Термодинамические методы исследования

                                          Содержание

Общие сведения……………………………………………………..2

Физическая сущность тк……………………………………………3

Способы контроля…………………………………………………..3

Приборное обеспечение…………………………………………….6

Практическое  применение в строительстве………………………7

Список литературы…………………………………………………9 
 

  Общие сведения

Термография в  строительстве нашла широкое  применение, но как основное следует  упомянуть контроль качества исполнения ограждающих  конструкций с точки зрения теплоизоляции и ндс. Термография позволяет выявить неравномерности теплового сопротивления ограждающих конструкций, что в большинстве случаев является следствием неверной или некачественной реализации проекта. Это термические мосты (перекрытия окон, дверей, межэтажные), некачественно выполненые соединеия строительных элементов, кострукций (в стенах, в углах), неравномерно выложенная теплоизоляция (стены, крыша), а также дефекты в самых конструкционных материалах (трещины). Термография внутри помещений позволяет определить места на стенах, потолках с пониженной температурой поверхности, места с повышенным неконтролируемым поступлением наружного воздуха, места с повышенной влажностью. В свою очередь с наружной стороны здания возможно наблюдать места с повышенной температурой поверхности.

Контроль качества зданий можно провести как новостройкам, так и давно эксплуатируемым  зданиям и сооружениям. Если первым можно проследить качество выполнения работ, то последним - определить требуемый  объем работ по реконструкции  и реновации. Контроль качества необходим  для ведения бизнеса как такового.

При помощи термографии  можно определить места нахождения скрытых в стенах трубопроводов  или конфигурацию прокладки трубопроводов  или кабелей теплых полов.

То же самое  с проблемами электропроводки - плохие соединения, перегруженные кабели и  провода, всё это определяется при  помощи термографии.

Основная задача технического контроля качества строительной продукции состоит в том, чтобы  правильно используя эффективные  методы и средства контроля, своевременно выявить(обнаружить) технологические  дефекты сварки, пайки, бетонирования, кладки, определить причины, порождающие  эти дефекты, и пути (мероприятия) реконструкции. Методы неразрушающего контроля группируют по видам исходя главным образом из общности физических явлений, используемых для обнаружения  дефектов и других отклонений в контролируемых объектах, недопустимых по техническим  условиям на их изготовление и эксплуатацию. В неразрушающем контроле используют такие физические явления, как тепловые поля - тепловые методы неразрушающего контроля.

В тепловых методах  неразрушающего контроля в качестве пробной энергии используется тепловая энергия, распространяющаяся в объекте  контроля. Температурное поле поверхности  объекта является источником информации об особенностях процесса теплопередачи, которые, в свою очередь, зависят  от наличия внутренних или наружных дефектов. Под дефектом при этом понимается наличие скрытых раковин, полостей, трещин, непроваров, инородных  включений и т.д., всевозможных отклонений физических свойств объекта от нормы, наличия мест локального перегрева( охлаждения) и т.п.

Физическая  сущность теплового  контроля

Методы неразрушающего контроля теплового вида используют при исследовании тепловых процессов  в изделиях. При нарушении термодинамического равновесия объекта с окружающей средой на его поверхности возникает  избыточное температурное поле, характер которого позволяет получить информацию об интересующих свойствах объектов. Методы теплового контроля основаны на взаимодействии теплового поля объекта  с термодинамическими чувствительными  элементами (термопарой, фотоприемником, жидкокристаллическим индикатором  и т.д.), преобразовании параметров поля (интенсивности, температурного градиента, контраста, лучистости и др.) в электрический  сигнал и передаче его на   регистрирующий прибор.

 Достоинствами  теплового контроля являются: дистанционность,  высокая скорость обработки информации; высокая производительность испытаний;  высокое линейное разрешение : возможность  контроля при одно- и  двустороннем подходе к изделию; теоретическая возможность контроля любых материалов; многопараметрический характер испытаний; возможность взаимодополняющего сочетания ТНК с другими видами неразрушающего контроля; сочетаемость со стандартными системами обработки информации; возможность поточного контроля и создания автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами.

Способы контроля

Различают:

1)пассивный ТНК; 

2) активный ТНК. 

Пассивный ТНК  не нуждается во внешнем источнике  теплового воздействия (ИТВ) - тепловое поле в объекте контроля (ОК) возникает  при его эксплуатации (изделия  радиоэлектроники, энергетическое оборудование, металлургические печи и т. п.) или изготовлении (закалке, отжиге, сварке и. т. п.). Активный ТНК предполагает нагрев объекта внешними источниками энергии. В случае использования АТНК в дефектоскопии, например для обнаружения дефектов в виде нарушения сплошности (раковин, трещин, мест непроклея), информацию о дефектах несут в себе локальные неоднородности температурного поля на поверхности ОК.

Существуют  следующие способы  активного теплового  контроля изделий:

Кратковременный локальный нагрев изделия с последующей  регистрацией температуры той же(при  одностороннем контроле) или при  противоположной области( при двустороннем контроле). По истечении некоторого времени(чтобы изделие успело остыть) переходят к следующей точке  и т.д. Так будет пройдена вся  поверхность изделия, причем измеренная температура дефектных областей будет существенно отличаться от температуры бездефектных участков. С использованием сканирующей системы, состоящей из жестко закрепленных друг относительно друга источника нагрева  и регистрирующего прибора(например, радиометра), перемещающихся с постоянной скоростью вдоль поверхности  образца. Одновременный нагрев поверхности  образца вдоль некоторой линии(при  одновременном контроле) или вдоль  аналогичной линии с противоположной  поверхности образца( при двустороннем контроле). Подобная регистрация может  быть осуществлена , например, прибором " Термопрофиль." Одновременный  нагрев всей поверхности образца  и последующая одновременная  регистрация температурного распределения  на этой же или на противоположной  поверхности. Подобный способ контроля может быть осуществлен при помощи телевизора. В методе АТНК можно  выделить три основных направления  развития:

тепловая дефектоскопия (ТД); тепловая дефектометрия (ТД); тепловая томография (ТТ). Тепловая дефектоскопия  состоит в определении факта  наличия дефекта и его расположение в объекте контроля. В настоящее  время это наиболее разработанное  направление. Тепловая дефектометрия -направление АТНК, представляющее методы и средства количественной оценки глубины залегания дефектов, их толщины  и поперечных размеров. С математической точки зрения ТД требует решения  обратных теплофизических задач. Тепловая томография (ТТ) является последующим  развитием ТД и состоит в послойном  синтезе внутренней структуры объекта  контроля на основе использования методов  проективной компьютерной томографии.

 Область применения  активного ТНК: Авиакосмическая  индустрия Ик-влагометрия :дефекты структуры копозитов, готовых панелей ,клеевых соединений, защитных покрытий. Микроэлетроника Лазерный контроль пайки, сварки:ИК- томография полупроводников,  БИС; дефекты теплоотводов Машиностроение Термоволновая дефектоскопия антикорозионных покрытий,тепловая толщинометрия пленок. Лазерная техника Контроль термонапряжений в лазерных кристаллах,ТФК квантронов,световой прочности элементов силовой оптики. Материаловедение Тепловая диагностика напряженного состояния объектов на основе термоэластического эффекта. Строительство Контроль теплопроводности строительных материалов, защитных ограждений, обнаружение пустот, промоин. Нефтехимия Термографический контроль уровня жидкостей в резервуарах. Энергетика Тепловизионный контроль статоров, защитных покрытий, термоизоляции Агрокомплекс Контроль ТФК продуктов, дефектоскопия деталей с.х. техники.Область применения пассивного ТНК: энергетика ,тепловая диагностика турбин, дымовых труб, энергоагрегатов, контактных сетей, теплоизоляции,нефтехимия, тепловизионный контроль реакторных колонн и энергоагрегатов, обнаружение утечек из продуктопроводов, контроль тепловых режимов машин, механизмов, обнаружение утечек тепла в зданиях, тепловизионный контроль качества кровли, ограждающих конструкций, экологический мониторинг, дистанционный контроль утечек тепла, загрязнений на водных поверхностях, выявление тепловых аномалий, обнаружение пустот, промоин.

Методы  и средства теплового  неразрушающего контроля.

Вибротепловизионные метод: вибротепловизионный метод  особенно перспективен для анализа  изделий, работающих в условиях вибрации. В материалах с дефектами структуры  под воздействием вибрации возникают  температурные поля, что обусловлено  рассеянием энергии колебаний на дефектах и превращением ее в теплоту  за счет внутреннего перегрева в  материале. В областях нарушения  гомогенности структуры возникают  локальные зоны перегрева объекта. На термограммах вибрирующих пластин  и других объектов четко выявляются дефекты типа расслоений, несплошноностей  и т.п.

Метод тепловой томографии

Тепловая томография - метод визуализации внутренних сечений  объекта с помощью тепловых эффектов. Его можно реализовать импульсным облучением объекта плоским равномерным  пучком излучения и последовательной регистрацией " тепловых отпечатков "дефектов или неоднородностей  теплофизических параметров контролируемой структуры на противоположной стороне  изделия с помощью быстродействующего тепловизора.

Методы  теплового контроля на основе термофотоупругости

В современной  технологии, особенно лазерной, широко применяются высокопрозрачные оптические кристаллы, например в качестве линз для фокусировки форсированного излучения, резонаторов мощных лазеров, защитных иллюминаторов, материалов для  вытяжки ИК световодов и т.п. Важнейшей  характеристикой подобных материалов является абсолютное значение натурального показателя поглощения оптического  излучения , который , в свою очередь,определяет долю энергии, поглощенную в материале при прохождении через него мощного потока излучения. Эта характеристика позволяет прогнозировать лучевую прочность материалов, динамику их разогрева в процессе облучения, потери в линиях световодной связи и т.п.

Вихретокотепловой метод 

Вихретокотепловой метод основан на радиоимпульсном  возбуждении металлических объектов полем индуктора, приеме теплового  отклика приповерхностным преобразователем вовремя и после теплового  воздействия и анализе амплитудно-временной  информации. Ход теплового процесса определяется теплофизическими и одновременно электромагнитными параметрами  объекта, что позволяет в одном  эксперименте проводить исследования как тепловыми, так и вихретоковыми  методами. В частности, коэффициент  температуропроводности чувствителен к химическому составу, тепловому  старению, термообработке, размерам зерна  сплавов. С помощью метода ВТТ  возможна так же тепловая толщинометрия  ферромагнитных и тонкостенных изделий, изделий с грубой поверхностью и  др. Теплографический ТНК композитовКонтроль тонкостенных оболочек из полимерных композиционных материалов, прочность  которых существенно зависит  от дефектов типа воздушных расслоений, отслоений и т.д., эффективен с  помощью комбинированного теплоголографического  метода. Он заключается в нагреве(тепловом нагружении) изделия и совместной регистрации термограмм и голографических  интерферограмм нагретой поверхности. При этом обнаружение дефектов производится по наличию аномалий интерференционных  полос, а их протяженность и глубина  залегания на основании анализа  термограмм контролируемой зоны изделия  при его нагреве галогенными  лампами.

Приборное обеспечение

Автоматическое  распознавание горячей/холодной точки.

Новая функция  автоматического распознавания  горячей/холодной точки незамедлительно  выделяет горячие и холодные точки  на ИК-изображении прямо на дисплее  тепловизора. Таким образом, с одного взгляда, Вы можете прямо на объекте  определить самую холодную точку  внутренней стены.

Новое программное обеспечение

Четко структурированное  и удобное в использовании  программное обеспечение позволяет  провести полный анализ и диагностику  термограмм. Теперь Вы можете редактировать и анализировать одновременно несколько ИК-изображений, осуществлять документирование с соотнесением термограмм с реальными снимками в своих отчетах. Для получения наиболее точных результатов анализа возможно откорректировать коэффициенты излучения отдельных материалов вплоть до индивидуальных пикселей для какого-либо сегмента ИК- изображения. С новым ПО легко и быстро создавать многостраничные термографические отчеты.   Для создания простых отчетов в соответствии со стандартами предлагаются заданные в ПО шаблоны. Thtesto 880 можно применять в строительной термографии для: Проверки каркасов зданий, изоляции, реконструкции, тепловых мостиков, строительных дефектов, проникающей влажности, разрывов в трубопроводе, мест утечек, дефектов отделочных покрытий, повреждений, вызванных плесенью.

Диагностики неполадок, гарантии качества и приемки различных  установок (например, отопительных систем, систем кондиционирования воздуха, вентиляции)

Практическое  применение в строительстве

Пример 1. Германия, горнолыжный курорт Рюпольдинг (Баварские  Альпы).

Проблема: дефекты  теплоизоляции как причина потерь тепла.Осмотр зданий и обнаружение  дефектов изоляции перекрытий и полов. Здания в Рюпольдинге считаются  очень надежными и высококачественными, но даже здесь: дефекты в теплоизоляции, которые обнаруживаются с помощью  тепловизора,  —очень серьезные, особенно на фоне растущих цен на отопление  зданий. В Германии они удвоились  за последние 5 лет. Тепловизоры показывают распределение температур по всему  периметру здания. Диагностика фасадов  и стен домов основана на разнице  температур внутри и снаружи домов  с учетом структуры стен.

Пример  2. Республика Беларусь, осмотр типовых жилых домов 

специалистами Белорусского теплоэнергетического института.