תמונת מצב

תמונת מצב

מצלמות תרמיות מבוססות טכנולוגיית IR משמשות בתעשיה למדידת טמפרטורה באופן מדויק ביותר ללא צורך במגע במוצר. ניתן לבצע אינטגרציה של המצלמה במערכת וכך לנתח מידע באופן יעיל ובזמן אמת

דניאל ברנס, מחלקת יישומים, אלינה טכנולוגיות
 
 
 
תרמוגרפיה הוא תחום מדעי העוסק במיפוי טמפרטורת אובייקט המבוסס על מדידת קרינת חום באמצעות חיישני אינפרא אדום. 
קרינת אינפרא אדום זהה לאור הנראה, אולם אורך הגל שלה ארוך יותר, כך שאינה נראית על ידי העין האנושית. בעוד שהאור הנראה נפלט רק מגופים בטמפרטורה גבוהה מאד כדוגמת השמש, אש ומתכות לוהטות, קרינה תת אדומה נפלטת גם מגופים בטמפרטורות נמוכות.
כל גוף בטבע שהטמפרטורה שלו גבוהה מהאפס המוחלט פולט קרינה כתוצאה מהתנועה התרמית של החלקיקים הטעונים המרכיבים אותו. הקרינה הנפלטת הינה בכל התדרים, אך עוצמת הקרינה אינה מתחלקת שווה בשווה, אלא כפונקציה של התדירות. 
קרינת החום נקראת גם קרינת גוף שחור שכן היא אינה תלויה בתכונות האופטיות של החומר, כך גם גוף שחור אידיאלי, ה”בולע” באופן מושלם קרינה אלקטרומגנטית בכל אורכי הגל, כך שאין לו כלל תכונות של החזרה או העברת קרינה, מפיץ קרינת חום. עבור גוף שחור אידיאלי התפלגות הקרינה בהתאם לטמפרטורה ולאורכי הגל נתונה על ידי נוסחת פלאנק.
בטמפרטורה הנמוכה מ-700 מעלות קלווין (כ- 430°C) גוף שחור פולט מעט מאוד קרינה באור הנראה, וקורן בעיקר בתדירויות נמוכות יותר, כמו גלי רדיו, מיקרוגל ותת אדום.
מצלמות תרמיות מבוססות על חיישנים שקולטים ומעבדים את עוצמת הקרינה הנפלטת מהגוף בתחום התת אדום, באורכי גל של 8-14 מיקרון.
 
 
 
 
 
איור 1: מבנה סכימתי של מצלמה תרמית
 
דוגמאות ליישומים של מצלמות תרמיות:
מערכות לגילוי שריפות (מניעה וניטור אש): מערכת מצלמות תרמיות יכולה לשמש כמערכת התראה יעילה באזורים ברמת סיכון גבוהה לפריצת שריפות וכך לאפשר את מניעתן. כמו כן במידה ופרצה שריפה, המערכת משמשת בזמן אמת לקבלת מידע מהיר על המצב בשטח, להצבעה על מקור השריפה ולשמש במערך כיבוי האש כמערכת להכוונת הכוחות הפועלים בשטח לכיוון מקורות האש ולנפגעים אל מחוץ לאזור הסכנה.  
מחקר: זיהוי מוקדם של כשל במערכות חשמליות, כאשר יש עומס יתר, הינו שימוש נפוץ מאוד. מערכת המגיעה לנקודת כשל מתחממת ואינה “מצליחה” לפנות את החום, על כן זיהוי הרכיב המסוים הינו קריטי כדי לתקן את המערכת שלא תגיע לכשל. לדוגמא, תעשיית המחשבים עוסקת רבות במזעור הכרטיסים האלקטרונים תוך פינוי חום יעיל מהם. מחקרים רבים משתמשים במצלמות תרמיות מאחר וניתן לקבל הדמיה מהירה של פילוג החום ואין צורך לערוך מספר רב של מדידות.
בנייה ותחזוקת מבנים: צילום אינפרא אדום הינו האמצעי היעיל ביותר לגילוי נזילות ללא בדיקה חודרנית. סריקה מקיפה של חלקי המבנה תאפשר לזהות את מקורות הנזילה.
במיפוי כולל של מבנים לצורך אבחון המקורות לאיבוד אנרגיה תרמית, המיפוי מאפשר אבחון של ליקויי בידוד נקודתיים סביב פתחים, חלקי קירות ותקרות.
בנוסף ניתן לבצע בדיקת אל הרס מקיפה ומהירה של קירות מחופי פסיפס או לוחות שיש מאפשרת איתור חלקי חיפויים רופפים, הנמצאים בתהליך התנתקות מהתשתית.
תעשיה: בקרת תהליכים חמים כדוגמת תהליכי יציקה ריתוך ואקסטרוזיה שבהן לא ניתנת כלל לביצוע מדידה ישירה. ניטור מערכות חשמל, מערכות מכאניות נעות ועוד.
תחזוקה מונעת של פאנלים סולאריים: תאים סולריים פגומים, גם אם הם במספר קטן, יכולים להרוס לוח שלם. תרמוגרפיה היא שיטה מצוינת של תחזוקה מונעת על מתקני פוטו-וולטאיים: הבדלים בולטים בטמפרטורה יכולים לשמש כדי לזהות באופן אמין פגמים בלוחות. הסולריים. 
 
 
 
 
 
איור 2: בדיקת פאנלים סולאריים באמצעות מצלמה תרמית המחוברת לרחפן
 
יתרונות שימוש בטכנולוגית הדמיה תרמית:
בדיקת אל הרס/ללא מגע: המצלמה אינה באה במגע עם העצם הנבדק, ולכן היא מוגדרת כבדיקה שאינה פולשנית הגורמת נזק כלשהו לגוף הנבדק.
מרחק מהגוף הנבדק: ישנם תהליכים בתעשיה, כדוגמת תהליכי יציקות מתכת, אשר מתרחשים בטמפרטורות גבוהות, ולכן היכולת לבצע מדידה של טמפרטורה תוך שמירת מרחק מהעצם הנבדק מהווה יתרון משמעותי.
מהירות דגימה: מהירויות הדגימה המהירות מאפשרות ביצוע מעקב רציף ומדוייק לתהליכים תרמיים דינמיים. 
שימוש בתוכנת אנליזה מתקדמת: תוך שימוש בתוכנה נלוות למצלמה ניתן לבצע אנליזה של תוצאות המדידה. מבצעים הקלטה של תהליך המדידה ולאחר מכן ניתן לצפות בהקלטה במהירות שידור רגילה או לחילופין במהירויות שידור איטיות יותר (זאת כדי להבחין בפרטים שמתרחשים במהירות גבוהה).
 
איור 3: דוגמא מתוך התוכנה הנלווית 
 
סדרת thermoIMAGER TIM של חברת מיקרו אפסילון, הינה סדרת מצלמות תרמיות קומפקטיות במיוחד המתאימות להטמעה ושימוש במגוון יישומים. המצלמות אידיאליות עבור בדיקות תרמוגרפיה ונותנות יחס מחיר/ביצוע מעולה. כמו כן הן מגיעות עם חיבור USB למחשב ותוכנת אנליזה מתקדמת המאפשרת לבצע אנליזה של תוצאות המדידה והקלטה של התהליך. לאחר מכן ניתן לצפות בהקלטה במהירות שידור רגילה או לחילופין במהירויות שידור איטיות יותר (זאת כדי להבחין בפרטים שמתרחשים במהירות גבוהה).
תכונות עיקריות במצלמות התרמיות של חברת מיקרו אפסילון:
יכולת מדידה ממרחק של 0.5 מטר ועד עשרות מטרים.
גודל מטרת המדידה החל ממיקרונים בודדים. 
מדידת טמפרטורה מ-20°C ועד  1800°C.
רזולציה של עד 764x480 פיקסלים.
המצלמה הזעירה בגודלה בעולם.
 
 
 
איור 4: מצלמה תרמית מסדרת thermoIMAGER TIM מבית מיקרו אפסילון

 










פי.סי.חץ