Тепловізори вже достатньо давно застосовуються у різних галузях техніки, а також у військовій сфері. Так, під час війни у В'єтнамі армія США використовувала аналогові (тоді) тепловізори для виявлення в'єтнамських партизанів у густих джунглях. Дуже ефективне застосування тепловізора і виявлення витоків тепла з будівлі чи, навпаки, витоків холоду їх холодильної системи. Виявлення точного місця витоку дозволяє легко його запобігти і помітно підвищити енергоефективність будівлі або іншої споруди. Безперервно контролювати стан кожного їх традиційними електровимірювальними приладами дуже дорого і трудомістко. Тут приходить на допомогу тепловізор: якщо температура будь-якого вимикача або трансформатора перевищує задану, то він явно працює не в номінальному режимі і потребує ретельної перевірки чи ремонту. Це ж стосується і всіх електричних з'єднань. У цьому випадку перевищення температури свідчить про поганий контакт і про швидкий вихід з'єднувача з ладу.
Ефективне використання тепловізора та для контролю стану елементів у розподільчій електрошафі. У цьому випадку несправний автомат або перевантажений провід, неякісне контактне з'єднання або місце витоку струму виявляються дуже швидко. На зображенні, що отримується за допомогою тепловізора, використовуються різні кольори для відображення різних значень температури. Подібне зображення дозволяє легко та швидко перевіряти температури поверхонь та візуально виявити перегріті області. Поява гарячих точок або загальне підвищення температури зазвичай вказує на можливу несправність або джерело неминучої аварії. Всі сучасні тепловізори є безконтактними вимірювальними приладами. Прилади не лише графічно відображають різниці температур, але й вимірюють та зберігають у пам'яті значення температури у кожній точці зображення. Надалі ці дані можна використовуватиме докладного аналізу можливої несправності чи спостереження трендів у часі якомусь конкретному ділянці. Таким чином, в енергетиці, у виробничих цехах або в комерційному підприємстві можна швидко та легко виявити можливі проблеми навіть без застосування контактних методів вимірювання.
Останнім часом з'явилися нові, дешевші за ціною моделі тепловізорів. Помітно розширилося функціональне оснащення таких пристроїв. Для того, щоб правильно орієнтуватися у різноманітті тепловізорів, представлених на ринку, розглянемо їх основні особливості. Нові аналогові моделі тепловізорів нині більше не розробляються. Для відображення температурного поля в тепловізорі використовується матриця, подібна до застосовуваних матриць в цифрових фотоапаратах. Відмінність у тому, що якщо кожен піксель матриці цифрового фотоапарата несе інформацію про яскравість та колір об'єкта, то в тепловізорі кожен піксель - це температура в даній точці контрольованого об'єкта. Таким чином, на екрані тепловізора відображається розподіл температури на об'єкті. При цьому для зручності оператора точки з різною температурою відображаються різним кольором. Наприклад, якщо максимально допустима температура становить 80°С, то крапки з температурою 60°С і нижче відображатимуться синім кольором, 70°С - жовтим, 75°С - помаранчевим, а з температурою 80°С і вище - червоним. Це дозволяє дуже швидко визначити місця локального перегріву об'єкта.
Для відображення на екрані найчастіше використовуються такі палітри кольорів: кольори нагріву заліза, синьо-червона, високого контрасту, жовта, кольори нагріву металу та сіра.
Теплова «фотографія» об'єкта, зроблена в інфрачервоному діапазоні, виводиться на екран тепловізора або записується в його пам'ять у вигляді растрової картинки з роздільною здатністю, наприклад, 160x120 пікселів.
Термочутливість
Найбільш важливим параметром тепловізора є його термочутливість (NETD), або похибка при вимірі температури у двох сусідніх точках. Чим менше термочутливість, тим якісніше ІЧ зображення виводить тепловізор. Термочутливість приладів нічного бачення становить 0,025...0,05°С. Тепловізор, що має таку високу чутливість, дозволяє розрізняти практично всі предмети, які знаходяться при однаковій температурі. Справа в тому, що предмети в навколишньому світі або тим більше в розподільчій шафі виготовлені з різного матеріалу і мають різне покриття. Все це викликає мінімальні відмінності здатності об'єкта відбивати або випромінювати тепло.
Однак і при нижчій термочутливості, наприклад 0,08°С, тепловізор чітко відображає на підлозі тепловий слід щойно минулої людини або місця на меблів, яких він торкався кілька секунд тому. Таким чином, така термочутливість є цілком достатньою для більшості електротехнічних застосувань тепловізорів за винятком деяких рідкісних випадків. дозволяє відображати мінімальні температурні флуктуації. Такі флуктуації, зовсім непомітні за інших способів дослідження, можуть бути викликані неякісними будівельними матеріалами, прихованими порожнинами та іншими аномаліями в будівельних конструкціях. Наприклад, тепловізори testo 881 мають термочутливість 0,05°С і дозволяють не тільки чітко визначити місце температурної аномалії, але і за її формі точно визначити причину її виникнення.
Для того щоб чітко визначити форму температурної аномалії тепловізор, як і цифровий фотоапарат, повинен мати матрицю з досить великим числом пікселів.
Розміри ІЧ детектора
Це другий найважливіший параметр будь-якого тепловізора. Розміри ІЧ детектора, або матриці тепловізора, дозволяють отримати досить докладну теплову «фотографію» об'єкта. Як зазначалося, у тепловізорі кожен піксель - це виміряне значення температури у цій точці. Так, тепловізор testo 875 з розмірами матриці 160x120 пікселів відображає ІЧ зображення, що складається з 19200 значень температури. Чим більші розміри матриці, тим якісніше виходять інфрачервоні «фотографії», тим простіше встановити температурні аномалії та виявити причину їх утворення. Наприклад, дорожча модель тепловізора testo 882 оснащена вже матрицею 320x240 пікселів, що дозволяє одночасно вимірювати 76800 значень температури.
Діапазон вимірюваних температур
Третім основним критерієм вибору тепловізора є діапазон вимірювань температур. Ви повинні чітко уявляти, які саме ступені нагрівання можуть бути у елементів вашого обладнання в робочому та критичному режимах. Наприклад, якщо Ви займаєтеся обслуговуванням парку електродвигунів, то, напевно, тепловізор з діапазоном температур, що вимірюються -40...+500°С відмінно впорається із заданим завданням. Однак він буде коштувати набагато дорожче тепловізора з діапазоном вимірюваних температур 0 ... 200 ° С, який охоплює весь діапазон можливих робочих температур електродвигуна. Таким чином, діапазон вимірюваних температур чітко обмежує область застосування тепловізорів, перетворюючи тепловізор з універсального приладу при роботі в діапазоні вимірювань в непотрібний інструмент при роботі поза цим діапазоном. Наприклад, тепловізор з діапазоном виміру 0...100°З має дуже обмежене застосування. Їм неможливо вимірювати погану термоізоляцію та місця витоків холоду в холодильних камерах (температура нижче 0°С), а також місця перегріву трансформаторів, вимикачів або електродвигунів для яких критичною є температура набагато вища за 100°С.
Мінімальний діапазон вимірювання температури в тепловізорах testo становить від -20 до +280 ° С, що робить дані прилади універсальними вимірювачами практично для всіх областей застосування. Вже згаданий раніше прилад testo 881 оснащений можливістю вимірювання температур до 550°С, що є незамінним при діагностиці та аналізі високотемпературних процесів.
Режими відображення
У тепловізорах, в основному, використовуються такі режими відображення інформації на екрані:
1. Full IR (Повний ІЧ) - це повноекранне інфрачервоне зображення для виявлення дрібних деталей в ІЧ діапазоні. 3. Alpha Blending (Автоматичне злиття) - це злите відображення видимого та інфрачервоного зображень у вигляді одного зображення, зручного для перегляду. Опції меню дозволяють вибрати оптимальне співвідношення злиття від повного інфрачервоного до видимого повного зображення. Режим автоматичного злиття дозволяє деталізувати зображення, локалізувати проблемну ділянку в оточенні видимого зображення, а також допомагає покращити фокусування.
4. IR/Visible Alarm (ІК/Колірна сигналізація) - відображає на ІЧ зображенні тільки області з температурою вище, нижче або між встановленими користувачем межами, відображаючи інші ділянки у видимому діапазоні. 5. Full Visible Light (Повністю видимий) - це цифровий фотознімок, який можна отримати за допомогою звичайної цифрової фотокамери.
Усі моделі тепловізорів, представлені на ринку, працюють у режимі «Повний ІЧ», а наявність інших режимів призводить до збільшення вартості приладу.
Функціональне обладнання
Дуже важливим критерієм для вибору тепловізора є функціональне оснащення приладу. Функціональне оснащення, а також комплектація приладу дозволяють настільки розширити сферу застосування, що тепловізор зможе перейти в нові нетрадиційні області проведення вимірювань. Наприклад, автоматичне відображення гарячої точки дозволяє під час епідемії грипу виявляти хворих при вході на підприємство, і тим самим не допустити масового захворювання співробітників. Застосування наближуючого телеоб'єктиву (zoom) дозволяє виконувати енергоаудит будівель на відстані або дистанційно оцінити стан елементів ЛЕП, коли вона прокладена у важкодоступній місцевості. (пошук вологих місць і місць, де може конденсуватися волога);
• накладання ІЧ зображення на видиме зображення (TwinPix у тепловізорів фірми testo);
• функція ізотерми (відображення одним кольором заданого температурного діапазону, наприклад 40... 50°С) та іншими.
Ряд дорогих моделей тепловізорів має такі функції, як запис відео в ІЧ зображенні або висока частота оновлення кадрів (понад 40 Гц). На практиці це застосовується вкрай рідко через додаткові технічні проблеми, що виникають при редагуванні та обробці потокового ІЧ відео.
Зазначені вище дві функції використовуються лише в рекламно-демонстраційних цілях можливостей тепловізора і не мають поширених практичних застосувань.
Ряд фірм використовує у своїх тепловізорах технологію IR-Fusion, що дозволяє виконати одночасну зйомку об'єкта в інфрачервоному та видимому діапазонах з збігом зображень з точністю до одного пікселя, а також оптимізувати отримані зображення в декількох режимах перегляду, як прямо на камері, так і за допомогою комп'ютерної програми. Можливість відображення на зображеннях точки лазерного пристрою наведення полегшує точну ідентифікацію несправних компонентів у об'єктах, що досліджуються.
Дуже часто дорогі моделі тепловізорів комплектуються об'єктивами з можливістю наближення об'єкта 2...6х. Такий об'єктив не тільки збільшує масу тепловізора, але й дуже суттєво підвищує його ціну.
Необхідно враховувати той фактор, що розширена комплектація тепловізора та його суттєве обладнання можуть впливати на його ціну. Тому багато фірм пропонують цілий ряд готових комплектів тепловізорів, вартість яких значно нижча від суми вартості окремих опцій, включених у такий комплект. Отже, перед покупкою тепловізора Вам треба чітко розуміти, для яких цілей він буде використовуватися і які його функції Вам необхідні, а які ні.
Таким чином, якщо стоїть завдання придбання сучасного тепловізора, необхідно насамперед звертати увагу на наступне: • термочутливість (NETD); • розміри ІЧ детектора або матриці; • діапазон вимірювання температур;
• режими відображення інформації;
• комплектацію та функціональне оснащення приладу.
Кожен виробник прагне випускати кілька моделей тепловізорів, вартість яких, незважаючи на зовнішню схожість, може відрізнятися у кілька разів. Основні параметри ряду тепловізорів фірм Testo, Fluke та Flir, представлених на ринку РФ та України, наведено у таблиці. З неї добре видно, що більший розмір дисплея (наприклад, у Fluke приладах), наявність сенсорного екрану (наприклад, у приладах Flir) та інше, тобто. далеко не завжди потрібні функції, що призводять до помітного збільшення маси і ціни приладу.
Висновки
Кожен тепловізор є дорогим високотехнологічним вимірювальним приладом, тому, вибираючи такий прилад, необхідно звертати особливу увагу на наступне:
• термін гарантії на прилад;
• наявність офіційного кваліфікованого сервісу;
• наявність метрологічної підтримки, яка офіційно легалізує результати вимірювання тепловізором.