Wybrane aspekty badań termograficznych w budownictwie

FOTOREPORTAZE

ON-LINE

Naszą witrynę przegląda teraz 100 gości

Facebook

Chłodnictwo & Klimatyzacja

Miesięcznik indeksowany
jest w bazie czasopsim
technicznych

Wybrane aspekty badań termograficznych w budownictwie

Wydanie 3/2009 | Data dodania: 19.03.2009

Zastosowanie termografii w ocenie stanu konstrukcji budowlanych ma szereg zalet, do których przede wszystkim należy zaliczyć fakt, iż jest to metoda nieniszcząca i bezdotykowa. Umożliwia zatem prowadzenie badań bez naruszenia konstrukcji budynku lub też czasowego usunięcia mieszkańców/użytkowników obiektu. Jednocześnie termografia umożliwia graficzne przedstawienie wyniku z lokalizacją wady usterki a także dokładny pomiar temperatury na dużym obszarze, zatem możliwa jest szybka identyfikacja problemu. Z drugiej strony prowadzenie badań z zastosowaniem kamery termowizyjnej wiąże się z dość wysokim kosztem zakupu aparatury, a także przeszkolenia personelu, gdyż na duży błąd odczytu mogą wpływać nieprawidłowo założone parametry obiektu oraz otoczenia badania.
W artykule przedstawiono wybrane informacje dotyczące termowizji, źródeł błędu pomiaru oraz metod badań prowadzonych w budownictwie.

Podstawy termografii
Badanie termowizyjne polega na pomiarze natężenia promieniowania cieplnego, które jest emitowane przez wszystkie powierzchnie o temperaturze ciała wyższej od zera bezwzględnego, czyli 0 K (-273, 15^oC). Widmo elektromagnetyczne jest podzielone na pasma, które różnią się metodami generowania i wykrywania promieniowania (rys. 1).

    Termografia wykorzystuje pasmo podczerwieni, które jest podzielone na 4 kolejne pasma [2], tj: bliska podczerwień (0,75-3 μm), średnia podczerwień (3-6 μm), daleka podczerwień (6-15 μm) i ekstremalna podczerwień (15-100 μm). (...)

Najczęstsze źródła błędów pomiaru
    W pierwszym etapie badania termowizyjnego należy do programu kamery wprowadzić dane dotyczące: emisyjności badanego obiektu, odległości pomiędzy kamerą a obiektem, temperatury oraz wilgotności powietrza w otoczeniu badania. Z przedstawionych parametrów, emisyjność obiektu jest kluczowym zagadnieniem dla prawidłowego prowadzenia pomiarów termograficznych.
    Emisyjność obiektu jest definiowana jako zdolność tego obiektu do wypromieniowania energii promienistej [2]. Wzorem ciała o idealnych własnościach promieniowania jest tzw. ciało doskonale czarne, które choć nie występuje w naturze, to w teorii przyjmuje się, że pochłania całkowicie padające na nie promieniowanie. Pochłanianie to zachodzi we wszystkich kierunkach i dla wszystkich długości fali. Promieniowanie każdego innego ciała jest niższe od promieniowania ciała doskonale czarnego o współczynnik emisyjności (ε). Wartość współczynnika emisyjności zależy od rodzaju materiału, jego wykończenia, powierzchni, (polerowana, utleniona), geometrii powierzchni, temperatury materiału, długości fali obserwacji oraz kąta obserwacji. Przykładowe wartości współczynników emisyjności przedstawiono w tabeli 1. (...)

Termografia aktywna
    Metoda badań termograficznych dzieli się na pasywną i aktywną. W metodzie pasywnej badany jest obiekt, którego temperatura nie jest zmieniana przez badacza. W metodzie aktywnej, umożliwiającej wyznaczenie własności cieplnych materiałów jednorodnych, badane ciało jest poddane kontrolowanemu działaniu, stymulowaniu poprzez czynnik zewnętrzny. Istotą aktywnej termografii jest badanie czasu odpowiedzi cieplnej materiału na zadany bodziec [4]. Przykładowo, po równomiernym nagrzaniu powierzchni materiału impulsem cieplnym, rozkład temperatury na powierzchni nagrzanej zależy od zdolności przewodzenia ciepła poszczególnych materiałów wchodzących w skład obiektu. Zatem w przypadku braku nieciągłości w częściach obiektu rozkład temperatury na jego powierzchni będzie różny od rozkładu temperatury na powierzchni materiału jednorodnego. Schemat działania termografii aktywnej przedstawiono na rys. 2.

W zależności od charakteru symulacji i sposobu obróbki sygnału rozróżnia się następujące rodzaje termografii aktywnej:
● impulsowa – nagrzewanie ciała krótkim impulsem cieplnym – analiza rozkładu temperatury na badanej powierzchni w czasie stygnięcia po impulsie. Na tej podstawie można określić głębokość nieszczelności oraz jej wymiary; jednak obserwowane defekty muszą znajdować się przy powierzchni badanego materiału;
● modulacyjna – źródłem ciepła jest harmoniczny strumień ciepła. Zaletą tej metody jest proste wyznaczenia obrazów amplitudy i przesunięcia fazowego, wadą jest wymóg przeprowadzania wielu testów dla tej samej częstotliwości. Źródłem stymulacji jest zazwyczaj lampa, której moc zmienia się w sposób harmoniczny. Otrzymuje się w ten sposób pole temperatury na nagrzewanej powierzchni, które może być w czasie rejestrowane przez układ pomiarowy;
● impulsowa fazowo – łączy zalety termografii impulsowej i modulacyjnej. Powierzchnia badanego elementu jest pobudzana impulsem cieplnym a za pomocą kamery rejestruje się rozkład temperatury na jej powierzchni w czasie stygnięcia. Jednocześnie zarejestrowany sygnał zostaje poddany dalszym obl iczeniom wskutek czego otrzymuje się mapy fazowe – faza powierzchni o danej częstotliwości w obszarze powierzchni, w której znajdują się defekty różni się od mapy fazy, w której defekt nie występuje;
● wibracyjna – zmiana temperatury wywoływana jest wibracjami mechanicznymi za pomocą piezoelektrycznego wibratora. Kamerą monitoruje się w sposób ciągły rozkład temperatury na powierzchni badanego elementu. W szczelinach lub w miejscu innych defektów powstaje specyficzne zjawisko rezonansu, które wpływa na wzrost lokalny temperatury w takim obszarze.

Możliwości zastosowania termografii w budownictwie
(...)