Fondamenti di imaging termico: come la termografia a infrarossi consente la misurazione della temperatura senza contatto

Approfondimenti sul settore · 15 marzo 2020
Approfondimenti sul settoreImmagine termicaTermometria a infrarossi

Articolo

15 marzo 2020

Il principio fondamentale della termografia è la radiazione infrarossa. Qualsiasi oggetto con una temperatura superiore allo zero assoluto (-273,15°C) irradia raggi infrarossi – onde elettromagnetiche invisibili all’occhio umano, con lunghezze d’onda tipicamente comprese tra 0,75μm e 1000μm. Le termocamere catturano questa radiazione con rilevatori a infrarossi, la convertono in segnali elettrici e infine generano una mappa di distribuzione della temperatura in pseudo-colore: un'immagine termica.

Radiazione infrarossa: il fondamento fisico di tutta l'imaging termico

Il principio fondamentale della termografia è la radiazione infrarossa. Qualsiasi oggetto con una temperatura superiore allo zero assoluto (-273,15°C) irradia raggi infrarossi – onde elettromagnetiche invisibili all’occhio umano, con lunghezze d’onda tipicamente comprese tra 0,75μm e 1000μm. Le termocamere catturano questa radiazione con rilevatori a infrarossi, la convertono in segnali elettrici e infine generano una mappa di distribuzione della temperatura in pseudo-colore: un'immagine termica.

L'intensità della radiazione infrarossa dipende sia dalla temperatura dell'oggetto che dalle sue caratteristiche superficiali. Una temperatura più elevata significa una radiazione più forte. Anche le caratteristiche della superficie, in particolare l’emissività, influiscono sull’intensità della radiazione. Il metallo lucido ha un'emissività molto bassa (circa 0,05-0,1), il che significa che la maggior parte della radiazione infrarossa viene riflessa anziché emessa. I materiali non metallici come ossidi, plastica e vernici hanno un'emissività maggiore (circa 0,7-0,95), rendendoli più adatti alla misurazione della temperatura a infrarossi.

Comprendere i principi della radiazione infrarossa è essenziale per utilizzare le termocamere in modo efficace. Se l'emissività dell'oggetto target non è nota, le letture della temperatura saranno imprecise. Ad esempio, misurando una piastra di alluminio lucidato con una termocamera si può ottenere una lettura pari solo alla metà della temperatura effettiva, poiché la fotocamera interpreta la radiazione ambientale riflessa dalla piastra come la radiazione propria della piastra. Questo è il motivo per cui è fondamentale impostare il parametro di emissività corretto prima della misurazione.

Specifiche principali della termocamera: risoluzione, NETD e intervallo di temperatura

Quando si seleziona una termocamera, tre parametri sono decisivi. Se sbagli qualcuno, i risultati saranno compromessi.

Primo: risoluzione a infrarossi. La risoluzione determina la nitidezza dell'immagine termica: una risoluzione più elevata significa dettagli più ricchi nell'immagine termica. Le risoluzioni comuni includono 160×120 (circa 20.000 pixel), 320×240 (circa 77.000 pixel) e 640×480 (circa 310.000 pixel). La risoluzione 160×120 è adatta alla scansione rapida e all'ispezione generale; 320×240 è la scelta equilibrata per la maggior parte delle applicazioni industriali; 640×480 è adatto ad analisi precise, come il rilevamento di minime differenze di temperatura nei componenti elettronici.

Secondo: NETD (Differenza di Temperatura Equivalente al Rumore). NETD rappresenta la più piccola differenza di temperatura che una termocamera può risolvere, misurata in mK (millikelvin). Un NETD inferiore significa una maggiore sensibilità alle piccole differenze di temperatura. In genere, le telecamere con NETD inferiore a 50 mK soddisfano la maggior parte delle esigenze industriali; inferiore a 20 mK è di qualità premium, adatto per la ricerca e i test di precisione.

Terzo: intervallo di temperatura. Applicazioni diverse richiedono gamme diverse. L'ispezione delle apparecchiature elettriche richiede tipicamente da -20°C a +150°C; l'ispezione di forni industriali richiede una temperatura compresa tra 0°C e +1000°C o superiore; L'ispezione della perdita di calore dell'edificio richiede da -20°C a +60°C. La termocamera portatile serie PK63 supporta da -55°C a +1580°C, coprendo la maggior parte delle applicazioni, dall'ispezione edilizia alla metallurgia.

PK61 / PK62 / PK63: tre modelli che vanno dallo screening rapido all'analisi di precisione

La linea di prodotti di imaging termico supportata da FangService comprende tre modelli che coprono l'intero spettro, dal livello base al professionale. Comprendere le differenze è il passaggio finale della selezione.

La PK61 è una termocamera tascabile progettata per uno screening rapido. Il suo vantaggio principale è la portabilità: abbastanza piccolo da stare in tasca, abbastanza leggero da poter essere trasportato tutto il giorno. Il funzionamento è semplice: accendi, punta, leggi: tre passaggi completi. Adatto per: ispezioni di routine della temperatura di armadi elettrici, valutazioni rapide di sistemi HVAC e localizzazione preliminare di perdite negli edifici. Il PK61 ha una risoluzione infrarossa moderata e un NETD di circa 50 mK, soddisfacendo le esigenze di ispezione generali.

Il PK62 è un termometro a infrarossi (pistola IR) progettato per la misurazione puntuale della temperatura. A differenza di una termocamera, un termometro a infrarossi misura la temperatura in un unico punto: mira, premi e sullo schermo viene visualizzato il numero della temperatura. I vantaggi del PK62 sono l'elevata precisione (tipicamente da ±1°C a ±2°C), una risposta rapida (tipicamente inferiore a 1 secondo) e un costo relativamente basso. Adatto per: misurazione precisa della temperatura a punto singolo, come la temperatura del cuscinetto del motore, la temperatura della superficie del tubo e il controllo della temperatura nella lavorazione degli alimenti.

La PK63 è una termocamera portatile ad alta risoluzione, il modello di livello professionale della linea di prodotti. Presenta una risoluzione a infrarossi più elevata, un NETD inferiore e un intervallo di temperature più ampio. Il PK63 supporta anche la registrazione video e l'analisi della temperatura in tempo reale, adatto per applicazioni che richiedono dati dettagliati sulla temperatura e analisi delle tendenze. Adatto per: diagnosi dei guasti delle apparecchiature, test di ricerca e sviluppo e applicazioni che richiedono rapporti di ispezione professionali.

Quattro scenari tipici di applicazione della termografia

La tecnologia dell'immagine termica ha ampie applicazioni nell'industria, nell'edilizia e nella sicurezza. Ecco i quattro scenari più tipici.

Primo: manutenzione predittiva delle apparecchiature elettriche. I punti di collegamento elettrico (come interruttori automatici, contattori, giunti di sbarre collettrici) generano calore anomalo quando la resistenza di contatto aumenta: questo è un segnale precoce di guasto dell'apparecchiatura. La scansione degli armadi elettrici con una termocamera sotto carico può rilevare questi punti caldi in anticipo, consentendo la manutenzione prima che si verifichi l'intervento dell'apparecchiatura. Questa è l'applicazione più matura e con il ROI più elevato della tecnologia di imaging termico.

Secondo: rilevamento della perdita di calore dell'edificio. I difetti nell'isolamento dell'involucro dell'edificio causano anomalie di temperatura localizzate: in inverno, le aree scarsamente isolate appaiono luminose (calde) nelle immagini termiche, mentre le aree ben isolate appaiono scure (fredde). Le termocamere individuano rapidamente i difetti di isolamento, guidando la riparazione e l'ammodernamento per il risparmio energetico.

Terzo: monitoraggio delle condizioni delle apparecchiature industriali. L'attrito anomalo nelle apparecchiature rotanti come motori, pompe e ventole provoca un aumento della temperatura. La scansione regolare di questi dispositivi con una termocamera stabilisce una temperatura di base; una volta rilevati aumenti anomali della temperatura, è possibile programmare l'ispezione.

Quarto: monitoraggio della sicurezza. In condizioni di scarsa illuminazione o nell'oscurità completa, le termocamere generano immagini attraverso le differenze di temperatura, utilizzate per la sorveglianza di sicurezza e le operazioni di ricerca e salvataggio.

Consigli pratici per i team di ingegneria e manutenzione

La termografia completa non è un dispositivo che acquisti e dimentichi: è un processo di manutenzione continua. Un flusso di lavoro completo di imaging termico dovrebbe includere: definizione della temperatura di base dell'apparecchiatura (prima ispezione), nuova ispezione periodica (frequenza basata sulla criticità dell'apparecchiatura), analisi della temperatura anomala (per determinare se è necessaria la manutenzione), verifica post-manutenzione (conferma che la temperatura è tornata alla normalità) e archiviazione dei dati (creazione di una registrazione della temperatura in serie temporale).

Quando si seleziona un'apparecchiatura per l'immagine termica, il prezzo da solo non dovrebbe essere il fattore decisivo. Una termocamera con una risoluzione più elevata e un NETD inferiore costa di più, ma rileva anomalie più precoci: dal punto di vista di evitare guasti alle apparecchiature, il ROI di questo investimento è molto elevato. Il valore fondamentale di un dispositivo come il PK63 non è la precisione della misurazione, ma la capacità del team di manutenzione di individuare i problemi prima che l'apparecchiatura intervenga.

Gli acquirenti dovrebbero anche prestare attenzione ai dettagli facilmente trascurati nei materiali di marketing: se il dispositivo supporta l'esportazione dei dati (per l'integrazione con i sistemi di gestione della manutenzione); se supporta la registrazione video (per l'analisi dinamica del processo); se la durata della batteria soddisfa un'intera giornata di utilizzo sul campo; e se supporta il funzionamento continuo in ambienti ad alta temperatura. View the Thermal Imaging Detection Instruments Collection

Hai bisogno di una soluzione personalizzata?

Raccontaci lo scenario e i requisiti del tuo progetto e troveremo la soluzione giusta e forniremo un preventivo entro 24 ore.

Ottieni un preventivo gratuito

View the Thermal Imaging Detection Instruments Collection

PK57 and PK58 fixed industrial thermal imagers, PK61 pocket thermal camera, PK62 infrared thermometer, PK63 handheld high-resolution thermal imager — five series covering the complete needs from online monitoring to rapid field screening. High-precision temperature measurement, multi-scenario compatibility — designed for electrical maintenance, building inspection, industrial R&D, and predictive maintenance.

Explore the Thermal Imaging Detection Instruments →