Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wykorzystanie termografi w projektowaniu i ekspolatacji układów elektroniczych

gulson 19 Paź 2017 16:00 2673 13
  • #1 19 Paź 2017 16:00
    gulson
    Administrator Systemowy

    Spadek cen kamer termowizyjnych w ostatnich latach przyczynił się do upowszechnienia tej technologii w wielu dziedzinach nauki i techniki. Do jednej z nich należy zaliczyć elektronikę, gdzie kamery termowizyjne mogą zostać wykorzystane zarówno na etapie projektowania, produkcji jak i ekspolatacji układów elektronicznych.
    Moduł detekcyjny (mikloblometer) jest najbardziej zaawansowaną technologicznie częścią kamery termowizynej. W najogólniejszym przypadku detektory dzieli się na detektory termiczne (piroelektryczne, bolometryczne) i fotonowe (półprzewodnikowe – fotoprzewodzące lub fotowoltaiczne). Moduł detekcyjny może być zbudowany jako pojedynczy detektor, linia bądź w postaci matryc o rozmiarach 320x240, 384x288, 640x480, 640x512, 1280x1024 detektorów (pikseli).

    Poza rozdzielczością (wielkością) detektora, kolejnym istotnym parametrem detektora jest tzw. czułość termiczna. Wielkość ta podawana jest w stopniach skali temperatury i definiuje minimalną różnicę temperatury, jaką jest w stanie rozróżnić detektor w umownych warunkach.
    Wykorzystanie termografi w projektowaniu i ekspolatacji układów elektroniczych
    Rysunek 1 Kamera termowizyjna Fluke TiX560 podczas pomiarów układów elektronicznych

    Warto również nadmienić, że kamerach rejestrujących promieniowanie podczerwone nie można stosować klasycznych szklanych obiektywów używanych w kamerach wizyjnych. Szkło kwarcowe jest dobrze przepuszczalne dla promieniowania widzialnego, jednak przy długości fali promieniowania cieplnego następuje gwałtowny spadek przepuszczalności. Obiektyw kamery termowizyjnej powinien zapewnić dobre przenoszenie fal podczerwonych. Materiały, które zapewniają tą własność to german (Ge), szkło chalkogenidkowe, selenek cynku (ZnSe) i siarczek cynku (ZnS). W kamerach termowizyjnych nie stosuje się obiektywów o zmiennej ogniskowej. Zmiana obiektywu kamery termowizyjnej wiąże się najczęściej z koniecznością jej powtórnej kalibracji u producenta. Istnieją też rozwiązania samok­­alibrujące - wówczas w obiektywie kamery umieszczany jest mikrochip z programem wprowadzającym do kamery nowe ustawienia kalibrujące.
    Wykorzystanie termografi w projektowaniu i ekspolatacji układów elektroniczych
    Rysunek 2 Kamera termowizyjna Fluke TiX z soczewką makro

    W przypadku wykorzystania termowizji w diagnostyce układów elektronicznych warto zwrócić uwagę na makro obiektyw (rysunek 2), który pozwala na zobrazowanie obiektów o rozmiarze nawet 25mikronów, co czynni go bardzo interesującym rozwiązaniem w aplikacjach związanych z elektroniką. Przykład termogramu wykonanego z makrosoczewką pokazano na rysunku 3.




    Dla porównania ten sam obiekt z wykorzystaniem standardowego obiektywu został pokazany na rysunku 4.
    Makro obiektywy sprawdzą się również w przypadku podglądu elementów SMD.
    Kamery termowizyjne dają możliwość dokonywania pomiarów radiometrycznych co oznacza, że pomiar temperatury możliwy jest w każdym punkcie zobrazowania termowizyjnego.
    Oprogramowanie SmartView, które możliwe jest do pobrania z poniższego linku (http://assets.fluke.com/SmartView/TUpdates/Setup.exe) , umożliwia podgląd i edycję termogramów. Podczas analizowania termogramu możliwa jest wybór palety kolorów spośród ośmiu wariacji. W oprogramowaniu mamy możliwość zmiany emisyjności materiału jak i temperatury tła dla całości obrazu lub tylko dla jego wybranego fragmentu, co daje możliwość dokładnego pomiaru temperatury.
    Wykorzystanie termografi w projektowaniu i ekspolatacji układów elektroniczych
    Rysunek 3 Zobrazowanie termowizyjne z wykorzystaniem makrobiektywu
    Wykorzystanie termografi w projektowaniu i ekspolatacji układów elektroniczych
    Rysunek 4 Zobrazowanie termowizyjne z wykorzystaniem klasycznej soczewki

    Kamery termowizyjne Fluke dają również możliwość połączenia poprzez komunikację Bluetooth z zewnętrzymi urządzeniami służącymi do pomiarów wielkości elektrycznych lub nieleketrycznych. Dla przykładu może być to moduł T3000 (rysunek 4), który pozwala na kontaktowy pomiar temperatury, a tym samym daje możliwość wyznaczenia współczynnika emisyjności. Z kamerą termowizyjną można połączyć maksymalnie 8 zewnętrznych mierników.
    Wykorzystanie termografi w projektowaniu i ekspolatacji układów elektroniczych
    Rysunek 5 Moduł Fluke T3000 pozwala na bezprzewodową komunikację poprzez Bluetooth z kamerą termowizyjną.

    Kamery termowizyjne Fluke umożliwiają również nagranie radiometrycznego wideo (rysunek 6), dzięki czemu możliwa jest analiza zmian temperaturę w czasie. Oprogramowanie daje możliwość eksportu każdej z klatki filmu do postaci pliku jpg, gif lub IS2 (format plików Fluke).
    Wykorzystanie termografi w projektowaniu i ekspolatacji układów elektroniczych
    Rysunek 6 Opogramowanie SmartView umożliwa analizę filmów radiometycznych.

    Wykorzystanie kamer termowizyjnych z makrosoczewkami pozwala na dokładną analizę cieplną układów elektronicznych. Dzięki tej metodzie podczas projektowania płytek PCB możliwa jest bardzo szybka detekcja przegrzewającego się elementu jak i optymalizacja układów chłodzenia urządzeń elektronicznych.
    Poniżej galeria termogramów możliwych do analizy i edycji po pobraniu z linku:

    Wykorzystanie termografi w projektowaniu i ekspolatacji układów elektroniczych

    Wykorzystanie termografi w projektowaniu i ekspolatacji układów elektroniczych

    Wykorzystanie termografi w projektowaniu i ekspolatacji układów elektroniczych

    Autor: Karol Bielecki
    Artykuł sponsorowany

    0 13
  • #2 19 Paź 2017 18:28
    matii_speed
    Poziom 16  

    Jaka cena takiej kamerki z soczewką?

    0
  • #3 19 Paź 2017 19:00
    electro
    Poziom 17  

    Nie to żebym się czepiał ale innych ganicie za pisownię, a w tym artukule jest taka masa literówek i "warjaci" że musiałem to napisać.

    0
  • #4 19 Paź 2017 19:32
    Marek_Skalski
    Moderator Projektowanie

    @matii_speed Producent nie podaje ceny na stronie, ale na swoim koncie na znanym portalu sprzedaje te kamery w ilościach detalicznych. Przykładowo TiX560 to tylko $14500, TiX520 to $12000, TiX500 to $9000. Taniocha.
    Dla porównania, na chińskim portalu można kupić tylko trochę gorsze kamery za $200. Wyszukiwanie przez Thermal Imaging Camera. Mam i bardzo fajnie to działa pozwalając nałożyć obraz w podczerwieni na zwykły obraz w paśmie widzialnym.

    0
  • #5 21 Paź 2017 13:40
    3029369
    Użytkownik usunął konto  
  • #6 21 Paź 2017 18:13
    Marek_Skalski
    Moderator Projektowanie

    W tej taniej kamerze obraz jest interpolowany do 320x240 i nakładany na obraz ze zwykłej kamery. Pewnie, że większa rozdzielczość fajnie wygląda, ale w przypadku pomiarów ciepła nie ma to większego znaczenia. Tak samo jak robienie zdjęć 14Mpix i oglądanie ich na ekranie 1920x1080 (2Mpx). Zgadzam się, że FLIR robi bardzo dobre kamery. W przypadku Fluke, płaci się za markę i ta cena jest niewspółmiernie wysoka do możliwości.

    0
  • #7 23 Paź 2017 20:02
    oskar777

    Poziom 25  

    Witajcie, czy kamerą termowizyjną da się zmierzyć temperaturę świecącej diody led?.
    Mam np diodę 5mm gdzie przekraczam jej dopuszczalne parametry powiedzmy 30-40mA i chce zmierzyć jaka jest temperatura złącza. Nie mam jak przyłożyć czujnika do obudowy bo nic to nie da.

    0
  • #8 23 Paź 2017 20:21
    3029369
    Użytkownik usunął konto  
  • #9 23 Paź 2017 20:43
    oskar777

    Poziom 25  

    Pong.Chu to mnie trochę przerasta, masz jakąś teorię do tego?

    Wiem też, że zmienia się napięcie przewodzenia wraz z wzrostem temperatury ale nie wiem jak ta zależność wygląda. Dla każdego koloru jest pewnie inaczej.

    0
  • #10 24 Paź 2017 12:10
    miszcz310
    Poziom 19  

    oskar777 napisał:
    Witajcie, czy kamerą termowizyjną da się zmierzyć temperaturę świecącej diody led?.
    Mam np diodę 5mm gdzie przekraczam jej dopuszczalne parametry powiedzmy 30-40mA i chce zmierzyć jaka jest temperatura złącza. Nie mam jak przyłożyć czujnika do obudowy bo nic to nie da.


    Można by zmierzyć (mając sprzęt) przesunięcie emisji (zależne od materiału). Chyba to jest jedyne "pewne" rozwiązanie. Napięcie zmienia się w zależności od temperatury, ale to zleży znowu od materiału. Jakbyś chciał mierzyć diodę to jeszcze można spróbować wyjąć ją z plastiku, będzie łatwiej mierzyć dla kamery, ale to dalej nie jest temperatura złącza.
    Pytanie po co przekraczać dopuszczalne parametry i po co mierzyć tą temperaturę?

    0
  • #11 05 Paź 2018 09:34
    andrzejlisek
    Poziom 28  

    Trafiłem na ten wątek z wyszukiwarki, bo mnie interesuje dokładnie to samo, jednak amatorski i nie w kontekście wyboru urządzenia, co w kontekście sposobu, w jaki to się robi.

    Posiadam Seek ThermalPro, mam świadomość, że jest to bardziej zabawka niż profesjonalny sprzęt, więc niewielkie odchylenia są możliwe.

    Niedawno budowałem jedno urządzenie, gdzie potrzebowałem zmienić napięcie z 12V do 5V przy prądzie ok. 500mA. Jak zastosowałem szeregowo stabilizatory liniowe 7809 i 7805 (oba w obudowie TO220), to obydwa się grzały bardzo mocno, na plastikowej obudowie była temperatura ok. 100 stopni, ale na metalowym elemencie z tyłu miał temperaturę "tylko" ok. 50 stopni. Gdyby był tylko jeden, 7805, to on by wytwarzał jeszcze więcej ciepła. Pomiary wykonałem ze współczynnikiem emisyjności 0,97, przy współczynniku 0,30 zmierzone temperatury wynoszą odpowiednio ok. 200 i 100 stopni. Wymieniłem stabilizatory na przetwornicę Pololu D24V10F5 i ona grzeje się do ok. 45 stopni (współczynnik 0,97) w tych samych warunkach pracy. W kamerze mam do wyboru współczynniki 0,30; 0,60; 0,80 i 0,97.

    Czy tak wykonane pomiary są rzetelne? Czy w przypadku stabilizatorów liniowych prawdziwa temperatura to jest ta na obudowie, czy na metalu i przy którym współczynniku?

    Zakup najwyższego modelu profesjonalnej kamery nic nie da, jak nie będę wiedział, jak wykonywać pomiary i jak je interpretować (chodzi o to, żeby znając mierzoną temperaturę i współczynnik emisyjności wiedzieć, jaką temperaturę faktycznie ma dany element).

    0
  • #12 05 Paź 2018 11:43
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    na plastikowej obudowie była temperatura ok. 100 stopni, ale na metalowym elemencie z tyłu miał temperaturę "tylko" ok. 50 stopni.
    Plastik ma wyższy współczynnik emisyjności, więc kamera pokazuje wyższą temperaturę mimo że to metal jest cieplejszy, generalnie pomiary materiału o niskiej emisyjności zawsze obarczone są dużymi błędami i lepiej ich unikać, na metal można nakleić coś o wyższym współczynniku emisyjności np taśmę izolacyjną. Najlepiej było by mieć materiał o dokładnie znanym dużym współczynniku emisyjności oraz element o znanej temperaturze i wtedy porównywać obiekt badany ze wzorcem.

    Na reklamowych kolorowych zdjęciach z liczbami to fajnie wygląda, ale tak na prawdę nikt nie wie jaki dokładnie jest współczynnik emisyjności przypadkowego elementy elektronicznego, a więc nie można stwierdzić jaka dokładnie jest temperatura, lub choćby w jakich granicach się zawiera.

    0
  • #13 06 Paź 2018 13:23
    andrzejlisek
    Poziom 28  

    jarek_lnx napisał:
    Na reklamowych kolorowych zdjęciach z liczbami to fajnie wygląda, ale tak na prawdę nikt nie wie jaki dokładnie jest współczynnik emisyjności przypadkowego elementy elektronicznego, a więc nie można stwierdzić jaka dokładnie jest temperatura, lub choćby w jakich granicach się zawiera.


    Wygląda na to, że ten sam problem jest w dużo tańszych pirometrach, czyli temperatura jest wartością obliczona na podstawie zmierzonego natężenia promieniowania cieplnego i zadanego współczynnika emisyjności. Nie wiem, czy w pirometrach ustawia się współczynnik emisyjności. Czy w takim razie, żeby sprawdzić choćby przybliżoną temperaturę, to wystarczy wiedzieć, z czego jest wykonany mierzony przedmiot i odnaleźć w internecie współczynnik emisyjności tego materiału?

    0
  • #14 06 Paź 2018 20:18
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    andrzejlisek napisał:
    Wygląda na to, że ten sam problem jest w dużo tańszych pirometrach, czyli temperatura jest wartością obliczona na podstawie zmierzonego natężenia promieniowania cieplnego i zadanego współczynnika emisyjności.
    Spójrz na zdjęcia z pierwszego postu - wszystkie ciemne plamy to odsłonięty metal, równie gorące, ale nie "świecą" w IR, pirometr ma tą wadę że uśredni gorące punkty z "zimnym" metalem, co zaniży wskazania, a jeśli metalu jest dużo - przykład przedostatnie zdjęcie z pierwszego postu, będzie bardzo trudno zmierzyć pirometrem. W tanich pirometrach współczynnik emisyjności jest wpisany na stałe, w lepszych ustawialny. Użytkownik jeśli chce żeby pomiar coś znaczył, musi zadbać o to aby w polu widzenia pirometru był materiał o jednej temperaturze i współczynniku emisyjności.

    andrzejlisek napisał:
    Czy w takim razie, żeby sprawdzić choćby przybliżoną temperaturę, to wystarczy wiedzieć, z czego jest wykonany mierzony przedmiot i odnaleźć w internecie współczynnik emisyjności tego materiału?
    Teoretycznie tak, w praktyce trudno znaleźć dokładne dane, podają szerokie przedziały i nie pokrywają się dane z różnych źródeł.

    Miałem pomysł żeby zrobić sobie "wzorcowy" tranzystor który nagrzewał by się do zadanej temperatury, było by z czym porównywać.

    Powierzchnie metalowe o niskim współczynniku emisyjności mają jeszcze tą wadę że działają jak lustro, przykład poniżej zamiast podczerwieni z blachy widać odbicie mojej dłoni :)
    Wykorzystanie termografi w projektowaniu i ekspolatacji układów elektroniczych
    Ostrość ustawiłem tak żeby była widoczna dłoń a nie blacha, kiedy ostrość była na krawędzie blachy, ciepło z dłoni było rozmytą plamą wyglądającą jakby blacha była na środku cieplejsza.

    0