Lecture 05 紅外線熱顯像儀 預防性檢測技術 92.6 ℃

熱成像儀的用途 軍事上: 夜間偵查。 工業上: 電氣系統之故障診斷；建築物滲漏診斷等。 醫學上: 發燒診斷；癌細胞診；斷痠痛診斷等。

熱的傳遞方式(I) 熱傳導

熱的傳遞方式(II) 熱對流

熱的傳遞方式(III) 熱輻射

紅外線之大氣窗口: 紅外線通過大氣層時，因為大氣層中的組成分子如水分子(H2O)、二氧化碳(CO2)及臭氧(O3 )…等氣體分子會吸收紅外線輻射能以及大氣中液態或固態懸浮物所引起的散射，將使得輻射的傳輸產生衰減現象；而不同波長的紅外線衰減程度不一，其對大氣的穿透率亦不同。 一般能透過大氣的紅外線可分為三個波長範圍即1~2.5μm、3~5μm、8~14μm，此三個高穿透率區被稱為大氣窗口。因此設計製造紅外線攝錄影像熱分析儀時即須考慮大氣窗口的波長範圍。

當輻射能量到達材料表面，部分輻射會穿透，部分會被吸收，部分會被反射。 入射 反射 Absorption Transmission 當輻射能量到達材料表面，部分輻射會穿透，部分會被吸收，部分會被反射。 Reflection

熱平衡時之進出總能量為常數 當輻射入射物體時，有些會透射(Transmission)、有些會被吸收(Absorption )、有些會反射(Reflection)。 能量守恆定律指出，熱平衡時之進出總能量為常數。 總能量=吸收能量+反射能量+透射能量=放射能量 外在照射物體總能量= W+W+W 將每一入射能量單項除總能量，得到比率式  ++=1 物體本身輻射出總能量= W+W+W 將每一輸出能量單項除總能量，得到比率式  ++=1 Krichoff 定律:熱平衡時，物體能量 = 外部能量 ++=++=1  = 放射率e(Emissivity) 吸收率a(Absorbtivity) 反射率r(Reflectivity) 透射率t(Transmissivity)

放射率的修正 背景 放射率設定:1 量測背景溫度Tb 量測被測物溫度To 量測參考物溫度Tr 計算放射率= 鋁(光亮): 0.05 鋁(氧化): 0.55 黃銅(光亮):0.03 銅(氧化): 0.78 ---------- 1.黑體放射率ε=1 2.一般物體放射率(ε<1) 因物體種類及表面 狀態不同而有所差異 參考物 被測物 背景 放射率設定:1 量測背景溫度Tb 量測被測物溫度To 量測參考物溫度Tr 計算放射率= (To-Tb)/(Tr-Tb)*參考放射率

紅外線熱像儀 重要規格 視野FOV ( Field of View) 瞬間視野IFOV ( Instantaneous Field of View) 影像解析度（像素數目）

視野FOV ( Field of View) :視鏡頭的角度而定，如20° X15° （H-水平視野X V-垂直視野）根據目標物的距離，計算出儀器可以看見的表面區域。 瞬間視野IFOV ( Instantaneous Field of View):每一個感測器 ( detector ) 或像素 ( pixel) 可以看見微小物體的能力，其大小決定畫面細緻度與可觀測距離的遠近。 視野FOV：解析度320（H）x240（V）＝76800像素 瞬間視野IFOV (IFOV )

影像解析度（像素數目）: 儀器可以看見的表面區域內所能分析最大的數目，一般市面上最常用的規格為320（H）x240（V），總掃瞄像素達76800以上。 例：視野為20 °（H-水平視野）x15 °（V-垂直視野）的鏡頭，解析度為320（H）x240（V），檢測距離為10公尺時可看見的表面區域大小？瞬間視IFOV？ 20 ° 15 ° 10m X Y

被測物≒IFOV→尚可 被測物＞IFOV→準確 被測物 被測物＜IFOV→不準確 瞬間視野大小（IFOV）

Key Features IFOV (spatial resolution) 5.6 mRad Detector resolution 80x80 (6,400 pixels) Field of view 26 °H x 26 °V Minimum focus distance 46 cm (18 in) Focus system Focus free (fixed focus) Wireless connectivity Fluke Connect™ app compatible with included wireless SD Card1 IR-Fusion® technology IR-Fusion® Picture-in-Picture (AutoBlend™mode available inSmartView® software) Display 3.5 inch diagonal (portrait format) Design Rugged, lightweight, ergonomic design for one-handed use Thermal sensitivity (NETD) ≤ 0.10 °C at 30 °C target temp (100 mK) Temperature measurement range -20 °C to +250 °C (-4 °F to +482 °F) Built-in digital camera (visible light) 2 megapixel industrial performance Frame rate 9 Hz

水平视场角(26 °)=（像间距/镜头焦距）*水平像素数/17.45 垂直视场角(26 °)=（像间距/镜头焦距）*垂直像素数/17.45 Field of view=26 °H x 26 °V Detector resolution= 80x80 26 °= （像间距/镜头焦距）*80/17.45 → IFOV =（像间距/镜头焦距）=26*17.45/80=5.67125 mrad 瞬間視野(IFOV) =像間距{Pixel Size (Array Pitch}/鏡頭焦距（Lens focal length ） 26 °/80=0.325°→2π/360=0.01744rad=17.45mrad 像間距=102 μm 鏡頭焦距= 102 μm/5.67125 mrad=18mm 建議被测目標物尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標物尺寸小於視場，背景幅射能量就會進入測溫儀干擾测温讀數，造成誤差。 460*(26*2 π)/360=208.7cm 120*(26*2 π)/360=54.4cm 26 °H=46*(26*2 π)/360=20.8cm 208.7cm 20.8cm 54.4cm 20.8/80=0.26cm 54.4/80=0.68cm 208.7/80=2.6cm 46cm 120cm 最佳測試距離範圍 460cm 最小目標物尺寸 2.6mm 6.8mm 2.6cm

Industrial-Commercial Focus-free 0.6 m (2 ft) and beyond General Specifications   Industrial-Commercial General use Ti125 Ti110 Ti105 Ti100 Ti95 Ti90 IFOV (spatial resolution)/ distance to spot (D:S) 3.39 mRad 5.6 mRad IR resolution 160 x 120 (19,200 pixels) 80 x 80 (6,400 pixels) 80 x 60 (4,800 pixels) FOV (Field of view) 22.5 °H x 31 °V 26 °H x 26 °V 19.5 °H x 26 °V Wireless connectivity1 Fluke ConnectTM app compatible with included wireless SD card1 LCD display 3.5 inch diagonal (portrait format) Focus mechanism IR-OptiFlex™ focus system Focus-free 1.2 m (4 ft) and beyond Focus-free 0.6 m (2 ft) and beyond IR-Fusion®technology PIP, FULL IR, FULL VISIBLE, AutoBlend™ PIP, FULL IR, FULL VISIBLE PIP (1.2 m (4 ft) to 4.6 m (15 ft)), FULL IR, FULL VISIBLE No, full IR only FULL IR, FULL VISIBLE Visible camera 2 megapixel industrial-grade None - IR Only Capture of refresh rate 9 Hz or 30 Hz versions 9 Hz only NETD (thermal sensitivity) ≤ 0.10 °C at 30 °C target temp (100 mK) Filtered mode to get to 80 mK ≤ 0.10 °C at 30 °C target temp (100 mK) Level and span control Manual and auto Minimum span in auto mode 5 °C Minimum span in manual mode 2.5 °C Standard palettes Blue-Red, Grayscale, Inverted Grayscale, High-contrast, Hot Metal, Ironbow, Amber, Inverted Amber Blue-red, grayscale, inverted grayscale, high-contrast, hot metal, ironbow, amber Blue-Red, Iron-bow, Grayscale, Amber Blue-red, grayscale, high-contrast, hot metal, ironbow, amber Blue-red, grayscale, ironbow

檢測規範---國家標準(CNS 3990) 絕緣電線之種類 絕緣物容許溫度℃ 1.PVC電線 60 金屬閉鎖型配電箱及控制箱之最高容許溫度表 ------------------------------------------------------------------------------------ 絕緣電線之種類 絕緣物容許溫度℃ 1.PVC電線 60 2.RB電線(指天然橡膠之混合絕緣物) 60 3.耐熱PVC電線 75 4.PE電線(PLOYETHYLENE) 75 5.SBR電線(STYRENE BUTADIENE RUBBER) 75 6.人造橡膠電線(BUTYL RUBBER) 80 7.EP橡膠電線(ETHYLENE PROPYLENE RUBBER) 90 8.交連PE電線(CROSSLINKED POLYETHYLENE) 90 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 9.MI(Mineral-insulated) 250 ℃ 金屬閉鎖型配電箱及控制箱(A.C.3.3~36KV) Temperature Limitation of Low Voltage Insulated Wires (中國國家標準 總號 3990 類號 C4130)

輸配線路 跳線、終端、區間 電路之電壓 接近界限距離 22800 V及以下 60 cm 34500 V 70 cm 電路之電壓 接近界限距離 --------------------------------------------------------------------------------- 22800 V及以下 60 cm 34500 V 70 cm 69000 V 80 cm 161000 V 170 cm 345000 V 300 cm (勞工安全衛生設施規則)

電氣維修順序 精確的溫度值視特定元件而定

三相系統之維修順序 隱藏式接頭或接觸

低電壓線路異常 量測溫度 溫度差異，ΔT ΔTPHASE(3相系統) 3℃(5.4℉) TCOMPONENT－TAMBIENT 35℃(63℉) TCOMPONENT 70℃(126℉)

（2）空斷開關、分段開關、斷路器、負載啟斷開關、電力保險絲組、限流熔絲組等 可動及固定接點接觸處 65（90） 導體端子接續處 75 配變電設備接觸處及接續處之最高容許溫度 設 備 名 稱 最高容許溫度（℃） （1）主變壓器、所內變壓器、電容器導線 端子接續處 75（105） （2）空斷開關、分段開關、斷路器、負載啟斷開關、電力保險絲組、限流熔絲組等 可動及固定接點接觸處 65（90） 導體端子接續處 75 （3）變比器 CT 本體 90 （4）裸硬銅線、交連PE電纜（含接頭） （5）全鋁線（含接頭） 80 （6）PVC風雨線（含接頭） 60 註：1.基準周圍溫度40℃為基準，檢測時依實際周溫再校正其溫度值。 2.（）：表示配電盤或開關箱內之高壓設備。

相對溫度比較法： 三相回路同時量測為原則，並以被檢測物最高溫度及參考溫度（通常為三相回路溫度最低者），代入公式計算出相對溫差率（△Tr%），再一下表標準研判。 相對溫差率（△Tr%）=（（最熱點溫度-參考溫度）/參考溫度）╳100% 狀況分類 正常 低度警示 中度警示 異常 設備狀況 相對溫差率 （△Tr%）0%~10% （△Tr%） 10%~50% 50%~100% （△Tr%）100%以上或換算為額定電流之設備熱點修正溫度超過設備最高容許溫度 狀況說明 無明顯過熱現象，且未發現相關缺失 有輕度缺陷，須注意 有中度缺陷，須加強注意 有嚴重缺陷，短期內可能發生故障 處理方式 定期檢測 一、可待工作停電一併進行檢修。 二、未檢修前應每二個月追蹤檢測一次。 一、應於三個月內進行檢修。 二、未檢修前應每半個月追蹤檢測一次。 一、應儘速安排檢修。 二、未檢修前應每週追蹤檢測一次。

案例: 電纜終端接頭： 改善前框內最高溫度分別為42.1、37.1、39.1℃，改善後分別為34.9、32.5、31.3℃ 案例:肘型端頭套管插頭處： 改善前框內最高溫度為74.8℃，改善後為24.9℃