«ТЕПЛОВЫЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ»курс лекций

Содержание

Слайд 3

Применение тепловых методов контроля в энергетике


Применение тепловых методов контроля в энергетике

Слайд 4

Двухполюсный рубильник


1


2


3


4


IR

-

I0000100.004

Двухполюсный рубильник 1 2 3 4 IR - I0000100.004 26.12.02 13:25:38 -

26.12.02 13:25:38



-

12,0


138,0


°C


0


20


40


60


80


100


120


Термограмма

Фотография

1

2

3

4

Результаты тепловизионных измерений [°C]
Т1 – 136,5 Т2 – 76,0 Т3 – 32,4 Т4 – 32,4
Допустимая температура 75 °C
Заключение: Температура контакта Т1 превышает длительно допустимую на 61,5 °C

Слайд 5

Тепловизионные измерения кожух выключателя нагрузки


Тепловизионные измерения кожух выключателя нагрузки

Слайд 6

Термограмма кожуха выключателя

Термограмма кожуха выключателя

Слайд 7


Место дефекта : Нагрев болтовых соединений разъема кожуха. Ф «В» Т=77,5

Место дефекта : Нагрев болтовых соединений разъема кожуха. Ф «В» Т=77,5 °С.
°С.
Температура окружающей среды : Т=35 °С .

Слайд 8

Фотография и термограмма трансформатора тока ТТ АТ-751/2

Фотография и термограмма трансформатора тока ТТ АТ-751/2

Слайд 9

Передача тепловой энергии
Перенос тепла - это процесс самопроизвольный и необратимый, ведет

Передача тепловой энергии Перенос тепла - это процесс самопроизвольный и необратимый, ведет
к выравниванию температур.
Температура - это физическая величина, определяемая как параметр состояния термодинамического равновесия микроскопических систем. Температура является величиной экстенсивной.
Три способа передачи тепловой энергии:
Теплопроводность - это молекулярный перенос теплоты на микро уровне, за счет передачи изменения интенсивности колебаний от молекулы к молекуле.
Конвекция - это перенос тепловой энергии частичками вещества, например жидкости или газа.
Излучение - передача энергии путем испускания электромагнитных волн.

Слайд 10

Методы контроля
Тепловые методы неразрушающего контроля делят на:
Пассивные - предусматривают использование тепловой энергии

Методы контроля Тепловые методы неразрушающего контроля делят на: Пассивные - предусматривают использование

объекта.
Активные - предполагают нагрев объекта контроля от внешнего
источника.
По расположению аппаратуры активные методы классифицируют:
односторонние

Слайд 11

Активные методы
двусторонние
комбинированные

Активные методы двусторонние комбинированные

Слайд 12

Основные законы теплопередачи

Закон конвекции:
Закон теплового
излучения:

Основные законы теплопередачи Закон конвекции: Закон теплового излучения:

Слайд 13

Основные законы теплопередачи

Основной закон теплопроводности - закон Фурье:
Вектор плотности теплового потока

Основные законы теплопередачи Основной закон теплопроводности - закон Фурье: Вектор плотности теплового
(q) пропорционален вектору градиента
температуры (Т) в той же точке и в тот же момент времени.
Дифференциальное уравнение теплопроводности:
Стационарное уравнение теплопроводности:

Слайд 14

Граничные условия

Четыре вида граничных условий:
1-го рода: 2-го рода:
3-го рода: 4-го

Граничные условия Четыре вида граничных условий: 1-го рода: 2-го рода: 3-го рода:
рода:
n- нормаль
Начальные условия
Т0  = Тср

(

)

T

f

x

y

z

t

=

,

,

,

.

Слайд 15

Схема распределения температуры

в однородной и трехслойной плоской стенке

Схема распределения температуры в однородной и трехслойной плоской стенке λ1
λ1 < λ2< λ3

Слайд 16

Законы инфракрасного излучения
Спектр излучения АЧТ, серого тела и селективного тела:

C0 - скорость

Законы инфракрасного излучения Спектр излучения АЧТ, серого тела и селективного тела: C0
света; λ - длина волны; W - энергия; h - постоянная Планка.

--- черное тело
--- серое тело
--- селективное тело

Слайд 17

Спектр электромагнитных волн

Законы инфракрасного излучения

Спектр электромагнитных волн Законы инфракрасного излучения

Слайд 18

Законы инфракрасного излучения

Спектр инфракрасного излучения делится
на 4 области:
Ближняя область:

Законы инфракрасного излучения Спектр инфракрасного излучения делится на 4 области: Ближняя область:
λ=(0.76 - 3) мкм.
Средняя область: λ=(3 - 6) мкм.
Дальняя область: λ=(6 - 15) мкм.
Сверхдальняя область: λ=(15 - 1000) мкм.

Слайд 19

Закон Планка

Закон Планка

Слайд 20

Закон Вина

Закон Стефана Больцмана.

Закон Вина Закон Стефана Больцмана.

Слайд 21

Закон Ламберта

Закон Ламберта

Слайд 22

Тепловое излучение реальных тел

Коэффициент теплового излучения зависит от поверхности объекта, температуры

Тепловое излучение реальных тел Коэффициент теплового излучения зависит от поверхности объекта, температуры
этого объекта и степени его окисления.
Закон Стефана - Больцмана
(для серого тела)
Закон Кирхгофа

Слайд 23

Распределение силы излучения в пространстве

Распределение силы излучения в пространстве

Слайд 24

Коэффициент теплового излучения различных материалов

Для температуры t=20(0C)

Коэффициент теплового излучения различных материалов Для температуры t=20(0C)

Слайд 25

Модели АЧТ
Поглощающие

Модели АЧТ Поглощающие

Слайд 26

Модели АЧТ
Излучающие

1 - спираль нагревателя
2 – теплоизолятор
3 - изолятор
4 – кожух
5 -

Модели АЧТ Излучающие 1 - спираль нагревателя 2 – теплоизолятор 3 -
контрольная термопара

Слайд 27

Физические основы измерения температуры.

Под термином температурная шкала принято принимать непрерывную совокупность

Физические основы измерения температуры. Под термином температурная шкала принято принимать непрерывную совокупность
чисел, линейно связанных с числовыми значениями какого-либо измеряемого физического свойства, представляющего собой однозначную и монотонную функцию температуры.
Принцип построения температурной шкалы :
Выбирают термометрическое свойство E. Это свойство принимают
линейно связанным с температурой:
k- коэффициент пропорциональности.
Проинтегрировав данное выражение получим:
Для определения коэффициентов k и C используют ранее выбранные точки t1 и t2. Для этих точек:
Тогда:

Слайд 28

Аппаратурные средства измерения

Контактные средства измерения
К контактным относят термометры:
жидкостные; манометрические; термоэлектрические;

Аппаратурные средства измерения Контактные средства измерения К контактным относят термометры: жидкостные; манометрические;
термометры сопротивления.
Термоэлектрические термометры
α - коэффициент пропорциональности
[ α=( 41 - 64 ) мкВ/град ].
Диапазон температур от -200С до +1500С.
Термометр сопротивления - действие основано на свойстве металла изменять свое сопротивление при изменении температуры.
Ro- сопротивление при начальной температуре.
Rt- текущее сопротивление.
α- температурный коэффициент сопротивления резистора.

t1

t2

Слайд 29

Бесконтактные средства измерения
Бесконтактные средства измерения основаны на
регистрации теплового

Бесконтактные средства измерения Бесконтактные средства измерения основаны на регистрации теплового излучения. Наиболее
излучения.
Наиболее широко применяются
тепловизоры, радиометры и пирометры,
основным компонентом которых является
приемник излучения.
Приемники излучения классифицируются как
охлаждаемые и неохлаждаемые.
Они делятся на приемники
ближнего, среднего, дальнего и сверхдальнего
инфракрасного диапазона

Слайд 30

Классификация приёмников излучения (ПИ)

Классификация приёмников излучения (ПИ)

Слайд 31

Пропускание ИК излучения атмосферой.

При прохождении через слой атмосферы ИК излучение ослабляется

Пропускание ИК излучения атмосферой. При прохождении через слой атмосферы ИК излучение ослабляется
вследствие поглощения и рассеяния молекулами газов, аэрозолями, дождем, а также мелкими частицами находящимися в атмосфере во взвешенном состоянии. Главной причиной ослабления является молекулярное поглощение. Для анализа эффективности действия тепловизионной аппаратуры ввели понятие - коэффициент использования излучения k, который учитывает спектральный состав излучения объекта, спектральную характеристику приемника излучения и функцию пропускания излучения слоем атмосферы.

Слайд 32

График зависимости коэффициента пропускания от длины волны

График зависимости коэффициента пропускания от длины волны

Слайд 33

Тепловизоры

Тепловизор - это устройство, которое предназначено для наблюдения нагретых объектов по

Тепловизоры Тепловизор - это устройство, которое предназначено для наблюдения нагретых объектов по
их собственному излучению.
Тепловизоры делятся на:
1) тепловизоры с оптико-механическим сканированием;
2) тепловизоры с электронным сканированием.
Тепловизор с оптико-механическим сканированием.
Для получения видимого изображения осуществляется разложение объекта на некоторое число элементарных площадок. Каждая такая площадка называется элементом разложения.
Анализ теплового излучения элементарной площадки последовательно во времени производит приемник излучения, с его выхода последовательно во времени снимаются сигналы, которые несут информацию об объекте контроля.
1 - ОК
2 - объектив (оптическая система)
3 - сканирующая система
4 - приемник излучения
5 - усилитель-преобразователь
6 - ВКУ
7 - синхронизирующее устройство

Слайд 34

Тепловизоры

Упрощенная структурная схема:
1 - ОК
2 - объектив (оптическая система)

Тепловизоры Упрощенная структурная схема: 1 - ОК 2 - объектив (оптическая система)
3 - сканирующая система
4 - приемник излучения
5 - усилитель-преобразователь
6 - ВКУ
7 - синхронизирующее устройство

Слайд 35

Основные параметры и характеристики тепловизоров.

Поле зрения -
Мгновенное поле зрения -
Угловое разрешение

Основные параметры и характеристики тепловизоров. Поле зрения - Мгновенное поле зрения -
-
Порог температурной чувствительности -
Дальность обнаружения
Оптическая передаточная функция -

Слайд 36

Оптические системы.

Назначение: фокусировка излучения, поступающего от ОК на чувствительный элемент приемника излучения.
Основные

Оптические системы. Назначение: фокусировка излучения, поступающего от ОК на чувствительный элемент приемника
параметры ОС:
диаметр ОС (диаметр входного окна объектива);
фокусное расстояние;
разрешающая способность;
коэффициент пропускания;
угловое поле;
величина аберрации.

Слайд 37

Конструкции зеркальных оптических систем

Конструкции зеркальных оптических систем

Слайд 38

Конструкции линзовых оптических систем.

Конструкции линзовых оптических систем.

Слайд 39

Сканирующие системы

Сканирование колеблющимся плоским зеркалом (размещенным до объектива)

Сканирующие системы Сканирование колеблющимся плоским зеркалом (размещенным до объектива)

Слайд 40

Сканирующие системы.

1. Сканирование колеблющимся плоским зеркалом.

1-ОК;
2-плоское зеркало;
3-объектив;
4-приемник;

1-объектив
2-многоэлементный приемник излучения
3-отражательные зеркала
4-плоское

Сканирующие системы. 1. Сканирование колеблющимся плоским зеркалом. 1-ОК; 2-плоское зеркало; 3-объектив; 4-приемник;
колеблющееся зеркало

2. Сканирующее устройство с зеркальным объективом

Слайд 41

2. Сканирующее устройство с зеркальным объективом

2. Сканирующее устройство с зеркальным объективом

Слайд 42

3) Зеркальный барабан в сканирующем устройстве
Предельная частота вращения
барабана
Линейная ширина участка

3) Зеркальный барабан в сканирующем устройстве Предельная частота вращения барабана Линейная ширина

за один оборот:
Условие наложения полос

Слайд 43

3) Зеркальный барабан в сканирующем устройстве

3) Зеркальный барабан в сканирующем устройстве

Слайд 44

Схема сканирования с помощью преломляющей призмы

Схема сканирования с помощью преломляющей призмы

Слайд 45

Оптическая схема тепловизора «Радуга».

1 - сканер;
2 - объектив;
3 – линейка приемника излучения.

Оптическая схема тепловизора «Радуга». 1 - сканер; 2 - объектив; 3 – линейка приемника излучения.

Слайд 46

Оптическая схема «ТВ-03».

1 – линза
2 – плоское сканирующее зеркало
4 – вращающаяся сканирующая

Оптическая схема «ТВ-03». 1 – линза 2 – плоское сканирующее зеркало 4
призма
3,5 – электродвигатели (обеспечивают перемещение 2 и 4)
6 – фокусирующее зеркало
7 – линзовый конденсатор
8 – приёмник импульсов

Слайд 47

Функциональная схема тепловизора «Янтарь».

1 – объектив
2 – диафрагма (формирует поле зрения)
3

Функциональная схема тепловизора «Янтарь». 1 – объектив 2 – диафрагма (формирует поле
– линза
4 – зеркало изменяющее ход лучей
5 – линзовый конденсатор

6 – приемник излучения
7 – переключатель
8 – видеоусилитель
9 – датчик строчных синхроимпульсов
10 датчик кадровых синхроимпульсов
11,12 – блоки строчной/кадровой синхронизации
13 – блок разверток электронно-лучевой трубки
14 – электронно-лучевая трубка

Слайд 48

Тепловизоры с электронным сканированием.

Различают : видикон и пирикон

1 – сигнальная пластина
2

Тепловизоры с электронным сканированием. Различают : видикон и пирикон 1 – сигнальная
– мишень
3 – сетка (металлическая)
4 – фокусирующий электрод
5 – анод
6 – катод
7 – управляющий электрод

8 – корректирующая катушка
9 – фокусирующая катушка
10 – нить накала катода

Слайд 49

Структурная схема тепловизора с электронным сканированием.

Структурная схема тепловизора с электронным сканированием.

Слайд 50

Пирометры
- яркостные
- цветовые
- радиационные

Пирометры - яркостные - цветовые - радиационные

Слайд 51

Пирометры
Яркостные пирометры (визуальные пирометры)
Структурная схема яркостного пирометра.

6 –

Пирометры Яркостные пирометры (визуальные пирометры) Структурная схема яркостного пирометра. 6 – красный
красный фильтр
7 – реостат
8 – источник питания
9 – показывающий прибор

1 – ОК
2 – объектив
3 – фильтр
4 – пирометрическая лампа
5 – окуляр

Слайд 52

Яркостные пирометры

Соотношение между яркостной и действительной температурами
имеет вид:
Поправка на фильтр:

Пирометры

Яркостные пирометры Соотношение между яркостной и действительной температурами имеет вид: Поправка на фильтр: Пирометры

Слайд 53

Действие цветового пирометра основано на сравнении интенсивности излучения в двух спектральных диапазонах.

Действие цветового пирометра основано на сравнении интенсивности излучения в двух спектральных диапазонах. Цветовые пирометры

Цветовые пирометры

Слайд 54

Функциональная схема цветового пирометра.

Цветовые пирометры

Функциональная схема цветового пирометра. Цветовые пирометры

Слайд 55


Радиационная пирометрия основана на использовании закона Стефана-Больцмана для серых тел:
Радиационный пирометр

Радиационная пирометрия основана на использовании закона Стефана-Больцмана для серых тел: Радиационный пирометр
измеряет температуру ОК по его полному излучению.

Радиационные пирометры

Слайд 56

Функциональная схема радиационного пирометра

Радиационные пирометры

Функциональная схема радиационного пирометра Радиационные пирометры

Слайд 57

Радиометры

Обобщенная структурная схема:

Радиометры Обобщенная структурная схема:

Слайд 58

Радиометры можно классифицировать по нескольким признакам:


Радиометры можно классифицировать по нескольким признакам:

Слайд 59

Тепловые дефектоскопы

Тепловой дефектоскоп - это прибор, предназначенный для обнаружения дефектов типа нарушение

Тепловые дефектоскопы Тепловой дефектоскоп - это прибор, предназначенный для обнаружения дефектов типа
сплошности, а также для обнаружения влаги, например, в сотовых структурах.

Слайд 60

Тепловые дефектоскопы
Основные структуры тепловых дефектоскопов

Тепловые дефектоскопы Основные структуры тепловых дефектоскопов

Слайд 61

Источники теплового возбуждения (ИТВ)


Источники теплового возбуждения (ИТВ)

Слайд 62

Источники теплового возбуждения

1 - ИК излучатели
2 - Вихревая труба
3 -

Источники теплового возбуждения 1 - ИК излучатели 2 - Вихревая труба 3
Индукционный нагреватель
4 - Электронно-лучевой нагреватель.
5 - Газопламенный
6 - Плазматронный

В зависимости от характера взаимодействия физических
полей с ОК, ИТВ классифицируются следующим образом:

Слайд 63

1.ИК излучатели:
(Кварцевая галогенная лампа)
Бывают светлые и тёмные

2.Вихревая труба:

1 – ОК
2

1.ИК излучатели: (Кварцевая галогенная лампа) Бывают светлые и тёмные 2.Вихревая труба: 1
– излучение (ИК и видимое)
3 – кварцевая галогенная лампа
4 - отражатель

1 – ОК
2 – теплоноситель
3 – нагреватель

Источники теплового возбуждения

Слайд 64

Источники теплового возбуждения

3.Индукционный нагреватель:

4.Электронно-лучевой нагреватель:

1 – ОК
2 – индуктор
3 – зона

Источники теплового возбуждения 3.Индукционный нагреватель: 4.Электронно-лучевой нагреватель: 1 – ОК 2 –
нагрева

1 – ОК
2 – электронный пучок
3 – электронная пушка
4 – вакуумная камера

Слайд 65

Обобщенная структурная схема источника нагрева на основе оптических излучателей


1 – блок

Обобщенная структурная схема источника нагрева на основе оптических излучателей 1 – блок
питания
2 – источник излучения
3 – блок спектральной фильтрации
4 – поляризатор
5 – аттенюатор
6 – модулятор (вращающийся плоский диск с прорезями
7 – оптическая система
8 – блок контроля излучения
9 – блок управления (ЭВМ или микропроцессор)

Слайд 66

Теплометрический дефектоскоп.


Основной элемент этого дефектоскопа - тепловой зонд.

6

Е,

Теплометрический дефектоскоп. Основной элемент этого дефектоскопа - тепловой зонд. 6 Е, мВ t, c Е0
мВ

t, c

Е0

Слайд 67

Структурная схема теплометрического дефектоскопа

1

1 – ОК
2 – тепловой зонд
3 – электронный регулятор

Структурная схема теплометрического дефектоскопа 1 1 – ОК 2 – тепловой зонд
температуры
Интегральный канал:
4 – интегратор
5 – аттенюатор
Дифференциальный канал
6 – дифференциатор

7 – амплитудный детектор
8 – детектор уровня
9 – индикатор дефектов
10 – измеритель отношений
11 - тригер

Слайд 68

Применение тепловых дефектоскопов

для контроля теплоизоляции термосов

Без дефекта

С дефектом

1 – ОК
2 – устройство

Применение тепловых дефектоскопов для контроля теплоизоляции термосов Без дефекта С дефектом 1
вращения термоса
3 – нагреватель
4 – блок питания нагревателя
5,7 – сканирующие радиометры
6,8 – блок усиления и обработки сигналов
9 – сумматор
10 – АЦП
11 – интегратор
12 – цифровой индикатор
13 – устройство сравнения

Слайд 69

Применение тепловых дефектоскопов

для управления технологическим процессом.

1 – пятно сканирования радиометром
2 – лист

Применение тепловых дефектоскопов для управления технологическим процессом. 1 – пятно сканирования радиометром
проката
3,4 – радиометры
5 – дефект
6 – дифференциальный усилитель
7 – основной усилитель
8 – пусковая схема

Слайд 70

Применение тепловых дефектоскопов

для управления технологическим процессом

Применение тепловых дефектоскопов для управления технологическим процессом

Слайд 71

установка для контроля стационарных и импульсных тепловых полей мощных транзисторов

6

5

2

1

7

9

3

4

8

11
10

Применение тепловых дефектоскопов

1

установка для контроля стационарных и импульсных тепловых полей мощных транзисторов 6 5
– ОК (мощный транзистор)
2 – 2-х координатный стол
3 – блок управления
4 – блок, задающий режим
работы транзистора
5 – блок усиления
6 – блок коммутации
7 – регистрирующее устройство
8 – запоминающее устройство
9 – блок цифровых разверток
10 – интерфейс
11 - микропроцессор

Слайд 72

Применение тепловых методов для контроля теплофизических характеристик (ТФХ) материалов

Применение тепловых методов для контроля теплофизических характеристик (ТФХ) материалов

Слайд 73

Основные теплофизические характеристики материала

При импульсном объемном воздействии на ОК

Основные теплофизические характеристики материала При импульсном объемном воздействии на ОК

Слайд 74

При импульсном локальном воздействии источник тепла действует на локальный участок ОК

При импульсном локальном воздействии источник тепла действует на локальный участок ОК

Слайд 75

Воздействие постоянной мощности

Воздействие постоянной мощности

Слайд 76

Гармоническое воздействие

Гармоническое воздействие

Слайд 77

Приборы с оптическим импульсным нагревом

Приборы с оптическим импульсным нагревом

Слайд 78

Блок-схема установки
с оптическим импульсным нагревом

Блок-схема установки с оптическим импульсным нагревом

Слайд 79

Вибротепловизионный метод контроля

Вибротепловизионный метод контроля

Слайд 80

Термоволновой метод контроля
Блок-схема способа:

Термоволновой метод контроля Блок-схема способа:

Слайд 81

Блок – схема кварцевого термометра

1, 2 – кварц
3 – смеситель
4 – генератор,

Блок – схема кварцевого термометра 1, 2 – кварц 3 – смеситель
независящий от температуры
5 – генератор временных импульсов
6 – схема совпадения
7 – счетчик
8 – цифровой индикатор

Слайд 82

Блок – схема ультразвукового термометра

1 – генератор
2,3 – преобразователи
4 –чувствительный элемент
5

Блок – схема ультразвукового термометра 1 – генератор 2,3 – преобразователи 4
– усилитель
6 – формирователь
7 – триггер
8 – преобразователь
9 – источник эталонного напряжения
10 – пересчетное устройство
11 - АЦП
Имя файла: «ТЕПЛОВЫЕ-МЕТОДЫ-И-ПРИБОРЫ-НЕРАЗРУШАЮЩЕГО-КОНТРОЛЯ»курс-лекций.pptx
Количество просмотров: 400
Количество скачиваний: 3