從入門到精通:熱像儀常見問題

2020-12-22 工品匯

01、熱像儀的基本知識——紅外熱像儀的基本構造是怎麼樣的?

包括 5 大部分:

1)紅外鏡頭 : 接收和匯聚被測物體發射的紅外輻射;

2)紅外探測器組件 : 將熱輻射型號變成電信號;

3)電子組件 : 對電信號進行處理;

4)顯示組件 : 將電信號轉變成可見光圖像;

5) 軟體 : 處理採集到的溫度數據, 轉換成溫度讀數和圖像。

02、熱像儀的基本知識——設備發出的咔咔聲是什麼?什麼是自動校準?

儀器內部發出「咔咔」 聲是熱像儀自動校準引起的,通常發生在:

1)熱像儀快速移動;

2)剛開機。

自校原因:熱像儀會根據環境溫度變化, 自動調整以抵消該變化對探測器準確性的影響, 該過程一般持續2~3 秒, 屏幕出現停滯並顯示「正在校準」。

03、熱像儀的基本知識——使用熱像儀是否需要預熱?

所有熱像儀都需要足夠的預熱時間才能獲得準確的溫度測量結果和最佳圖像質量, 預熱時間通常隨型號和環境條件變化。

儘管熱像儀可在 3 ~ 5 分鐘內基本完成預熱, 但如果需要獲得最準確的溫度測量結果, 最好至少等待 10分鐘以上。

當在溫度差異較大的環境之間移動時, 可能需要更多預熱時間。

04、選型建議——如何選擇合適的解析度?

根據您的檢測需求, 綜合圖像質量、 精度、 操作和價格選擇是關鍵。一般來說, 320x240 或 160x120 的熱像儀可以檢測大多數重要問題。Fluke 熱像儀提供了卓越的圖像質量、 堅固耐用、 和易於操作的最佳平衡。當然,如果有檢測細小目標的應用,建議適當提高對於熱像儀解析度的要求。

圖|Fluke PTi120 可攜式口袋熱像儀——日常維護中的首選型號

05、選型建議——對於不同的應用, 如何選擇合適的溫度量程範圍?

對於絕大多數日常維護工作,-20℃~250℃或-20℃~350℃量程已足夠。

對於大多數建築相關問題診斷, -20℃ ~150℃的測量範圍已能滿足。

對於研發和其他需求,您需要根據具體應用的溫度檢測範圍,選擇適用的產品。

06、選型建議——熱像儀的精度範圍是多少?

紅外熱像儀依照國家標準,其精度為讀數的 ±2% 或±2℃,取大值。

如果檢測中需要更高的精度,可以將該紅外熱像儀送到省級計量單位,出具校準證書,在校準證書中有準確溫度和熱像儀檢測溫度的對照表,從表中可以對熱像儀的檢測準確性進行進一步的修正。

07、熱像儀使用注意事項——為什麼我的熱像儀會測溫不準?

當測溫不準時, 可首先檢查是否是不正確的操作引起:

1)是否對焦準確 : 紅外可見光融合模式中的畫中畫,為準確調焦提供了方便的判斷依據。

準確調焦,紅外與可見光部分完全吻合,如下方左圖1示意。

未準確調焦, 紅外與可見光部分有錯位現象, 如下方右圖2示意。

2)相關熱像儀參數設置有問題,如發射率、背景溫度補償及透射率(詳見下一問題)

08、熱像儀使用注意事項——什麼是發射率?有何特點?對檢測的影響是什麼?

發射率 ε 代表物體向外發射紅外輻射的能力。每種物體的發射率都是一個小於 1 的常數。

非金屬和金屬材料的發射率有很大差異:

大多數非金屬材料(如塑料、 油漆、 皮革、 紙張等)發射率較高, 相同材質、 不同顏色的目標的發射率非常接近, 誤差通常不超過測量精度範圍;部分表面光亮的非金屬材料發射率較低(如瓷磚、 玻璃等)。

金屬材料的發射率一般都小於 0.5, 並受到下列因素的影響:

1)材料:不同材料發射率不同, 如銅的發射率一般比鋁高。

2) 表面光潔度:通常表面粗糙的材料發射率比光潔表面高。

3) 表面顏色:以黑色為代表的深色系表面發射率比淺色系高。

實際檢測中, 設置合適的發射率, 可以使熱像儀將採集的被測物體紅外輻射換算成準確的表面溫度, 減少或避免誤差。

09、熱像儀使用注意事項——在調整發射率時有哪些事項需要注意?

在福祿克紅外熱像儀內, 可以通過選擇儀器菜單中的「發射率表」列示的各種材料默認發射率,或者選擇「手動設置發射率」 。手動調整發射率時需注意:

1) 儘可能選擇被測物體上的一個高發射率表面(非金屬、 粗糙、 低反光)作為參考點。

2) 發射率低於0.5時, 最好不要直接進行測量。具體測量方法見。

3)在必須拍攝低發射率表面時, 建議在視場中放置一個高發射率參考物, 或對照接觸式測量的結果來對比調整發射率。

10、熱像儀使用注意事項——有沒有測量金屬, 反光等低發射率物體的簡單辦法?

我們推薦您以下幾種方法, 用於準確檢測低發射率被測物體的表面溫度。

絕緣膠帶法

將一塊絕緣膠帶(建議使用 3M 電氣絕緣膠帶,牌號1712, 黑色;發射率:0.93)緊密貼於被測物體表面 (無氣泡或褶皺),並保持足夠時間使被測目標表面與膠帶溫度相同。通過調整紅外熱像儀發射率, 使被測材料表面的溫度與貼有絕緣膠帶表面溫度相同或接近, 此時的發射率即為被測材料物體正確的發射率。

適用場合:此種方法適用於被測目標相對比較大, 溫度較低(小於 80℃), 要求測試後不改變原目標表面狀況的場合, 例如各種散熱模塊, 光潔晶片(較大)表面, 金屬表面等。

噴漆法

將漆(丙烯酸樹脂, 建議使用保賜利自動噴漆, 黑色;發射率:0.97)均勻噴塗薄層覆蓋住被測目標表面,保持足夠時間使被測目標表面與塗層溫度相同。然後通過調整紅外熱像儀發射率, 直到沒有噴漆的表面溫度與噴漆表面溫度相同或接近, 此時的發射率即為目標物體正確的發射率。

適用場合:此種方法適用於溫度較高的被測目標或尺寸較小的被測目標, 可以接受被測物體表面狀況被改變的場合, 例如設備維護場合下的管道、 閥門等靜設備;製造業中, 較小的晶片表面、 管腳、 不規則的散熱片、 電容器頂端、 LED 晶片(表面鍍銀)。但噴塗後的目標可能無法擦拭乾淨。

塗抹法

用水性白板筆(建議使用晨光水性白板筆, 牌號 MG- 2160, 黑色, 發射率:0.95)均勻的塗抹在被測物體表面, 保持足夠時間使被測目標表面與塗抹面達到溫度相同。然後通過調整紅外熱像儀發射率, 直到沒有塗抹的表面溫度與塗抹表面溫度相同或接近, 此時的發射率即為目標物體正確的發射率。

適用場合:此方法適用於不允許改變物體表面狀態(塗抹後可擦去), 同時形狀不適合進行膠帶粘貼的目標,塗抹法可針對較小的目標進行, 但目標表面溫度不宜超過 100℃。注意白板筆不能是油性筆, 如果誤用油性筆, 塗面幹後很難擦去。

接觸溫度計法

用接觸式溫度計, 如熱電偶、 熱電阻等直接測量物體表面溫度, 然後通過調整紅外熱像儀發射率, 直到熱像儀所測得的表面溫度與接觸式接觸式溫度計測得的表面溫度相同或接近, 此時的發射率即為目標物體正確的發射率。

適用場合:需注意現場是否允許進行表面接觸測溫(特別是帶電、 運動等現場)。

後期修改發射率

您還可將熱圖在 SmartView 軟體上使用多點 / 區域發射率修正功能進行修改, 從而獲得準確溫度數據。

11、熱像儀使用注意事項——熱像儀能拍多遠?是否有最大檢測距離?如何計算?

熱像儀不存在絕對意義上的最大檢測距離。要確定允許的最大檢測距離, 首先要知道被測目標的大小。每個型號的紅外熱像儀都有一個參數, 稱為空間解析度IFOV(或稱距離係數比), 它決定了在某一距離上可檢測的物體最小尺寸。

空間解析度也被稱為瞬時視場角,即在任意瞬間可由系統觀察到最小區域的量度;也就是在多遠的距離可以探測到的目標的最小尺寸;

一般空間解析度的單位是 mRad(毫弧度), 可按照下列公式進行計算:

IFOV × 距離 ≈ 目標直徑/邊長

例如,在 1 米外檢測一個電氣櫃,熱像儀的 IFOV 是 1.25mRad,只要最小目標的直徑大於 1.25mm,熱像儀就可以檢測出是否有溫差存在,從而發現電器櫃內的接頭或線纜等設備的故障,要檢測較小的目標,空間解析度越小越好;對於電氣系統檢測,建議空間解析度指標不大於 4mRad。

12、可能影響使用的環境因素——熱像儀的儀器工作溫度有什麼需要注意?可以在 0℃以下檢測或充電嗎?

一般熱像儀可在 -10~50℃範圍內工作;但當環境溫度在 0℃以下, 建議開機半小時後達到充分預熱再進行檢測, 連續室外檢測時間不超過 20 分鐘。避免在過冷或過熱的地方充電, 以免減弱電池的蓄電能力。

13、可能影響使用的環境因素——熱像儀對工作時的環境溼度有什麼限制?

溼度為 10%~90%, 無凝結。

14、可能影響使用的環境因素——現場有煙霧和水汽, 是否對檢測有影響?如何應對?

對於空氣中存在肉眼可見的煙霧和水汽, 會有一定影響。可以先在近距離檢測一個溫度穩定的發熱目標, 然後在煙霧和水汽中再次檢測, 從而獲得兩個溫度值, 而後在儀器中修正透射率(或發射率), 使這兩個溫度一致,設置了這個透過率(或發射率)的紅外熱像儀就可以在煙霧和水汽中檢測其他目標。

或者在儀器外套一個保鮮袋, 同樣按上述方法進行調整透射率。

經過設置調整後, 檢測精度不會有明顯的影響。

15、可能影響使用的環境因素——現場環境下雨, 是否會影響準確測量?

下雨本身對測量精度影響不大, 但被測物體表面附著的水滴可能造成熱量的異常流失, 使測量溫度不能準確反映物體的正常表面溫度。同時, 下雨環境對儀器本身也可能造成損壞, 故不建議在雨天進行直接測量。

16、可能影響使用的環境因素——現場環境存在大風, 是否會影響準確測量?

大風對準確檢測影響很大, 按電力行業紅外熱像診斷標準, 被測目標的風速不應高於 5 米 / 秒。若現場風速高於此標準, 會導致被測物體散熱過快, 使測量溫度偏低。

17、可能影響使用的環境因素——熱像儀使用中會產生輻射幹擾其他設備運行嗎?會受到檢測現場的其他設備的電磁輻射影響嗎?

Fluke 紅外熱像儀是全被動接收設備, 自身沒有主動輻射信號, 對於您的現場設備或產品沒有任何幹擾。

外部電磁輻射影響:目前只發現電解鋁的大電流整流櫃會對熱像儀造成幹擾(一般此類現場電流會超過 10 萬安培以上)。

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