Akademia Automatyki
Kamera termowizyjna do aplikacji wysokotemperaturowych

Kamera termowizyjna do aplikacji wysokotemperaturowych

Kamera termowizyjna w życiu codziennym wykorzystywana jest nie tylko w przemyśle, ale również w budownictwie, w branży samochodowej, automatycznych systemach do pomiaru temperatury a nawet smartfonach. Dzięki rozwojowi technologii termowizyjnej możliwe staje się jej zastosowanie do kontroli i automatyzacji procesów produkcji przemysłowej w aplikacjach wysokotemperaturowych.

Stacjonarna kamera termowizyjna wysokotemperaturowa

Kamera termowizyjna z systemem wysokotemperaturowym musi zawierać specjalistyczne układy dostosowane do pracy w bardzo wysokich temperaturach. Wykorzystują wyselekcjonowane detektory o czułości spektralnej bliskiej podczerwieni na długości ok. 1 um czyli tzw. NIR. Kamery dzielą się na modele kompaktowe oraz zaawansowane z optyką boroskopową. Układy boroskopowe zawierają wysokotemperaturową, termoodporną kamerę termowizyjną z wziernikiem o polu widzenia nawet 95°, która daje możliwość ciągłego monitoringu poprzez bardzo mały otwór w ścianie pieca lub kotła. Dzięki zastosowaniu dodatkowej obudowy z chłodzeniem wodnym lub powietrznym, możliwe jest wykorzystanie kamery do pracy ciągłej 24h/7.

Stacjonarna kamera termowizyjna LAND NIR FTI 1000 z opcjonalną dodatkową obudową ochroną z chłodzeniem

Stacjonarna kamera termowizyjna LAND NIR FTI 1000 z opcjonalną dodatkową obudową ochroną z chłodzeniem

Kamerę przed przegrzaniem dodatkowo zabezpieczają układy automatycznego wycofywania boroskopu z pieca w przypadku awarii chłodzenia. Wycofywanie może być pneumatyczne – tam, gdzie dodatkowo występuje wysoka temperatura otoczenia oraz elektryczne – gdy mamy ograniczony dostęp do powietrza/azotu o wysokim ciśnieniu.

Kamera termowizyjna z wycofywaniem elektrycznym

Kamera termowizyjna z wycofywaniem elektrycznym

 

Kamera termowizyjna z wycofywaniem pneumatycznym

Kamera termowizyjna z wycofywaniem pneumatycznym

Zastosowania kamery termowizyjnej w procesach na gorąco

  • Piece szklarskie, piece do topienia

W piecach szklarskich i w piecach do topienia powszechnie stosowane od lat kamery wizyjne zostają powoli zastępowane przez boroskopowe kamery termowizyjne. Układy termowizyjne NIR dają obraz praktycznie identyczny, a nawet lepszy kontrastowo niż kamery wizyjne. Wykonują pomiary oraz dają wiele cennych informacji niemożliwych do zauważenia przy użyciu kamery wizyjnej, takich jak: pomiar temperatury szkła, podgląd wnętrza pieca w czerni i bieli dla symulacji widoku kamery wizyjnej, analizę procesu spalania w celu zmniejszeniu NOx, automatyczną kontrolę stopienia wsadu do pieca (batch controling).

Zabudowana na piecu szklarskim kamera termowizyjna LAND NIR B AR z elektrycznym układem wycofywania w miejscu poprzednio stosowanej kamery wizyjnej

    Zabudowana na piecu szklarskim kamera termowizyjna LAND NIR B AR z elektrycznym układem wycofywania w miejscu poprzednio stosowanej kamery wizyjnej
  • Piece grzewcze, walcownie, kuźnie, tłocznie

Tradycyjnie stosowane termopary bądź kamery wizyjne w piecach grzewczych w hutach i kuźniach metali, nie spełniają wymagań w osiągnięciu jednolitej temperatury, uzyskania optymalnej jakości i zmniejszenia strat. W takich aplikacjach najlepiej sprawdzi się stacjonarna kamera termowizyjna LAND NIR B 2K lub bardziej zaawansowana LAND FTI-Eb. Łączą one podgląd wizyjny on-line wewnątrz pieca dla operatora oraz pomiar rozkładu temperatury kilku półproduktów jednocześnie zastępując, lub uzupełniając obecnie wykorzystywane techniki. Dla uzyskania wysokiej dokładności systemy te posiadają funkcję automatycznego pomiaru temperatury tła i kompensacji odbicia promieniowania IR od wewnętrznych ścian pieca. Dane temperaturowe mogą być przekazywane do systemu sterowania piecem. Natomiast pełne dane termowizyjne automatycznie są archiwizowane dla działu kontroli jakości i usprawniania procesu.

Piec do wygrzewania rur w obrazie kamery termowizyjnej (pomiar temperatury w dowolnym miejscu obrazu)

Piec do wygrzewania rur w obrazie kamery termowizyjnej

  • Piece obrotowe

Materiał w piecu obrotowym poddawany jest obróbce poprzez ciągłe obracanie rurowego pieca o długości kilku, a nawet kilkudziesięciu metrów. Jedną z krytycznych stref w piecu jest strefa spiekania, w której przebiega zasadniczy proces transformacji C2S do C3S w temperaturze około 1250–1450oC.  Zarówno miejsce tej strefy na długości pieca oraz jej temperatura musi być znana i ściśle kontrolowana. Dlatego też zasadne staje się wykorzystanie kamery termowizyjnej, która wykonuje pomiary temperatury z jednoczesnym podglądem obrazu (o jakości znacznie przewyższającym kamery wizyjne).

Obraz kamery termowizyjnej z pomiarem temperatury w palecie barw czarno-biały dla zwiększenia jakości obrazu dla oka oraz obraz termowizyjny z analizą jądra płomienia

Obraz kamery termowizyjnej z pomiarem temperatury w palecie barw czarno-biały dla zwiększenia jakości obrazu dla oka oraz obraz termowizyjny z analizą jądra płomienia

Kamera termowizyjna a energetyka i spalanie odpadów

Układy termowizyjne LAND PFTIS (Portable Furnace Thermal Imaging System) do krótkotrwałych pomiarów badawczych doskonale sprawdzają się w przypadku dużych kotłów spalania, w których cały ich obszar trudno jest objąć polem widzenia. Do dłuższej analizy w wybranym miejscu kotła stosuje się stacjonarne boroskopowe kamery pomiarowe NIR B2K lub FTI-Eb z pełnym układem chłodzenia. Oba układy mają znacznie większą zdolność penetracji przez zadymioną i zapyloną atmosferę komory spalania w porównaniu do kamer wizyjnych. Podobnie jest w przypadku spalarni odpadów, kiedy chodzi o zupełne i efektowne spopielenie materiału wsadowego w ograniczonym czasie.

Nieustanny rozwój kamer termowizyjnych pozwala na ich stosowanie w coraz to nowszych aplikacjach, nawet w bardzo trudnych warunkach, takich jak wysoka temperatura, zadymienie czy zapylenie. Nadal jednak konkurują z powszechnie dostępnymi i sprawdzonymi, tradycyjnymi urządzeniami pomiarowymi. Mimo że dają o wiele więcej informacji o procesie niż tylko pomiar temperatury, są rozwiązaniem bardziej kosztownym.

Po więcej szczegółów na temat rozwiązań opartych na kamerach termowizyjnych w aplikacjach wysokotemperaturowych zapraszamy do czasopisma „Pod kontrolą”:

„Ciągłe termowizyjne monitorowanie procesów w kotłach i piecach przemysłowych. Nowe generacje stacjonarnych wysokotemperaturowych kamer termowizyjnych”