Nguyên tắc cơ bản về hình ảnh nhiệt: Cách đo nhiệt độ hồng ngoại cho phép đo nhiệt độ không tiếp xúc

Bài viết

Ngày 15 tháng 3 năm 2020

Nguyên lý cốt lõi của hình ảnh nhiệt là bức xạ hồng ngoại. Bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ trên độ không tuyệt đối (-273,15°C) đều phát ra tia hồng ngoại - sóng điện từ mà mắt người không thể nhìn thấy, với bước sóng thường từ 0,75μm đến 1000μm. Camera nhiệt thu giữ bức xạ này bằng máy dò hồng ngoại, chuyển đổi nó thành tín hiệu điện và cuối cùng tạo ra bản đồ phân bổ nhiệt độ giả màu - hình ảnh nhiệt.

Bức xạ hồng ngoại: Nền tảng vật lý của mọi hình ảnh nhiệt

Nguyên lý cốt lõi của hình ảnh nhiệt là bức xạ hồng ngoại. Bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ trên độ không tuyệt đối (-273,15°C) đều phát ra tia hồng ngoại - sóng điện từ mà mắt người không thể nhìn thấy, với bước sóng thường từ 0,75μm đến 1000μm. Camera nhiệt thu giữ bức xạ này bằng máy dò hồng ngoại, chuyển đổi nó thành tín hiệu điện và cuối cùng tạo ra bản đồ phân bổ nhiệt độ giả màu - hình ảnh nhiệt.

Cường độ bức xạ hồng ngoại phụ thuộc vào cả nhiệt độ của vật thể và đặc điểm bề mặt của nó. Nhiệt độ cao hơn có nghĩa là bức xạ mạnh hơn. Đặc điểm bề mặt - đặc biệt là độ phát xạ - cũng ảnh hưởng đến cường độ bức xạ. Kim loại được đánh bóng có độ phát xạ rất thấp (khoảng 0,05-0,1), nghĩa là hầu hết bức xạ hồng ngoại đều bị phản xạ chứ không phát ra. Các vật liệu phi kim loại như oxit, nhựa và sơn có độ phát xạ cao hơn (khoảng 0,7-0,95) nên phù hợp hơn để đo nhiệt độ hồng ngoại.

Hiểu rõ nguyên lý bức xạ hồng ngoại là điều cần thiết để sử dụng camera nhiệt hiệu quả. Nếu không xác định được độ phát xạ của đối tượng mục tiêu, kết quả đo nhiệt độ sẽ không chính xác. Ví dụ, đo một tấm nhôm được đánh bóng bằng máy ảnh nhiệt có thể chỉ mang lại kết quả bằng một nửa nhiệt độ thực tế - bởi vì máy ảnh diễn giải bức xạ xung quanh phản xạ của tấm là bức xạ của chính tấm. Đây là lý do tại sao việc thiết lập thông số phát xạ chính xác trước khi đo là rất quan trọng.

Thông số kỹ thuật chính của camera nhiệt: Độ phân giải, NETD và Phạm vi nhiệt độ

Khi chọn camera nhiệt, ba thông số có tính chất quyết định. Nhận bất kỳ sai sót nào và kết quả sẽ bị tổn hại.

Đầu tiên: độ phân giải hồng ngoại. Độ phân giải xác định độ rõ của hình ảnh nhiệt - độ phân giải cao hơn có nghĩa là chi tiết phong phú hơn trong hình ảnh nhiệt. Độ phân giải phổ biến bao gồm 160×120 (khoảng 20.000 pixel), 320×240 (khoảng 77.000 pixel) và 640×480 (khoảng 310.000 pixel). Độ phân giải 160×120 phù hợp với việc quét nhanh và kiểm tra chung; 320×240 là lựa chọn cân bằng cho hầu hết các ứng dụng công nghiệp; 640×480 phù hợp với phân tích tốt, chẳng hạn như phát hiện sự khác biệt nhỏ về nhiệt độ trong các linh kiện điện tử.

Thứ hai: NETD (Chênh lệch nhiệt độ tương đương tiếng ồn). NETD biểu thị chênh lệch nhiệt độ nhỏ nhất mà máy ảnh nhiệt có thể phân giải, được đo bằng mK (millikelvin). NETD thấp hơn có nghĩa là độ nhạy cao hơn đối với những chênh lệch nhiệt độ nhỏ. Nói chung, camera có NETD dưới 50mK đáp ứng hầu hết các nhu cầu công nghiệp; dưới 20mK là loại cao cấp, thích hợp cho nghiên cứu và thử nghiệm độ chính xác.

Thứ ba: phạm vi nhiệt độ. Các ứng dụng khác nhau yêu cầu phạm vi khác nhau. Việc kiểm tra thiết bị điện thường cần -20°C đến +150°C; kiểm tra lò công nghiệp cần nhiệt độ từ 0°C đến +1000°C trở lên; nhu cầu kiểm tra tổn thất nhiệt của tòa nhà từ -20°C đến +60°C. Camera nhiệt cầm tay dòng PK63 hỗ trợ -55°C đến +1580°C, đáp ứng hầu hết các ứng dụng từ kiểm tra tòa nhà đến luyện kim.

PK61 / PK62 / PK63: Ba mô hình bao gồm từ sàng lọc nhanh đến phân tích chính xác

Dòng sản phẩm chụp ảnh nhiệt được FangService hỗ trợ bao gồm ba mẫu bao gồm toàn bộ phạm vi từ cấp cơ bản đến chuyên nghiệp. Hiểu sự khác biệt là bước cuối cùng trong việc lựa chọn.

PK61 là máy ảnh nhiệt bỏ túi được thiết kế để sàng lọc nhanh. Ưu điểm cốt lõi của nó là tính di động - đủ nhỏ để bỏ vào túi, đủ nhẹ để mang theo cả ngày. Thao tác rất đơn giản: bật nguồn, nhắm, đọc - hoàn tất ba bước. Thích hợp cho: kiểm tra nhiệt độ định kỳ của tủ điện, đánh giá nhanh hệ thống HVAC và định vị sơ bộ các rò rỉ của tòa nhà. PK61 có độ phân giải hồng ngoại vừa phải và NETD khoảng 50mK, đáp ứng nhu cầu kiểm tra chung.

PK62 là nhiệt kế hồng ngoại (súng hồng ngoại) được thiết kế để đo nhiệt độ điểm. Không giống như camera nhiệt, nhiệt kế hồng ngoại đo nhiệt độ tại một điểm duy nhất - nhắm, nhấn và số nhiệt độ xuất hiện trên màn hình. Ưu điểm của PK62 là độ chính xác cao (thường từ ±1°C đến ±2°C), phản hồi nhanh (thường dưới 1 giây) và chi phí tương đối thấp. Thích hợp cho: đo nhiệt độ một điểm chính xác, chẳng hạn như nhiệt độ ổ trục động cơ, nhiệt độ bề mặt ống và kiểm soát nhiệt độ trong chế biến thực phẩm.

PK63 là máy ảnh nhiệt cầm tay có độ phân giải cao, model cấp chuyên nghiệp trong dòng sản phẩm. Nó có độ phân giải hồng ngoại cao hơn, NETD thấp hơn và phạm vi nhiệt độ rộng hơn. PK63 cũng hỗ trợ quay video và phân tích nhiệt độ theo thời gian thực, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu dữ liệu nhiệt độ chi tiết và phân tích xu hướng. Thích hợp cho: chẩn đoán lỗi thiết bị, thử nghiệm R&D và các ứng dụng yêu cầu báo cáo kiểm tra chuyên nghiệp.

Bốn kịch bản ứng dụng hình ảnh nhiệt điển hình

Công nghệ ảnh nhiệt có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, xây dựng và an ninh. Here are the four most typical scenarios.

Thứ nhất: bảo trì dự đoán các thiết bị điện. Các điểm kết nối điện (như cầu dao, công tắc tơ, khớp nối thanh cái) tạo ra nhiệt bất thường khi điện trở tiếp xúc tăng - đây là tín hiệu sớm về lỗi thiết bị. Quét tủ điện bằng camera nhiệt đang tải có thể phát hiện trước những điểm nóng này, cho phép bảo trì trước khi xảy ra sự cố thiết bị. Đây là ứng dụng ROI hoàn thiện nhất và cao nhất của công nghệ chụp ảnh nhiệt.

Second: building heat loss detection. Các khiếm khuyết trong lớp cách nhiệt của lớp vỏ tòa nhà gây ra sự bất thường về nhiệt độ cục bộ - vào mùa đông, các khu vực cách nhiệt kém sẽ xuất hiện sáng (ấm) trong hình ảnh nhiệt, trong khi các khu vực cách nhiệt tốt sẽ xuất hiện tối (mát). Camera nhiệt nhanh chóng xác định vị trí các khuyết tật cách nhiệt, hướng dẫn sửa chữa và trang bị thêm tiết kiệm năng lượng.

Thứ ba: giám sát tình trạng thiết bị công nghiệp. Ma sát bất thường trong các thiết bị quay như động cơ, máy bơm, quạt khiến nhiệt độ tăng cao. Thường xuyên quét các thiết bị này bằng camera nhiệt sẽ thiết lập đường cơ sở về nhiệt độ; khi phát hiện thấy nhiệt độ tăng bất thường, việc kiểm tra có thể được lên lịch.

Fourth: security monitoring. Trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc bóng tối hoàn toàn, camera nhiệt tạo ra hình ảnh thông qua chênh lệch nhiệt độ, được sử dụng cho hoạt động giám sát an ninh và tìm kiếm cứu nạn.

Lời khuyên thiết thực cho đội ngũ kỹ thuật và bảo trì

Hình ảnh nhiệt toàn diện không phải là một thiết bị bạn mua rồi quên - đó là một quá trình bảo trì liên tục. Một quy trình chụp ảnh nhiệt hoàn chỉnh phải bao gồm: thiết lập đường cơ sở về nhiệt độ của thiết bị (kiểm tra lần đầu), kiểm tra lại định kỳ (tần suất dựa trên mức độ quan trọng của thiết bị), phân tích nhiệt độ bất thường (xác định xem có cần bảo trì hay không), xác minh sau bảo trì (xác nhận nhiệt độ đã trở lại bình thường) và lưu trữ dữ liệu (xây dựng bản ghi nhiệt độ theo chuỗi thời gian).

Khi lựa chọn thiết bị chụp ảnh nhiệt, giá cả không phải là yếu tố quyết định. Camera nhiệt có độ phân giải cao hơn và NETD thấp hơn có giá cao hơn nhưng nó phát hiện sớm hơn các điểm bất thường - từ góc độ tránh hỏng hóc thiết bị, ROI của khoản đầu tư này là rất cao. Giá trị cốt lõi của một thiết bị như PK63 không phải là độ chính xác của phép đo — mà là khả năng nhóm bảo trì có thể tìm ra sự cố trước khi thiết bị bị hỏng.

Người mua cũng nên chú ý đến những chi tiết dễ bị bỏ qua trong tài liệu tiếp thị: thiết bị có hỗ trợ xuất dữ liệu hay không (để tích hợp với hệ thống quản lý bảo trì); liệu nó có hỗ trợ quay video hay không (để phân tích quy trình động); liệu thời lượng pin có đáp ứng được cả ngày sử dụng tại hiện trường hay không; và liệu nó có hỗ trợ hoạt động liên tục trong môi trường nhiệt độ cao hay không. View the Thermal Imaging Detection Instruments Collection