Тепловой карман или форма определяет отражение

Эффект полости (cavity effect), или как его иногда называют «тепловой карман», часто помогает термографистам, но иногда неправильно оценивается и ведет к ошибкам в интерпретации термограмм. Иллюстрации в этой статье покажут, что это за явление и как оно проявляется на термограммах.

Коэффициент излучения зависит от многих факторов. В таблице коэффициентов излучения мы найдем зависимость от материала, например древесина, бумага, бетон, краска… Также состояние поверхности влияет на значение коэффициента излучения, например полированная, гладкая, окисленная, шероховатая… Вот чего мы не найдем в таблице, так это зависимости коэффициента излучения от формы объекта контроля.

Форма объекта, пожалуй, следующий по значимости фактор после перечисленных. Давайте посмотрим на эффект формы на примерах. Среди лабораторных работ программы подготовки термографистов ITC, которую мы регулярно проводим уже более трех лет, есть задание с демонстрацией эффекта полости или теплового кармана.

[quote align=»center» color=»#999999″]Полости, углы и отверстия ведут себя подобно АЧТ, коэффициент излучения в них выше, чем на плоскости.[/quote]

Демонстрация эффекта теплового кармана. Алюминиевый блок имеет коэффициент излучения 0,2 и коэффициент отражения 0,8 (считаем, что эти значения являются постоянными и не изменяются с углом). Мы равномерно прогрели блок до некоторой температуры, чтобы иметь отличие собственного излучения о фонового.

Если тепловое излучение отражается от одной поверхности, 20% излучения поглощается и 80% отражается. Так происходит на внешней плоской поверхности блока. Но в отверстиях все не так. Отраженные 80% снова отражаются внутренней поверхностью отверстия, 20% излучения поглощается и 80% отражается (уже 67% от первоначального излучения). Количество последующих переотражений зависит от глубины и формы отверстия.

Таким образом, при многократных отражениях, происходящих в полости, эффективный коэффициент отражения (КО) снижается, в то время как эффективный коэффициент излучения (КИ) увеличивается. Например, в видимом свете по этой причине отверстия и полости выглядят темным — они отражают меньше видимого света. Повышение КИ приводит к более достоверным результатам, полости обладают высоким коэффициентом излучения и ведут себя подобно АЧТ.

К сожалению, нет возможности заранее сказать, насколько повысится коэффициент излучения в полости. Это можно установить только экспериментально, сравнивая показания с контактными приборами или производя измерения эффективного коэффициента излучения. Обратите внимание, что использование значения коэффициента излучения, установленного для плоской поверхности, при измерении в полостях даст ошибочный результат (так как там КИ выше).

Эффект теплового кармана часто используется в тепловизионной диагностике электрооборудования и при тепловизионном обследовании промышленного оборудования. В случаях, когда коэффициент излучения поверхности слишком низок для измерения температуры, полости и отверстия приходят на помощь.

Какие могут быть трудности при термографировании объектов с полостями. Во-первых, если тепловой поток идет из глубины объекта, температура в полостях будет выше поверхностной по естественным причинам (чем глубже, тем теплее). Во-вторых, не следует ожидать повышение коэффициента излучения в углублениях и нишах, где ширина или диаметр больше глубины. Обратите внимание, на термограмме самое неглубокое отверстие (слева) повышает КИ меньше всего.