چه کاربردهایی برای استفاده از تکنیک ترموگرافی در پایش وضعیت تجهیزات مکانیکی وجود دارد؟

ترموگرافي
جهت مشخص كردن و آناليز حرارتي نابهنجاري ها براي انجام درست CM ماشينها استفاده مي شود ترموگرافي مادون قرمز (IRT) بر اساس اندازه گيري توزيع انرژي حرارتي تشعشعي نشرشده از سطح هدف و تبديل آن به نقشه دماي سطحي يا ترموگرام است.استفاده از ترموگرافي به دو گروه الكتريكي و مكانيكي تقسيم بندي مي شود بعضي كاربردها براي هر گروه عبارتند از :
مكانيكي :
مونيتور حرارت توليد شده به دليل اصطكاك اجزا معيوب ، ناهم محوري ، سايش ، روانكاري ضعيف و... مانند :
 بيرينگهاي اجزا دوار
 پوسته پمپها و موتورهاي الكتريكي
 كوپلينگها
 تله هاي بخار
 كندانسورها ، مبدل هاي حرارتي ولوله ها
 بخار و نشت هاي كمپرسور
 شيرها
 كوره هاي آجري
 كاربردهاي پروسسي
 خرابي عايق ها
 نشتي سيستم هاي خلا
الكتريكي :
مونيتورافزايش دماي ناشي از اكسيده شدن ، اتصالات خورده شده يا خرابي اجزا مانند :
 ترانسفورماتور هاي اصلي
 مراكز كنترل موتور
 Circuit Breaker
 پانل هاي توزيع
 اتصالات
 سيستم هاي كنترل

– ترموگرافی (گرما نگاري)
تر مو گرافی يكي از تکنیکهای cm است که بیشتر برای تشخیص وجود عیب کار به کار می رود ، تا تشخیص علت وقوع عیب . این روش بازرسی بر این اساس بنیانگزاری شده است که اجزاء یک سیستم ، هنگامی که به طرز صحیح کار نکنند ، باعث افزایش دما می شوند . افزایش دما در یک مدار الکتریکی می تواند ناشی از اتصالات یک مدار قطع شده باشد . در یک یاتاقان فرسوده مشاهده نمود . با اندازه گیری توزیع دما در سطح ماشین آلات در حین کار ، و مقايسه آن با توزیع دمایی آن ماشین در حالت کارکرد سالم (که از مستندات و کاتالوگهای مربوط به ماشین و يا از روی تجربه بدست می آید ) می توان ایجاد و رشد عیوب را تحت نظر گرفت .جدید ترین ابزارهای ترموگرافی مورد استفاده در بازرسی ماشین آلات و تجهيزات حین کار ، عبارتند از دماسنجهای غیر تماسی و دوربینهای مادون قرمزInfrared cameras ، که مکانیزم عملكرد هر دو استفاده از طیف مادون قرمز گسیل شده از جسم هدف برای اندازه گیری دمای سطح آن جسم می باشد . با استفاده از این ابزارها ، نیازی به تماس فیزیکی با ماشین نیست و میتوان اندازه گیریها را در شرایط کامل عملیاتی انجام داد و از کاهش تولید یا از کار افتادن دستگاهها جلو گیری نمود .

دما سنجهای مادون قرمز(Infrared Thermometers)
از این ابزار با توجه به کار آیی عمومی آن ، در صنایع مختلف و در زمینه های مختلف استفاده می شود ويکي از کاربردهاي آن در بازرسی فنی ماشین آلات است . از جمله کاربردهای دیگر این وسیله عبارتند از :
• اندازه گیری دمای قطعات در حین فرآیندهایی مثل فورج واکستروژن (برای قطعات حساس) وکنترل این فرآیندها
• اندازه گیری دمای قطعات داخل کوره
• اندازه گیری دمای ذوب و...
يكي از مشخصات فنی مهم این ابزار ، «میدان دید» آن است . میدان دید از اهمیت ویژه ای در صحت و دقت اندازه گیری برخوردار است . درجه حرارتی که ترمومتر غیر تماسی به نمایش می گذارد ، از تبدیل انرژی مادون قرمزی که ترمومتر در یافت می کند ، بدست می آید . لذا این در جه حرارت متوسط درجه حرارت هر آن چيزي است که در میدان دید ترمومتر قرار دارد . پس در دما سنج غیر تماسی سوژه باید میدان دید ترمومتر را پر کند . برای اين که سوژه میدان دید ترمومتر را پر کند فاصله ما از سوژه باد مناسب باشد . قبل از اندازه گیری با يک ترمومتر غیر تماسی ، ابتدا باید شكل میدان دید آنرا در مشخصات فنی ترمومتر ببینیم و اندازه قطر میدان در فاصله های نزد يک و نسبت فاصله به قطر سوژه در فاصله های دورتر را به خاطر بسپاریم . برای مثال ، چگونگی میدان دید برای دو مدل مختلف از این ترمومتر ها ، در شكلهاي (2- 3) و (2-4) آورده شده است .
ترمومتر شكل (2-3) می تواند درجه حرارت متوسط سطحی با قطر 5/2 سانتیمتر را تا فاصله 76 سانتیمتری از نوک ترمومتر اندازه گیری کند . به عبارت دیگر ، اگر با این ترمومتر به سمت سوژه ای که در فاصله 0 تا 76 سانتیمتری را اندازه گیری خواهیم کرد . این ترمومتر برای اندازه گیری درجه حرارت اجسام کوچکتر از قطر 5/2 سانتیمتر مناسب نیست چون این اجسام میدان دید ترمومتر را پر نمی کنند . برای فاصله های بیشتر از 76 سانتیمتر ، قطر سطحی که در جه حرارت متوسط آن اندازه گیری خواهد شد ، نسبت به فاصله آن از ترمومتر ، به نسبت 30/1 خواهد بود . برای مثال اگر با این ترمومتر به سمت دیواری در فاصله 300 سانتیمتری نشانه روی کنیم درجه حرارتی را که می خوانیم ، متوسط در جه حرارت سطحی از دیوار به قطر 10سانتیمتر خواهد بود . با مقایسه شكل (2-3) با شكل (2-4) ، تفاوتهای این دو مدل کاملاً مشخص خواهد شد .

شکل(2 - 3)میدان دید یک نمونه ترمومتر شکل (2 - 4)میدان دید یک نمونه ترمومتر

يكي دیگر از مشخصات فنی این ترمومتر ها ، مکانیزم هدف یابی در آنهاست . هدف یابها به ما کمک می کنند تا ببینیم کجا را اندازه گیری می کنیم . هدف یابهای لیزری تک نقطه ای معمولاً مرکز یا نزديكي مرکز سطحی که درجه حرارت آن اندازه گیری می شود را نشان می دهند . در برخی از آنها خطوط لیزری ، دقیقاً مرز سطح اندازه گیری را نشان می دهند . برخی ترمومتر ها مجهز به دوربین هستند که از چشمی آن می توان دقیقا محل اندازه گیری را دید .
تصویر یک نمونه از این دستگاه ، در شكل (2-5) آورده شده است .

شکل (2 - 5)یک نمونه ترمومتر

از دیگر مشخصات فنی این دستگاه ، محدوده دمایی قابل اندازه گیری توسط آن است که در انواع مختلف با توجه به کاربرد آن متفاوت است .
دوربینهای مادون قرمز( Infrared cameras )
این ابزار با استفاده از انرژی مادون قرمزی که از سطح جسم در یافت می کند ، توزیع دمایی پیوسته ای از آن سطح را به وسیله ثبت یک تصویر رنگی از آن ، روی صفحه مانیتور کوچکی به نمایش می گذارد . این تصویر قابل انتقال به کامپیوتر بوده و ثبت کردن آن امکان پذیر است . اجزاء مختلف این تجهیز عبارتند از :
1. واحد اسکنر ، شامل یک آیینه دوار ، لنز ، فیلتر ها ، قسمت آشكارساز و ...
2. واحد پردازش سیگنال
3. واحد کنترل
4. واحد نمایش
5. باتری ، پورت خروجی و ...
يكي از نکات مهمی که رعایت آن برای دستیابی دمای واقعی در دماسنجهاي مادون قرمز و توزيع دمایی صحیح در عکسهای بدست آمده از دوربینهای مادون قرمز، اهمیت زیادی دارد ، تنظیم صحیح پارامتر ضریب صدور سطح مورد اندازه گیری می باشد .
ضریب صدور (Emissivity Factor) مربوط به یک جسم عبارت است از :
1. واحد اسکنر ، شامل یک آیینه دوار ، لنز ، فیلترها ، قسمت آشكار ساز و ...
2. واحد پردازش سیگنال
3. واحد کنترل
4. واحد نمایش
5. باتری ، پورت خروجی و...
يكي از نکات مهمی که رعایت آن برای دستیابی به دمای واقعی در دماسنجهای مادون قرمز ، اهمیت زیادی دارد ، تنظیم صحیح پارامتر ضریب صدور سطح مورد اندازه گیری می باشد . ضریب صدور (Emissivity factor) مربوط به یک جسم عبارتند از ، نسبت توان تابشی گسیل شده توسط آن جسم در دمایt و عددي کوچکتر از یک است . این ضریب به کیفیت جسم بستگی دارد مثلاً سطوح نا هموار يا اکسید شده ضریب گسیل بیشتری نسبت به سطوح صیقلی دارند . اگر يک ماده با ضریب گسیل زیاد و ماده های دیگر با ضریب گسیل پایین در کنار هم ، در درون یک کوره قرار داده شده و دقيقا تا دمای يكساني گرم شوند ، ماده با ضریب گسیل پایین کدرتر به نظر می رسد . به علت ضرایب گسیل مختلف ، هر یک از این دو جسم در ترازهای مختلفی تابش می کنند . بنابر این اگرچه دمای هر دو يكسان است ، جسم با ضریب گسیل کمتر ، نسبت به دیگری سردتر به نظر می رسد . پس بدون در نظر گرفتن این ضریب ، تصویر برداری گرمایی با دمای زیادی همراه خواهد بود .
چنانچه در تصویری که میخواهیم تهیه کنیم ، چند جسم با ضریب صدور متفاوت وجود داشت برای انجام یک تصویر برداری گرمایی موفق ، استفاده از یک پوشش مثل رنگ کدر یا نوار چسبهاي کدر برای کلیه این اجسام می تواند راه حلی عملی باشد .در غیر این صورت چون معمولاً در این تجهیزات امکان تنظیم صدور وجود دارد ، میتوان برای دستیابی به توزیع دمایی واقعیتر ، ضریب صدور سطح هدف را به تجهیز معرفی نمود . در شکل (2-6) یک نمونه تصویر بردار گرمایی نشان داده شده است .

شکل (6 - 2)یک نمونه تصویر بردار گرمایی



کاربرد ترموگرافی در بازرسی تجهیزات الکتریکی :
معمولاً نقصهای موجود در تجهیزات الکتریکی ، به صورت نقاط داغ بر روی وسایل نمایان می شود که می توان آنها را به راحتی با تصویر برداری گرمایی تشخیص داد .
اغلب نقاط داغ در نتیجه افزایش مقاومت در یک مدار ، بارگزاری بیش از حد یا عیب عایقها به وجود می آید .به طور مثال اتصالات ناقص ، اکسید یا خورده شده با افزایش مقاومت با عث ایجاد نقاط داغ می شوند . در شكلهاي (2-7) و (2- 8) و(2- 9) می توان نمونه هایی از تصاوير گرمایی تهیه شده از عیوب معمول در تجهیزات الکتریکی را مشاهده نمود در شکل (2-7) یک اتصال معیوب 200آمپردرتابلو برق یک ماشین نمایش داده شده است . طبق اندازه گیری انجام شده ، این اتصال فقط 12 درجه سلسیوس ، نسبت به اتصالات مجاورش گرمتر شده ولی همین اتفاق ساده می تواند باعث توقف خط تولید شود .

شکل (2- 7)یک اتصال معیوب 200آمپر در تابلو برق یک ماشین

شکل (2- 8) تصوير گرمايي تهیه شده از یک فیوز معیوب را نمایش می دهد . این فیوز 30 درجه سلسیوس ، گرمتر از فیوزهای مجاورش است .
شکل (2- 8)تصویر گرمایی تهیه شده از یک فیوز معیوب

شکل (2- 9) یک تصویر گرمایی از شل شدن یک فیوز کشویی نمایش داده شده است (یک مشكل معمولی در این نوع فیوزها)
شکل (2 - 9)تصویر گرمایی از شل شدن یک فیوز کشویی

کاربرد ترموگرافی در بازرسی تجهیزات مکانیکی :
هرگونه عیب در اجزاء دوار ماشین آلات مکانیکی ، باعث افزايش دمای آن قطعه می شود . برای مثال مشكلاتي از جمله روانکاوی نا مناسب در یاتاقانها که ممکن است ناشی از عدم هم محوری ، نابلانسی و ...باشد . خم شدن شافتها ، عدم هم محوری در کوپلینگها و ... به وسیله ترموگرافی قابل تشخیص هستند . برای مثال یک ترموگرام که نمایش دهنده خرابی بیرینگ انتهای یک موتور به دلیل روانکاوی نامناسب است ، در شکل (2- 10) آورده شده است . این بیرینگ افزایش دمایی در حدود 40درجه سلسیوس ، نسبت به حالت کارکرد سالم خود داشته است .
شکل (2 - 10)تصویر گرمایی از یک بیرنگ معیوب در یک موتور



کاربرد ترموگرافی در بازرسی کوره ها و مواد نسوز :
یکی دیگر از کاربردهاي مهم گر مانگاري ، استفاده آن در بازرسی کوره ها است . بررسی عایق بندی درزها ، افت گرما در رکوپراتور ، بررسی توزیع داخل کوره ، بررسی میزان افت گرما از راه نسوزها و از همه مهمتر بررسی میزان سايش نسوزها از جمله کاربردهای این روش است .