Особенности термографических измерений и диагностики

Существуют десятки и даже сотни ситуаций, когда по тепловому излучению строительного или технического объекта можно судить о его работоспособности. Иногда такой эффект носит побочный характер, но в большинстве случаев тепловизионное обследование является самым быстрым способом сформулировать заключение о пригодности здания или электроустановки к эксплуатации в штатном режиме.

Ввиду своей универсальности, данная методика применяется как в сигнальном режиме, так и для проведения достаточно точных измерений, на основании которых разрабатываются технологические карты по ликвидации строительных недоработок.

С юридической точки зрения этот тип технической диагностики носит рекомендательный характер и на текущий момент не входит в список обязательных приёмо-сдаточных и профилактических проверок, но при правильном оформлении отчёта может быть использован в суде как доказательство ошибок строителей.

Суть тепловизионных обследований

Прежде, чем приступить к описанию технических особенностей тепловизионной диагностики напомним, что любой физический объект, помимо отражённых электромагнитных волн видимого спектра, излучает собственный фон из инфракрасных волн.

Длина таких волн находится в диапазоне 0.74-2000 мкм и изменяется в зависимости от степени нагрева объекта. Для человеческого глаза данный диапазон невидим, но с помощью специальных полупроводниковых матриц он может быть визуализирован в видимые цветовые оттенки.

Несмотря на то, что взаимосвязь между тепловым состоянием физического тела и инфракрасными волнами была открыта ещё в 1800 году, исследования в области фотографических съемок в этом спектре начались в 20-х годах прошлого века. Но прежде, чем данная технология стала доступна для широкого использования, инженерам пришлось решить сотни теоретических и технических проблем.

Так же, как электромагнитные волны видимого спектра, инфракрасное излучение отражается, преломляется и может быть сфокусировано линзами из специальных материалов. В частности, для основного диапазона длин ИК-волн используются германиевые линзы, фокусирующих изображение на преобразующей матрице.

Матрицы для преобразования ИК-лучей в электрический сигнал значительно сложнее в изготовлении их «световых» аналогов, и данный тип приборов до сих пор относится к нише узкоспециализированного оборудования.

Кроме этого, цикл преобразования «излучение-изображение» в тепловизорах требует гораздо больший объём потоковых математических операций, чем в традиционных световых фотокамерах, что предъявляет особые требований к процессорному модулю прибора.

С эксплуатационной точки зрения, суть тепловизионной диагностики проста и сложна одновременно.

Простота её в том, что тот или иной дефект конструкции (или электросети) может быть обнаружен при одном взгляде на визуализированную карту тепловых потоков, излучаемых проверяемым объектом.

«Горячие зоны» отображаются в жёлто-оранжевых тонах, «холодные» - в зелёно-синих. Учитывая направление съёмки, легко определить, где происходит нештатная передача тепловых потоков.

С другой стороны, недостаточно увидеть «неправильное» световое пятно - необходимо точно связать его положение с видимыми очертаниями объекта, отсеять наложения из отражённых сигналов, учесть влияние погодных факторов и сделать заключение, понятное как экспертам, так и технологам, которые будут проводить ликвидацию дефектов.

Приборы для тепловизионной диагностики и их виды

В зависимости от метода использования, уровни сложности термографического оборудования можно разделить на следующие категории:

1. Для наблюдений в инфракрасном диапазоне.
2. Измерительные.
3. Визуальные модификации тепловых датчиков (пирометры).

Первая категория объединяет приборы с относительно невысокой степенью разрешения и работающие, как правило, в монохромном режиме. Используются для наблюдений за теплоконтрастными объектами и предназначены для военных, охотников, спасателей, органов безопасности и прочих пользователей, для которых некритичны точные значения температур и контрастов.

Вторая группа – измерительная – разработана для сбора технологической информации с подробной детализацией тепловой карты объекта (в том числе в фото- и видеоформатах). Именно эти тепловизоры применяются для диагностики зданий, сооружений и электроустановок.

Третья категория – визуальные пирометры – объединяет упрощённые варианты измерительных тепловизоров, предназначенные для рутинных операций по дистанционным замерам температур.

Кроме перечисленных категорий существует также разделение тепловизоров по технологическому признаку:

• с охлаждаемой матрицей сенсора;
• и с неохлаждаемой.

В первом случае инфракрасное излучение фокусируется на сенсор, охлаждаемый с помощью жидкого азота. Такой подход позволяет достигать наивысшей точности измерений, но реализуем только в стационарном варианте.

Данные приборы представляют относительно немногочисленную группу, выпускаемую для нужд научных организаций и промышленных производств.

Наибольшее развитие в наши дни получили портативные устройства, оснащённые компактной полупроводниковой матрицей, не требующей охлаждения.

Ценовой уровень таких приборов напрямую зависит от количества пикселей, размещённых в сенсоре:

1. Базовый вариант, достаточный для относительно простых измерений, оборудован матрицей с разрешением 160х120 пикселей.
2. Профессиональные приборы, поддерживающие полный цикл термографической диагностики, оснащают матрицами с разрешениями от 160х120 до 640х480.
3. Тепловизоры экспертного класса позволяют считывать информацию с детализацией более, чем на 640х480 пикселей.

Необходимо отметить, что разница в ценах между приборами перечисленных категорий может быть кратной, и обусловлено это не только более высокой стоимостью матрицы, а и необходимостью повышения мощности вычислительного модуля.

Обзор выпускаемых сегодня тепловизоров будет неполным, если не упомянуть существенное расширение номенклатуры за счёт добавления к базовой конструкции ряда дополнительных возможностей:

• параллельная съёмка на обычную (световую) цифровую камеру с возможностью пространственной синхронизации обычных и инфракрасных снимков;
• возможность записи видеопотока с инфракрасного сенсора;
• возможность выделять контролируемый элемент с помощью лазерного указателя (актуально в электроэнергетике при проведении электроиспытаний в разветвлённых сетях и при проверке щитов с вакуумными выключателями).

Что выявляет обследование

С помощью термографической диагностики выявляются дефекты теплозащиты и любой иной инфраструктурной системы здания или электроустановки.

В общем случае, диагностируемые с помощью термограмм проблемы можно классифицировать следующим образом:

1. Незапланированные теплопотери в зданиях и сооружениях.
2. Нарушение нормального режима циркуляции водных сред (отопление, водоснабжение, тёплые полы и т.д.).
3. Аварийные и предаварийные состояния сетей для передачи электроэнергии.
4. Нарушение штатного режима работы охлаждающих контуров в мощных энергетических установках.

Строительство

Применение термографической диагностики в строительной сфере позволяет выявлять до 90% технологических недоработок без разрушения конструкций.

В частности, подобным образом диагностируются следующие проблемы:

1. Избыточная инфильтрация или эксфильтрация через уплотнения окон.
2. Наличие мостиков холода в теплоизолирующих конструкциях.
3. Неправильная работа пароизоляции, приводящая к появлению конденсата на внутренних элементах строительных конструкций.
4. Недочёты при обустройстве окон и дверей (особенно актуально для деревянных зданий, где неправильно установленная обсада может стать причиной существенных тепловых потерь дома).
5. Некачественные межвенцовые уплотнения в бревенчатых и срубовых домах.
6. Недостаточная теплоизоляция между крышей и стенами.
7. Неправильная работа отопительного оборудования.

Все перечисленные выше ситуации относятся к приёмо-сдаточным мероприятиям, в ходе которых заказчик контролирует качество выполненных работ.

Отметим, что ни один из существующих на сегодня способов контроля результатов строительства не даёт настолько полной и наглядной картины, как термографическое исследование.

Не менее востребован тепловизионный метод проверки и при ремонтных работах. Только таким способом можно определить места протекания или засорения в скрытых водопроводных трубах и тёплых полах.

Более того, при ремонте тёплых полов услуга термографического обследования попросту незаменима, поскольку позволяет полностью проверить состояние отопительной системы без её демонтажа.

Значительно сокращаются материальные и временные затраты при использовании тепловизоров в ходе ремонта крыш многоквартирных домов. Точно выявленные границы протеканий позволяют провести восстановительные работы в гораздо более сжатые сроки.

Кроме перечисленных ситуаций термографическое обследование может быть полезным при анализе состояния конструкций из железобетона, использованных для постройки фундамента. Точные данные о местах зарождения трещин и протеканий значительно сократят трудоёмкость работ по гидроизоляции.

Электроэнергетика

Отдельная область, где использование тепловизоров существенно упростило приёмо-сдаточные и профилактически работы – это испытания электрического и механического оборудования, задействованного на электростанциях и в линиях передачи электрической энергии.

Генерация и транспортировка электроэнергии всегда связаны с выделением тепла, что позволяет определить штатные и нештатные тепловые режимы практического для всех видов электротехнического и промышленного оборудования.

Таким образом, простой осмотр распределительных устройств, контактных соединений и даже фарфоровых изоляторов, выполненный с помощью термографического оборудования позволяет выявлять не только случаи явных поломок, но и предаварийные ситуации.

Учитывая, что 70% поломок в электросетях приходятся на коммутационные элементы, то регулярный осмотр электрощитовых с помощью тепловизора позволит существенно снизить потери от простоёв и аварийных отключений (даже в тех случаях, когда проверки производятся с минимальной периодичностью).

Отдельно подчеркнём, что тепловизионная диагностика позволяет выполнять измерение температуры на значительном удалении от контролируемого объекта, что существенно повышает безопасность электроизмерительных работ в высоковольтных цепях передачи электрического тока (ВЛ).

Применение тепловизоров для выявления проблемных узлов электрооборудования оказалось настолько эффективным, что сегодня практически каждая аккредитованная лаборатория, работающая в области электроизмерительной диагностики, имеет на «вооружении» профессиональный тепловизор.

Преимущества тепловизионного обследования

Положительные качества термографического обследования можно выразить несколькими словами:

• скорость;
• точность;
• универсальность;
• безопасность.

Рассмотрим эти характеристики более подробно.

Скорость

Являясь неразрушающей методикой контроля, тепловизионная проверка позволяет за несколько часов получить данные, для сбора которых традиционными методами потребовались бы недели, а то и месяцы.

Точность

Профессиональный отчёт тепловизионного энергоаудита состоит из текстовой, графической и электронной части и содержит информацию о температуре в каждой точке контролируемой зоны.

Универсальность

В основу тепловизионной диагностики положены принципы, которые прямо или косвенно отражают до 80% технических неисправностей, возникающих во всех сферах строительной и производственной деятельности человека.

Кроме этого, каждый год появляются новые алгоритмы анализа, расширяющие возможности термографической диагностики.

Безопасность

Ключевое преимущество теплового анализа – его полная безопасность для проверяемого объекта. Нет необходимости демонтировать теплоизоляцию, полы или стены, бурить измерительные шпуры и вскрывать скрытую электропроводку – все измерения производятся бесконтактным методом и не подвергаются никаким избыточным нагрузкам.

Минус тепловизионной диагностики

Единственный минус тепловизионной диагностики заключается в её зависимости от погодных условий при проведении энергоаудита зданий.

Чтобы в результате получить правильные расчёты температурных карт, необходимо обеспечить минимальную разность температур между внутренней и внешней средой на уровне 12-15⁰C. В момент проведения измерений стена и крыша обязательно должны быть сухими.

В связи с чем, для проведения проверок приходится выбирать подходящий климатический сезон (оптимально - зимой) или создавать необходимый тепловой контраст искусственно.

Большинство ЭТЛ, предлагающие услуги тепловизионного обследования, учитывают эту особенности и готовы принять заказа на любое время суток.

Технологии, подобные тепловизионному обследованию

Диагностика качества строительных конструкций тепловым методом является одним из 11 неразрушающих методов контроля, описанных в ГОСТ 18353-79:

1. Склерометрический.
2. Капиллярный.
3. Акустический (ультразвуковой).
4. Оптический.
5. Радиационный.
6. Радиоволновой.
7. Электрический.
8. Электромагнитный.
9. Визуальный поиск протечек.
10. Тепловой.
11. Магнитный.

Большинство из этих методик являются узкоспециальными и применяются для контроля качества железобетонных конструкций и сварных соединений.

Компания «Мега.ру» принимает заказы на любой вид термографической диагностики, включая дистанционную проверку электрических сетей в ходе рабочих измерений электротехнической лаборатории. Работы производятся с помощью профессионального портативного тепловизора с выездом на любой адрес в пределах Москвы и Московской области.

Уточнить детали сотрудничества и заказать обследование можно любым способом связи с нами из числа опубликованных на странице «Контакты».