светодиодные фонари, освещающие объект исследования, поэтому диагностика возможна и при условии плохой видимости.
Эргономика, тип исполнения
Современные тепловизоры и пирометры используются либо стационарно, либо как переносные. Первые применяются на производстве, запитываются от сети и зачастую имеют узкую специализацию, а вторые — более универсальны, отличаются небольшой массой и скромными габаритами.
Промышленные тепловизоры и пирометры облачены в металлический корпус, они хорошо защищены от всевозможных воздействий (пыль, вибрация, влажность, стружка, высокая температура). Как правило, стационарные приборы позволяют получать более точные данные.
Портативные приборы для инфракрасной диагностики могут выглядеть, как фотоаппарат или видеокамера, но чаще всего выполнены в виде пистолета из конструкционной пластмассы, где курок служит для начала тестирования, на торце корпуса расположен контрольный дисплей с кнопками управления меню. Их масса редко превышает 500 г, многие экземпляры легче 200 грамм (ADA TemPro 900 — 170 грамм). Хорошо продуманный аппарат удерживается и управляется одной рукой. Качественные приборы защищены от падения с высоты в 2 метра (Fluke TiR1), по крайней мере, об этом уверенно заявляет производитель.
Варианты питания инфракрасных термосканеров
Питание стационарных приборов осуществляется от сети через понижающие устройства. Портативные термодетекторы, как правило, запитываются от щелочных батареек (АА, крон, ААА, «таблеток»). Многие производители снабжают свои термосканеры различными аккумуляторами (никель-кадмиевыми и литий-ионными), кстати, подключить питание можно и через USB-порт. Те из них, кто занимается созданием электроинструмента и имеет в распоряжении комплектные аккумуляторные системы, устанавливают на свои пирометры и тепловизоры батареи от силовых агрегатов. Например, DeWalt DCT 414 S1 и модель S1 DCT416S1 компонуется 12-вольтовым блоком ёмкостью 1,5 Ач. Компания Milwaukee пошла немного дальше и продаёт свой тепловизор и пирометр без аккумулятора и зарядного устройства. Потребитель, уже имеющий мобильный инструмент этой фирмы, может хорошо сэкономить, если поставит на диагностический прибор системную батарею М12.
Выбор подходящих для ваших условий технических и функциональных характеристик, а также удачной комплектации термосканера — безусловно, важная задача, но следует также обратить внимание на метрологическую поддержку со стороны производителя, чтобы результаты энергоаудита (при необходимости) можно было легализовать в соответствующих инстанциях. Прибор должен пройти стандартизацию! Учитывая техническую сложность и высокую стоимость этих измерительных устройств, рекомендуем щепетильно отнестись к вопросам гарантии и сервисного обслуживания.
Стоимость
Пирометр, в отличие от тепловизора, является более простым, и сравнительно недорогим прибором. Модели начального уровня можно приобрести приблизительно за 2500 рублей, например, ADA TemPro 300 с температурным диапазоном от -32 до +350 градусов, или похожий по характеристикам Laserliner ThermoSpot. С расширением диапазона почти пропорционально увеличивается стоимость (ценник на ADA TemPro 1200, способный измерять до 1200 градусов — 9500 тысяч). Другие закономерности ценообразования увидеть сложно — производители действуют на своё усмотрение, предлагая разные наборы дополнительных опций. Заметим, что неплохими техническими и эксплуатационными характеристиками, при умеренной стоимости, обладают устройства от компаний, создающих электроинструмент (DeWalt DCT 414 S1 — 5000, Ryobi RP4030 — 3500, Bosch PTD 1 — около 4500 рублей).
С тепловизорами (строительного назначения) дело обстоит сложнее. В этих приборах, кроме принципиальных рабочих особенностей (90% цены формируется от характеристик матрицы и оптики), необходимо учесть огромное количество дополнительных функций, делающих жизнь пользователя проще. Не стоит забывать и о широте базовой комплектации поставки и «раскрученности» марки. Мало тепловизоров стоит около 30000 рублей, это бюджетные модели, например, Fluke VT04 и модель VT02, а также DeWalt DCT416S1. Чуть выше минимального ценник у аппарата FLIR i3 — около 43000. Середняками можно считать тепловизоры стоимостью около 100000 рублей (Testo 875-1 или Fluke TiS). Есть модели за 250000 (Testo 875-2) и 430000 рублей (FLIR T335). Для справки, сугубо профессиональный FLIR P640 стоит свыше полутора миллионов.
Ориентировочная стоимость проведения энергоаудита (съёмка+отчёт) частного дома специализирующимися организациями составляет от 50 рублей за квадратный метр здания. Как правило, за одноэтажное строение берут не менее 10000. Тепловизор можно взять в аренду, сутки пользования средним по характеристикам прибором обойдутся вам примерно в 2-3 тысячи рублей, естественно, в залог нужно оставить около 20-40 тысяч. Можно немного сэкономить, если арендовать модель попроще и на длительный срок, допустим, с кем-то объединившись.
© рмнт.ру, Игорь Максимов
