Jak prawidłowo wybrać kamerę termowizyjną?

Wybór nowej kamery termowizyjnej jest jak zakup nowego aparatu. Aparaty mają bardzo podobne cechy, wykorzystują podobne technologie – ogólna koncepcja jest taka sama. Kamera termowizyjna służy do robienia zdjęć, filmów, czyli posiada takie same funkcje, jak zwykły aparat. Dziś wiele osób używa smartfona, aby szybko robić zdjęcia stosunkowo wysokiej jakości, ale profesjonaliści cenią sobie tak zwane „lustrzanki”.

Czym jest kamera termowizyjna i związana z nią dyscyplina nauki - termografia oraz termogram w podczerwieni?

Termografia w podczerwieni
Jest to nowa dyscyplina naukowa zajmująca się bezdotykową analizą rozkładu pola temperatury na powierzchni obiektu. Zadaniem termografii jest analiza energii w podczerwieni emitowanej przez obiekt. Układ pomiaru termograficznego może wyświetlać pole temperatury badanego obiektu, ale tylko na jego powierzchni.

Kamery termowizyjne
Kamery termowizyjne pozwalają widzieć promieniowanie podczerwone obiektu w formie wizualizacji. Efektem pracy kamery termowizyjnej jest obraz w podczerwieni, który nazywa się termogramem. Radiometryczne kamery termowizyjne umożliwiają wyznaczenie temperatury w każdym punkcie termogramu, co nie jest jednak łatwe i zależy od kilku parametrów. Jednym z podstawowych parametrów jest emisyjność obiektu. Idealne ciało czarne ma emisyjność równą 1, natomiast obiekty polerowane mają bardzo niską emisyjność (do 0,1).

Termogram
Obraz w podczerwieni jest tworzony przez kamerę termowizyjną. Promieniowanie podczerwone jest niewidoczne dla ludzkiego oka, dlatego obrazy cieplne są wizualizowane za pomocą palet, które przypisują kolory różnym wartościom temperatury (różnym strumieniom ciepła). Dzięki temu obraz może być wyświetlany w różnych paletach kolorów, aby uwidocznić inne miejsca.

Jak wybrać najlepszą kamerę termowizyjną?

Obserwujemy stały rozwój technologii i bardzo dobrze jest mieć ogólny pogląd na rozwiązania ułatwiające pracę, a nawet możliwość powierzenia zadań narzędziom czy maszynom. Kamera termowizyjna na pewno okaże się pomocna. Zanim zaczniemy analizować parametry techniczne, należy odpowiedzieć sobie na dwa podstawowe pytania:

1. Do czego będę używać kamery termowizyjnej?
Najważniejszym aspektem przy wyborze kamery jest jej przeznaczenie. Czy pracuję przy urządzeniach elektronicznych, buduję nowe urządzenia lub płytki drukowane?
2. Co powinna i może mi zaoferować kamera termowizyjna?
Jeśli przeznaczenie kamery termowizyjnej jest już znane, poniżej podajemy informacje, dzięki którym można wybrać najlepszą kamerę termowizyjną do określonych potrzeb.

Kształt i konstrukcja idealne do pracy
Standardowa kamera termowizyjna jest trzymana w jednej ręce, mocowana na pasku lub zamocowana na statywie. Wybór jest ogromny. Na rynku dostępne są modele wielkości portfela, z nieruchomą podstawą, wytrzymałe (do użytku przemysłowego) lub miniaturowe do połączenia ze smartfonem. Niektóre modele lepiej sprawdzają się podczas przenoszenia, inne bardziej pasują do montażu na stałe.

Odległość od badanego obiektu, rozdzielczość i zakresu temperatur
Najważniejsze parametry techniczne to:
- odległość od badanego obiektu (w metrach),
- rozdzielczość czujnika (w pikselach),
- zakres temperatur (w stopniach °C), w którym chcemy wykonywać pomiary.

Najczęściej spotykanymi zastosowaniami są:

- pomiary klimatyzatorów lub strat ciepła w budynkach,
- pomiary termiczne rozdzielnic tablicowych,
- pomiary termiczne płytek drukowanych i podzespołów do montażu powierzchniowego.

Klimatyzatory lub straty cieplne w budynkach:
Większość urządzeń ma duże rozmiary, a z perspektywy dzisiejszej miniaturyzacji elektroniki wystarczy więc wykonywać pomiary w odległości kilku metrów od urządzenia. Temperatura będzie zbliżona do temperatury pokojowej, a wymagana rozdzielczość jest niższa niż w innych zastosowaniach omówionych poniżej. Dodatkowo urządzenia są łatwe w obsłudze.

Pomiary termiczne rozdzielnic tablicowych:
Na pierwszy rzut oka widać większe i mniejsze elementy i części zwane dalej obiektami. Dlatego nie ma po prostu możliwości stwierdzenia, czy pomiary dużych czy małych obiektów należy wykonywać w większej czy mniejszej odległości. Potrzebne jest rozwiązanie uniwersalne. Z punktu widzenia temperatury w rozdzielnicy można znaleźć uszkodzenia określonych obiektów lub zwarcia w obwodach. W tym przypadku możemy spodziewać się temperatury 100 °C lub wyższej. Bardzo cenną cechą jest odporność na ewentualny upadek i ogólna wytrzymałość urządzenia.

Pomiary termiczne płytek drukowanych i podzespołów do montażu powierzchniowego:
Najważniejszymi parametrami są szczegółowość i czułość. Ostry obraz komponentów, którego wymiary wynosić będą 1x0,5 mm, jest trudny do uzyskania, ale nie jest to niemożliwe. Pomiar nie będzie wykonywany w odległości większej niż 20 cm, chyba że chcemy objąć całą płytkę drukowaną. Wartości prądu nie są rzędu dziesiątek amperów jak w rozdzielnicy, więc zwarcie nie będzie tak oczywiste. Temperatura może jednak nawet w tym przypadku osiągnąć 100 °C. Ponownie dużym plusem jest stabilna podstawa z możliwością zamocowania płytek drukowanych i samej kamery termowizyjnej.

Parametry techniczne

Prosty, podstawowy rozkład:

Rozdzielczość czujnika
Rozdzielczość określa liczbę pikseli użytych do wygenerowania obrazu obiektu, tj. im więcej pikseli, tym lepsza będzie dokładność i jakość pomiaru. Temat rozdzielczości, pikseli, proporcji obrazu jest nam znany w odniesieniu do jakości obrazu wideo czy telewizorów. Typowa rozdzielczość wynosi od 80x60 pikseli do 640x480 pikseli w proporcji 4:3. Dobra rozdzielczość obrazów wysokiej jakości zaczyna się od 160x120 pikseli.

Istnieją trzy klasy rozdzielczości:

• 80x60 pikseli, 120x90 pikseli
• klasa podstawowa 160x120 pikseli, 220x165 pikseli, 240x180 pikseli
• klasa średnia 260x195 pikseli, 320x240 pikseli i 640x480 pikseli – klasa profesjonalna

Powszechnie stosowaną rozdzielczość można poprawić dzięki technologii Super Resolution. Jest to oprogramowanie wykorzystywane w profesjonalnych kamerach termowizyjnych. Wszystkie wymienione rozdzielczości można znaleźć na naszej stronie internetowej.

Zakres temperatury:
Zakres temperatur waha się od wartości ujemnych (-25 °C) do kilku dodatnich poziomów temperatury. W naszym sklepie internetowym  oferujemy kamery termowizyjne o zakresie dodatnim od +150 °C do +1200 °C.
Zakres temperatury można podzielić na trzy klasy:

• klasa podstawowa do 250 °C
• klasa średnia do 650 °C
• klasa profesjonalna do 1200 °C

Odległość od badanego obiektu, stała i ręcznie regulowana ogniskowa:
W podstawowych kamerach termowizyjnych o stałej ogniskowej jej wartości zazwyczaj wynosi 0,15 m lub 0,45 m. W przypadku ogniskowej ustawianej ręcznie odległość można ustawić samodzielnie – tak jak w przypadku obiektywów. W przypadku wysokiej klasy kamer termowizyjnych można zaopatrzyć się w poniższe obiektywy:

• obiektywy makro do pomiarów procesora,
• obiektywy szerokokątne do pomiarów w trudno dostępnych miejscach,
• teleobiektyw z 2 lub 4-krotnym zoomem do pomiaru energii elektrycznej w stanie odłączenia od sieci (w układzie rozdzielczym).

Stała ogniskowa – klasa podstawowa

Ręczna regulacja ostrości 0,15 ÷ 0,45 m – klasa średnia

Wymienne obiektywy i ręczna regulacja ostrości każdego obiektywu – klasa profesjonalna

Kąt widzenia:
Ten parametr jest ściśle związany z ogniskową. Im większa ogniskowa, tym mniejszy będzie kąt widzenia. Kąt widzenia jest odwrotnie proporcjonalny do odległości od badanego obiektu. Skala w pionie wynosi od 24° do 55°. Zasadniczą zmianę tej wartości można uzyskać za pomocą szeregu obiektywów.

Czułość:
Jest to jeden z podstawowych parametrów w przypadku szczegółowych pomiarów. Teoria mówi, że czułość temperaturowa wyraża najmniejsze różnice temperatur na powierzchni ciała czarnego, które może zarejestrować kamera termowizyjna. Im wyższa czułość, tym dokładniejszy pomiar. Parametr jest proporcjonalny do rozdzielczości wybranej przez producenta, dlatego koniecznie należy go uwzględnić przy wstępnym wyborze sprzętu. Nie ma to jednak tak decydującego znaczenia, jak rozdzielczość czy zakres temperatur.

Emisyjność:
Emisyjność jest cechą optyczną materiału, która opisuje, ile światła zostało wyemitowane z materiału w stosunku do ilości światła emitowanego przez ciało czarne o tej samej temperaturze. Ciało czarne oznacza ciało idealne pochłaniające całe promieniowanie. Jednocześnie jest to idealny promiennik – promieniowanie ciała czarnego jest maksymalne i zależy tylko od temperatury. Rozkład widmowy natężenia promieniowania ciała czarnego określa prawo Plancka. Emisyjność należy ustawić w kamerze termowizyjnej ręcznie. Pod tym względem zarówno kamery podstawowe, jak i profesjonalne, nie różnią się między sobą. (Tabela emisyjności)

Udostępnianie wyników i inne cechy urządzenia:
Oprócz wysokiej jakości wyniku pomiaru, należy uwzględnić ogólne zastosowanie również z punktu widzenia wykorzystywania wyników „na zewnątrz” kamery termowizyjnej. W jaki sposób obraz będzie przetwarzany? Czy wyniki będą wysłane do klientów?
Czy pracuję przy budowaniu nowych urządzeń i chcę widzieć wyniki w czasie rzeczywistym na komputerze? Odpowiadając na wszystkie powyższe pytania dobierzemy rozwiązanie zapewniające efektywną pracę.

Lista oprogramowania na komputer:
Fluke Connect
Fluke SmartView
Flir Tools
Flir Tools+
i inne.

PRZYKŁADOWE KAMERY TERMOWIZYJNE:

Klimatyzatory lub straty cieplne w budynkach:
Odpowiednim produktem z naszej oferty jest Flir C3. Oferuje rozdzielczość 80x60 pikseli i pracuje w zakresie temperatur -10 °C ÷ +150 °C. Długość ogniskowej wynosi 1 m MSX od mierzonego obiektu. Flir C3 wyposażony jest w obiektyw stały. Zaletą jest ekran dotykowy, łatwa regulacja, rozmiar samego urządzenia, funkcja WiFi do połączenia z oprogramowaniem do przetwarzania obrazu FlirTools.
Konkurencyjnym rozwiązaniem jest Flir One Pro, które dzięki mniejszym wymiarom i oferowanym parametrom przewyższa Flir C3, ale po zapisaniu obrazu termograficznego na komputerze nie można już go poddać obróbce.
Inne obszary zastosowań: panele słoneczne, wilgotność powietrza w magazynie, rozpraszanie ciepła, rozkład ciepła w kotłach opalanych paliwem stałym i inne.

    Linia podstawowa
    Zakres temperatury: -10…+150°C
    Rozdzielczość: 80x60 pix.
    Obiektyw: stały, niewymienny
    Pozostałe cechy: ekran dotykowy, Wi-Fi, Flir Tools

    Dlaczego polecamy?
     - Niewielkie rozmiary i masa 130 g
     - Wytrzymałość
     - Wi-Fi + Flir Tools

Pomiary termiczne rozdzielnic tablicowych:
Uniwersalny, złoty środek. Fluke TiS 45 jest pierwszą kamerą termowizyjną w tej kategorii z funkcją ręcznego ustawiania ostrości. Urządzenie umożliwia prostą obsługę, np. podczas pomiaru rozpływu prądu elektrycznego, kontroli temperatury części mechanicznych, regulacji silnika. Obiektyw jest niewymienny.

Klasa średnia
Zakres temperatury: -20…+350°C
Rozdzielczość: 160x120 pix.
Obiektyw: ręczny, niewymienny
Pozostałe cechy: Fluke Connect

Dlaczego polecamy?
- Uniwersalny przyrząd do wszelkich pomiarów
- Ręczne ustawienie ogniskowej
- Bogate wyposażenie dodatkowe oraz kalibracja fabryczna

Pomiary termiczne płytek drukowanych i podzespołów do montażu powierzchniowego:
Podczas szczegółowych pomiarów z pewnością przyda się solidna podstawa lub statyw. Flir ETS 320 zapewnia doskonałe wyniki w odległości kilku milimetrów. Ze względu na stabilność obraz końcowy nie jest rozmyty.
Dzięki tej kamerze termowizyjnej można również wykorzystać funkcję śledzenia w czasie rzeczywistym wraz z zapisem.
Dlatego kamera nadaje się do zastosowań obejmujących monitorowanie temperatury urządzenia pomiarowego w określonym czasie po włączeniu (zmiany temperatury na płytce drukowanej i wzajemne oddziaływanie).

Niższa klasa profesjonalna
Zakres temperatury: -20…+250°C
Rozdzielczość: 320x240 pix.
Obiektyw: ręczny, niewymienny
Pozostałe cechy: Flir Tools, śledzenie w czasie rzeczywistym

Dlaczego polecamy?
- Stała podstawa
- Podgląd obrazu bezpośrednio na komputerze w czasie rzeczywistym, funkcja śledzenia wstecznego
- Praca niezależna od zasilania bateryjnego

Największym błędem podczas wyboru i obsługi kamery termowizyjnej

Nie jest zastosowanie urządzenia o lepszych parametrach do niezbyt dokładnych pomiarów, ale wybór urządzenia o podstawowych parametrach do bardziej wymagających zastosowań. Z pewnością nikt nie posłużyłby się kamerą VGA w konkursie fotograficznym. Dlatego nie zalecamy pomiarów komponentów do montażu powierzchniowego za pomocą kamer termowizyjnych klasy podstawowej, ponieważ nie można dzięki nim uzyskać zadowalających wyników.

Innym błędem jest pomiar na szkle lub bardzo gładkich i błyszczących powierzchniach. W tym przypadku użytkownik może wykonać pomiar samego siebie w miejscu trzymania kamery termowizyjnej na skutek odbicia obrazu. Jeżeli kamera termowizyjna jest przeznaczona do pomiaru takich powierzchni, należy zaciemnić lub w inny sposób zwiększyć szorstkość powierzchni obiektu. W przeciwnym razie nie polecamy technologii termowizyjnej.

Jeśli użytkownik dopiero rozpoczyna pracę z wykorzystaniem kamery termowizyjnej, zalecamy zainwestowanie co najwyżej w sprzęt średniej klasy. Wybierając odpowiednie urządzenie należy wziąć pod uwagę wiele innych parametrów, nie tylko rozdzielczość czy zakres temperatur.
Jeśli potrzebujesz pomocy lub porady, skontaktuj się z nami pod adresem info@soselectronic.pl