Jak wybrać kamerę termowizyjną? Rozdzielczość, NETD, emisyjność i wymagania VdS 2859

Zakup kamery termowizyjnej często zaczyna się od porównania dwóch parametrów: rozdzielczości detektora i ceny. W profesjonalnej diagnostyce instalacji elektrycznych to jednak zdecydowanie za mało.

Jeżeli kamera ma być wykorzystywana do badań rozdzielnic, szaf sterowniczych, transformatorów czy innych elementów instalacji elektroenergetycznych, warto zwrócić uwagę również na rozdzielczość geometryczną IFOV, czułość termiczną NETD, dokładność pomiaru, możliwość ustawienia emisyjności i temperatury odbitej oraz sposób ustawiania ostrości.

Ma to szczególne znaczenie w przypadku badań wykonywanych według wytycznych VdS 2859. Załącznik C tego dokumentu określa minimalne wymagania dotyczące kamer wykorzystywanych w profesjonalnej elektrotermografii.

Czy VdS 2859 to norma obowiązkowa w Polsce?

VdS 2859 jest dokumentem VdS Schadenverhütung dotyczącym m.in. uznawania ekspertów w zakresie elektrotermografii. Nie jest to polska norma prawnie obowiązująca każdego użytkownika kamery termowizyjnej.

W praktyce wytyczne VdS są jednak bardzo dobrym punktem odniesienia przy wyborze sprzętu do profesjonalnych badań instalacji elektrycznych. VdS publikuje również osobny załącznik określający minimalne wymagania dotyczące kamer IR.

Dlatego jeżeli planujesz wykonywać profesjonalne badania elektrotermograficzne, szczególnie dla przemysłu, energetyki czy klientów wymagających procedur VdS, warto już na etapie zakupu kamery sprawdzić, czy urządzenie spełnia odpowiednie wymagania.

320 × 240 pikseli – co właściwie oznacza rozdzielczość kamery?

Jednym z najważniejszych parametrów kamery termowizyjnej jest rozdzielczość jej detektora.

Przykładowa rozdzielczość:

320 × 240 px

oznacza:

76 800 pikseli pomiarowych.

Każdy z tych pikseli odpowiada za pomiar promieniowania podczerwonego pochodzącego z określonego fragmentu obserwowanego obiektu.

Im więcej pikseli posiada detektor, tym więcej informacji o rozkładzie temperatury może znaleźć się w pojedynczym termogramie.

Dla porównania:

• 160 × 120 px = 19 200 pikseli,

• 240 × 320 px = 76 800 pikseli,

• 320 × 240 px = 76 800 pikseli,

• 464 × 348 px = 161 472 piksele,

• 640 × 480 px = 307 200 pikseli.

Różnica pomiędzy kamerą 320 × 240 a kamerą 640 × 480 jest więc czterokrotna pod względem liczby punktów obrazu.

Dlaczego właśnie 320 × 240 px jest tak ważne?

W przypadku elektrotermografii nie jest to wyłącznie popularna rozdzielczość handlowa.

VdS 2859 w załączniku C określa dla kąta widzenia 24° minimalną rozdzielczość detektora na poziomie 240 × 320 pikseli.

Oznacza to, że kamera posiadająca przykładowo detektor:

160 × 120 px

nie spełnia tego konkretnego wymagania VdS dotyczącego rozdzielczości.

Natomiast kamera:

320 × 240 px

spełnia wymaganie dotyczące liczby pikseli, ale nadal należy sprawdzić pozostałe parametry.

To bardzo ważne.

Samo 320 × 240 px nie oznacza automatycznie, że kamera spełnia wszystkie wymagania VdS 2859.

Liczba pikseli to nie wszystko – bardzo ważny jest IFOV

Dwa modele kamer mogą posiadać tę samą rozdzielczość 320 × 240 px, a mimo tego mieć zupełnie inne możliwości pomiaru małych elementów.

Decyduje o tym między innymi:

IFOV – Instantaneous Field of View, czyli rozdzielczość geometryczna kamery.

Parametr ten informuje, jaki fragment obserwowanego obiektu przypada na pojedynczy piksel detektora przy określonej odległości.

Im mniejsza wartość IFOV, tym lepiej.

VdS 2859 określa dla obiektywu o polu widzenia około 20–25° rozdzielczość geometryczną nie większą niż 2 mrad, związaną z możliwością pomiaru niewielkich elementów. Alternatywnie dokument wskazuje rozdzielczość co najmniej 500:1.

Dlaczego VdS zwraca tak dużą uwagę na małe obiekty?

Powód jest bardzo praktyczny.

Podczas badań instalacji elektrycznych termograf może być zmuszony do kontrolowania przewodów o niewielkich przekrojach. VdS wskazuje jako przykład przewód 1,5 mm² o średnicy około 2,8 mm.

Jednocześnie badanie powinno być możliwe z odległości co najmniej 0,5 m, aby niepotrzebnie nie zbliżać operatora do elementów instalacji elektrycznej.

Dlatego kamera musi nie tylko „robić ładny termogram”, ale przede wszystkim umożliwiać prawidłowy pomiar niewielkiego elementu z bezpiecznej odległości.

Co się stanie, jeśli badany element będzie za mały?

Jeżeli badany przewód, zacisk lub połączenie elektryczne zajmuje zbyt małą liczbę pikseli detektora, kamera zaczyna rejestrować promieniowanie nie tylko badanego elementu, ale również jego otoczenia.

W praktyce może to prowadzić do zaniżenia lub zafałszowania wskazywanej temperatury.

Dlatego podczas profesjonalnej termografii należy analizować nie tylko:

rozdzielczość 320 × 240, 464 × 348 czy 640 × 480 px,

ale również:

IFOV + używany obiektyw + odległość od badanego elementu + jego rzeczywistą wielkość.

NETD – co oznacza czułość termiczna kamery?

Kolejnym parametrem jest NETD – Noise Equivalent Temperature Difference.

NETD informuje, jak niewielkie różnice temperatur kamera jest w stanie rozróżnić w obrazie.

Parametr może być podawany np. jako:

• <80 mK,

• <50 mK,

• <40 mK,

• <30 mK.

Ponieważ:

100 mK = 0,1°C,

wartość 40 mK odpowiada około 0,04°C różnicy temperatur.

Im mniejsza wartość NETD, tym większa zdolność kamery do obrazowania subtelnych różnic temperatur.

Jakiego NETD wymaga VdS 2859?

W wymaganiach dla systemów kamer VdS 2859 podano wartość:

NETD ≤0,08 K przy 30°C, czyli ≤80 mK.

Wiele współczesnych profesjonalnych kamer termowizyjnych osiąga wartości znacznie lepsze, np. poniżej 40 mK czy 30 mK.

Nie oznacza to jednak, że podczas badania instalacji elektrycznych kamera z NETD 30 mK automatycznie będzie dwa razy lepsza od urządzenia 60 mK.

NETD jest tylko jednym z parametrów całego systemu pomiarowego.

Emisyjność – jeden z najważniejszych parametrów pomiaru temperatury

Kamera termowizyjna nie mierzy temperatury bezpośrednio.

Rejestruje promieniowanie podczerwone docierające do detektora, a następnie na jego podstawie wyznacza temperaturę.

Dlatego bardzo ważne jest prawidłowe ustawienie między innymi:

emisyjności badanego materiału.

Emisyjność opisuje zdolność powierzchni do emitowania promieniowania cieplnego.

Dla materiałów o wysokiej emisyjności pomiar jest stosunkowo łatwy.

Problem pojawia się przy:

• aluminium,

• miedzi,

• polerowanej stali,

• błyszczących zaciskach,

• metalowych szynach,

• innych powierzchniach o niskiej emisyjności.

Takie powierzchnie mogą silnie odbijać promieniowanie pochodzące z otoczenia.

Kamera do profesjonalnych badań musi pozwalać ustawić emisyjność

VdS 2859 nie pozostawia tego parametru przypadkowi.

W wymaganiach dotyczących kamer znajduje się możliwość regulowania:

emisyjności oraz odbitej temperatury otoczenia.

Dlatego kamera przeznaczona do profesjonalnych pomiarów powinna umożliwiać operatorowi ręczne wprowadzenie tych wartości.

Automatyczny tryb „wyceluj i zmierz” może być wygodny do szybkiej kontroli, ale w profesjonalnej termografii możliwość ustawienia parametrów pomiarowych jest podstawą wiarygodnego pomiaru.

Temperatura odbita – często pomijany parametr

Szczególnie przy metalicznych powierzchniach kamera może rejestrować znaczną część promieniowania odbitego od otoczenia.

Źródłem odbicia może być:

• operator,

• inne urządzenie,

• gorąca maszyna,

• grzejnik,

• sufit,

• otwarte niebo,

• element znajdujący się za kamerą.

Dlatego profesjonalne kamery pozwalają wprowadzić wartość temperatury odbitej.

VdS 2859 wymienia regulowaną temperaturę odbitego otoczenia razem z emisyjnością jako wymagany parametr pomiarowy.

Jakie jeszcze wymagania dla kamery określa VdS 2859?

Załącznik C VdS 2859 określa znacznie więcej parametrów niż samą rozdzielczość 320 × 240 px.

Wśród wskazanych parametrów znajdują się między innymi:

Powyższe wartości wynikają z załącznika C VdS 2859 dotyczącego minimalnych wymagań dla systemów kamer.

Coroczna kontrola dokładności kamery – ważny wymóg VdS

Ciekawym i często pomijanym wymaganiem jest kontrola dokładności systemu pomiarowego.

VdS 2859 przewiduje coroczną kontrolę dokładności kamery, wykonaną przez producenta albo przy użyciu odpowiedniego źródła kalibracyjnego. Wynik powinien być udokumentowany.

Ma to duże znaczenie.

Nawet bardzo dobra kamera termowizyjna jest urządzeniem pomiarowym. Jeżeli ma służyć do podejmowania decyzji na podstawie rzeczywistych wartości temperatury, należy okresowo potwierdzać jej wskazania.

A co z obiektywami?

VdS dodatkowo zaleca przy wyborze systemu uwzględnienie obiektywu szerokokątnego oraz teleobiektywu.

Ma to praktyczne uzasadnienie.

Obiektyw szerokokątny sprawdzi się podczas pracy:

• przy dużych rozdzielnicach,

• w małych pomieszczeniach,

• przy niewielkiej odległości od urządzenia.

Teleobiektyw pozwala natomiast uzyskać lepszą rozdzielczość geometryczną podczas badania niewielkich obiektów znajdujących się dalej od kamery.

Dlatego w profesjonalnej elektrotermografii możliwość zastosowania odpowiednio dobranego obiektywu może być równie ważna jak sama rozdzielczość detektora.

320 × 240 czy 640 × 480 – którą kamerę wybrać?

Jeżeli kamera ma służyć wyłącznie do szybkiego lokalizowania dużych różnic temperatur, rozdzielczość 320 × 240 px może być w wielu zastosowaniach wystarczająca.

Jeżeli jednak regularnie badamy:

• niewielkie elementy,

• dużą liczbę rozdzielnic,

• instalacje z większej odległości,

• urządzenia znajdujące się za oknami inspekcyjnymi,

• instalacje średniego i wysokiego napięcia,

wyższa rozdzielczość daje znacznie większe możliwości.

Kamera 640 × 480 px posiada 307 200 pikseli, czyli cztery razy więcej niż kamera 320 × 240 px.

Pozwala to uzyskać więcej informacji o badanym obiekcie i może umożliwiać pomiary mniejszych elementów z większych odległości – pod warunkiem właściwego doboru optyki.

Nie kupuj kamery wyłącznie na podstawie liczby pikseli

Przy wyborze profesjonalnej kamery termowizyjnej warto zweryfikować przynajmniej:

1. rozdzielczość detektora,

2. IFOV,

3. pole widzenia obiektywu,

4. NETD,

5. dokładność pomiaru,

6. zakres temperatur,

7. możliwość ustawienia emisyjności,

8. możliwość ustawienia temperatury odbitej,

9. sposób ustawiania ostrości,

10. możliwość zastosowania dodatkowych obiektywów,

11. możliwość okresowej kontroli lub wzorcowania kamery.

W przypadku elektrotermografii zgodnej z wymaganiami VdS należy dodatkowo porównać parametry konkretnego urządzenia z wymaganiami VdS 2859, załącznik C.

Podsumowanie – jaka kamera do profesjonalnej elektrotermografii?

Rozdzielczość 320 × 240 px nie jest przypadkową wartością. VdS 2859 wskazuje minimalną rozdzielczość detektora 240 × 320 px przy kącie widzenia 24° jako jeden z parametrów systemu przeznaczonego do profesjonalnej elektrotermografii.

Nie oznacza to jednak, że każda kamera 320 × 240 automatycznie spełnia wymagania VdS.

Trzeba również zweryfikować między innymi:

IFOV, NETD, dokładność, zakres temperaturowy, możliwość regulacji emisyjności i temperatury odbitej, ostrość oraz okresową kontrolę dokładności.

Dlatego przy zakupie kamery do profesjonalnych badań instalacji elektrycznych najlepiej analizować cały system pomiarowy, a nie jeden parametr z karty katalogowej.

Jeżeli nie wiesz, jaka kamera termowizyjna będzie odpowiednia do Twojego zastosowania, skontaktuj się z Euro Pro. Pomożemy dobrać kamerę FLIR do rodzaju wykonywanych badań oraz wymaganej rozdzielczości, optyki i zakresu pomiarowego.