Usporedba mjerenja temperature kontaktnom metodom i termovizijskim kamerama

Uvod – mjerenje temperature u laboratoriju

Mjerenje temperature često je prisutno u industrijskim i elektroničkim mjernim laboratorijima. Nekad se temperatura mjeri kao sporedna veličina, sa svrhom da opisuje ili omogući održavanje određenih uvjeta okoline u kojoj se provode mjerenja. U drugim slučajevima temperatura je upravo parametar koji se mjeri jer može biti vrlo važan indikator stanja ili potencijalnog kvara na proizvodu, potencijalnih problema na mehaničkim komponentama i elektroničkim kontaktima te jedan od parametara u određivanju kvalitete proizvoda nakon proizvodnje ili servisnog postupka.

U kontekstu ovog članka mjerenja temperature možemo podijeliti na kontaktne i beskontaktne metode. Svaki od ovih pristupa ima određene prednosti i mane, obzirom na sam način funkcioniranja mjerne opreme, a kako smo dosad imali više iskustva s kontaktnim mjerenjima zanimalo nas je kakve rezultate će u idelanim uvjetima pokazati beskontaktna metoda mjerenja termovizijskim kamerama.

Kao predmet testiranja koristili smo čašu napunjenu vodom zagrijanom na temperaturu između 50°C i 70°C.

Kontaktno mjerenje temperature

Za kontaktno mjerenje koristili smo HIOKI LR8450 višekanalni akvizicijski uređaj s univerzalnim modulom U8551 na koji smo spojili termopar T-tipa. Drugi kraj termopara zalijepili smo za čašu koja nam služi kao predmet testiranja.

Hioki LR8450 može istovremeno mjeriti više različitih fizikalnih veličina na velikom broju kanala. Za mjerenje uređaj koristi module koji se direktnim spojem ili bežično spajaju s glavnom jedinicom. U ovom slučaju koristimo jedan univerzalni modul koji na ulaznim kontaktima mjeri napon.

Na ulaz kanala 1 spojili smo termopar T-tipa, u osnovi dvije žičice koje se s jedne strane spajaju s mjernim uređajem, a s druge “uparene” ostvaruju kontakt s površinom koja se mjeri. LR8450 omogućuje da podesimo ulazne parametre i definiramo što mjerimo. U ovom slučaju na uređaju podesimo da želimo mjeriti temperaturu, termoparom T-tipa, kao i da koristimo internu referencu hladnog spoja samog uređaja LR8450. Na taj način kao rezultat dobivamo izravno vrijednost izmjerene temperature.

Prilikom spajanja važno je znati koja žica termopara je (+), a koja (-) strana. Pritom je važno za napomenuti da termopar na temelju mjerenja napona kao rezultat daje temperaturu na temelju izračunate razlike u odnosu na referentnu temperaturnu točku (u ovom slučaju interna referenca LR8450). To znači da u slučaju da zamijenimo polove termopara nećemo vidjeti negativnu temperaturu nego temperaturu umanjenu za razliku izmjerene temperature u odnosu na referentnu. Da dodatno pojasnimo navodimo sljedeći primjer u tablici:

Dakle u nekim slučajevima i jedna i druga izmjerena temperatura mogu imati smisla te je potrebno provjeriti je li termopar korektno spojen na mjerni uređaj. To može biti vrlo jednostavna metoda provjere kao npr. mjerenje temperature u prostoriji ili tjelesne temperature.

Hioki LR8450 omogućuje zapisivanje izmjerenih vrijednosti i pohranu na internu ili vanjsku memoriju. U ovom slučaju to nam nije bilo potrebno te smo mjerenje s LR8450 koristili samo kao referentnu vrijednost za usporedbu rezultata.

Beskontaktno mjerenje termovizijskim kamerama

Za beskontaktno mjerenje temperature koristili smo nekoliko modela Guide sensmart termovizijskih kamera:

Beskontaktno mjerenje ima nekoliko prednosti nad kontaktnim, koje se generalno smatra preciznijim i pouzdanijim:

  • beskontaktno mjerenje, iako deklarirane točnosti +/- 1°C do 2°C ovisno o modelu termovizijske kamere, omogućuje bolji uvid u stvarno stanje DUT-a,
  • termovizijsko mjerenje daje širu sliku i vizualni prikaz cijelog DUT-a,
  • omogućuje različite statističke analize i praćenje temperature tijekom vremena na definiranim točkama, krivuljama ili plohama,
  • nije potrebno realizirati direktan kontakt s plohom što je pogodno u slučaju pomičnih ili slabije dostupnih dijelova.

Već pri samom početku mjerenja naišli smo na prvi problem koji je razotkrio jednu temeljnu grešku koju smo napravili. Naime, ključan parametar u termovizijskom mjerenju je količina svjetlosti koja se reflektira od mjerene plohe. U kameri se definira tzv. faktor emisivnosti koji je definiran ovisno o materijalu koji se promatra. Nekad to nije toliko ključno, ako na primjer gledamo samo razlike u temperaturama i tražimo neke elemente koji znatno odskaču. Ali u slučaju kad se mjere apsolutne vrijednosti, naročito u ovom našem slučaju kad uspoređujemo vrijednosti temperature s termoparom, o ovome svakako moramo voditi računa.

U našem inicijalnom mjernom postavu termopar smo fiksirali na čašu koristeći prozirnu ljepljivu traku. Zbog velikog utjecaja refleksije od staklene i vodene površine utjecaj na točnost mjerenja apsolutne vrijednosti termo-kamerama bio je znatno veći nego na termopar. Kao posljedicu dobili smo 3 – 4°C veću vrijednost mjerenjem termokamerama u odnosu na termopar.

Istražujući ovu problematiku zaključili smo da je za potrebe ovakvog usporednog mjerenja, gdje se ne zahtijeva vrlo velika preciznost, kao zamjenu za “crno tijelo” koje bi se inače koristilo za kalibraciju termalnih senzora termovizijskih kamera, dovoljno koristiti crnu traku čiji je parametar emisivnosti otprilike 0,96. Ovom prilagodbom dobili smo podudaranje mjerenja temperature unutar 1°C (čak i unutar 0,5%) u odnosu na mjerenje termoparom.

Rezultati mjerenja i opažanja

Obzirom da smo na raspolaganju imali nekoliko modela termovizijskih kamera željeli smo ne samo usporediti mjerenje beskontaktnom metodom termovizijskim kamerama s kontaktnom metodom nego i usporediti točnost mjerenja temperature pojedinih modela samih kamera.

Rezultati mjerenja su pokazali da kamere proizvođača Guide sensmart, od osnovnog modela E2+ do višestruko skupljeg i funkcionlano sposobnijeg modela PT650, u ovakvim idealnim uvjetima pokazuju vrlo slične rezultate mjerenja temperature. To proizlazi iz činjenice da koriste iste ili vrlo slične termalne senzore. Očekujemo da je slično i kod drugih proizvođača termovizijskih kamera.

Naravno, bolji modeli kamera omogućuju snimanje u većoj rezoluciji, s više detalja i boljom razlučivošću između temperaturnih točaka. Dodatno vrlo je korisna bila funkcija Hammer H4 modela kamere koja omogućuje postavljanje točke, linije ili plohe i prikaz statistika mjerenja unutar tog područja. Ova postavka prikazana je na slici dolje, a prednost u ovom slučaju je za nas bila to što nam je odmah dala rezultat prosječne temperature u točci koju smo mjerili.

Zaključak

Zaključno, važno je napomenuti da smo ova mjerenja radili u prilično kontroliranim uvjetima uz dosta prilagođavanja i podešavanja te da je ovo samo jedna od primjena termovizijskih kamera. Generalno točnost mjerenja termoparovima definirana je unutar 1°C (za T-tip termopara), a termovizijskih kamera unutar +/-2°C (osim za model PT650 kojem je točnost specificirana unutar +/- 1°C). Pritom je apsolutna vrijednost izmjerene temperature kod termovizijskih kamera uvelike ovisna o materijalu koji se mjeri i podešenju parametra emisivnosti. Ove činjenice treba uzeti u obzir i uvijek odabrati primjerenu metodu ovisno o predmetu i načinu testiranja.

Više informacija o korištenim uređajima možete pronaći na našem webu, na poveznicama za Hioki LR8450 i Guide sensmart termalne kamere. Listu svih dostupnih modela termovizijskihj kamera u našoj ponudi možete pronaći na našem NOVOM WEB KATALOGU.

NOVI HIOKI VIŠEKANALNI AKVIZICIJSKI SUSTAV – MR8848