VDI 2878 Blatt 4-2016 Application of thermography to maintenance diagnostics - Equipment technology.pdf

1、ICS 03.080.10, 17.200.10 VDI-RICHTLINIEN Mai 2016 May 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Anwendung der Thermografie zur Diagnose in der Instandhaltung Gertetechnik Application of thermography to maintenance diagnostics Equipment technology VDI 2878 Blatt 4 / Part 4 Ausg. deutsch/englisch Issue German/

2、English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL) Fachbereich Fabrikplanung und -betrieb VDI-Handbuch

3、Fabrikplanung und -betrieb, Band 1: Betriebsberwachung/Instandhaltung VDI-Handbuch Elektrotechnik und Gebudeautomation VDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 3: Betriebsmittel VDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 3: Verfgbarkeit/Schadensanalyse Verviel

4、fltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:06.13Entwurf, deutschFormeredition:06/13Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,

5、Dsseldorf2016Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Begriffe 3 3 Baugruppen von Thermografiegerten . 5 3.1 Grundprinzip 5 3.2 Beschreibung des Thermografiegerts . 7 3.3 Beschreibung der Temperaturberechnung . 8 3.4 Beschreibung von Infrarotdetektoren . 1

6、0 3.5 Software . 11 4 Kriterien fr die Auswahl von Thermografiegerten 14 4.1 Minimalanforderungen an Thermografiegerte 14 4.2 Spezifische Auswahlkriterien 18 5 Messunsicherheit 21 5.1 Emissionsgrad 21 5.2 Dmpfung der Infrarotstrahlung durch die Atmosphre 24 5.3 Strstrahlungseinflsse 26 6 Kalibrierun

7、g und Verifizierung . 26 6.1 Kalibrierung . 26 6.2 Verifizierung von Thermografiegerten. 28 Anhang Bezugsquellen fr schwarze Lacke (Beispiele) . 31 Schrifttum 31 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Terms and definitions 3 3 Thermographic device subassemblies . 5 3.1 Basic principle . 5

8、 3.2 Description of thermographic device . 7 3.3 Description of temperature calculation 8 3.4 Description of IR detectors 10 3.5 Software . 11 4 Criteria for the selection of thermographic devices 14 4.1 Minimum requirements for thermographic devices . 14 4.2 Specific selection criteria . 18 5 Measu

9、rement uncertainty 21 5.1 Emissivity 21 5.2 Attenuation of the infrared radiation by the atmosphere 24 5.3 Radiation influences 26 6 Calibration and verification . 26 6.1 Calibration . 26 6.2 Verification of thermographic devices . 28 Annex Sources for black coatings (examples) . 31 Bibliography 31

10、B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06 2 VDI 2878 Blatt 4 / Part 4 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unte

11、r Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts

12、 und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance wi

13、th the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infring

14、ement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Der Inhalt dieser Richtlinie zum Einsatz der Ther-mografie in der Instandhaltung ist

15、entstanden in einer Zusammenarbeit von Fachleuten aus Wissen-schaft, Industrie, Versicherungswirtschaft und f-fentlichen Krperschaften. Die einzelnen Bltter der Richtlinie beschreiben den Stand der Technik der Thermografie als Diagnoseverfahren in der Instand-haltung und den Stand der Technik und Wi

16、ssen-schaft hierzu in der Bundesrepublik Deutschland. Sie dienen als Orientierung fr die Durchfhrung thermografischer Messungen und als Entschei-dungshilfe fr die Anwendung in verschiedenen Anwendungsfeldern der Instandhaltung. Um den unterschiedlichen Anwendungs- und Ein-satzfeldern der Thermografi

17、e in der industriellen Praxis gerecht zu werden, wird die Richtlinie in mehrere Bltter mit unterschiedlichen Themenge-bieten sowie Detaillierungs- und Spezialisierungs-grade unterteilt. Die folgenden Themenschwer-punkte werden in der Richtlinienreihe VDI 2878 behandelt: Blatt 1 Allgemeine Anforderun

18、gen sowie Hinwei-se fr Entscheidungstrger und Verant-wortliche Blatt 2 Elektroanlagen Blatt 3 Maschinen und Anlagen Blatt 4 Gertetechnik Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2878. Introduction This standard regarding the applicati

19、on of thermog-raphy to maintenance is the result of the coopera-tion between experts from science, industry, insur-ance and public bodies. The individual parts of this standard describe the state of the art of thermogra-phy to maintenance diagnostics and the state of science and technology in the Fe

20、deral Republic of Germany. They serve as a guideline for the imple-mentation of thermographic measurements and as a decision support regarding the application in differ-ent application fields in maintenance. In order to do justice to the different fields of ap-plication of thermography in the indust

21、rial practice, this standard is separated into several parts with different topics and different levels of detail and specialisation. The following thematic focuses are dealt with in the series of standards VDI 2878: Part 1 General requirements and information for decision makers and managers Part 2

22、 Electrical systems Part 3 Machine and plant technology Part 4 Equipment technology A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/2878. 1 Anwendungsbereich Die Richtlinie soll den Anwendern Hinweise geben und gegebenenfalls auch in die L

23、age versetzen, ein geeignetes Thermografiemesssystem zu definieren. Bezogen auf die individuellen Messsituationen sind 1 Scope This standard is intended to provide information to its readers and if possible also help them define a suitable thermography measurement system. With regard to the individu

24、al measuring situations, B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 2878 Blatt 4 / Part 4 3 Leistungsmerkmale herauszuarbeiten, mit d

25、enen durchzufhrende Messaufgaben unter Bercksich-tigung der Randbedingungen ausgefhrt werden knnen. Die Beschreibung der Hinweise orientiert sich hierbei nicht an denen am Markt gerade verfgba-ren thermografischen oder messtechnischen Syste-men, sondern an der Messaufgabe selbst. Das heit, die Messa

26、ufgabe bestimmt letztlich die erforderli-che und notwendige Leistungsfhigkeit der einzu-setzenden Messtechnik und die einzusetzenden Messgerte. Es werden Grundlagen und Methoden zur Abschtzung von Messfehlern und darber hinaus zur Bewertung und zum Bericht der Mess-ergebnisse gegeben, basierend auf

27、der verwendeten Gertetechnik. performance features should be identified which enable the implementation of measuring tasks by taking into consideration the boundary conditions. The description of the information does not follow the thermographic systems or measuring systems that are currently availa

28、ble on the market, but it refers to the measuring task itself. This means that ultimately, the measuring task defines the required and necessary performance of the measurement technique and the measuring devices that are to be applied. Fundamentals and methods are given to estimate measuring errors

29、and to evaluate and re-port the measurement results, based on the applied device technology. 2 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: Bildwiederholrate Anzahl der mit voller Auflsung aufgenommenen Bilder je Sekunde Anmerkung: Fr Thermografiegerte mit thermischem M

30、at-rixdetektor wird die Bildwiederholrate hufig von der Zeitkon-stante des Detektors limitiert, fr Mikrobolometer-Detektoren z. B. auf Werte 0,9) bestimmt werden. Der Gesamttransmissionsgrad ist gleich dem Pro-dukt der einzelnen Transmissionsgrade: 22CO H O Verunreinigungen = (6) air pollution, e.g.

31、 industrial dust, soot, ash (size of the particles: 0,01 m to 20 m) Table 4. Transmittance 2CO for CO2 of a measur-ing distance of d0 = 100 m for the atmospheric win-dows that are used in thermography 1 Atmospheric window 2CO 3 m to 5 m 0,91 8 m to 14 m 0,99 Table 5. Transmittance 2HO for H2O of a m

32、easur-ing distance of d0 = 100 m in the atmospheric win-dow 3 m to 5 m as a function of the air tempera-ture t and the relative humidity rH 1 t in C rH in % 2HO rH in % 2HO rH in % 2HO 10 20 0,98 50 0,97 80 0,96 0 0,97 0,95 0,93 10 0,95 0,93 0,91 20 0,94 0,90 0,87 30 0,92 0,87 0,84 Table 6. Transmit

33、tance 2HO for H2O of a measur-ing distance of d0 = 100 m in the atmospheric win-dow 8 m to 14 m as a function of the air temper-ature t and the relative humidity rH 1 t in C rH in % 2HO rH in % 2HO rH in % 2HO 10 20 1,00 50 1,00 80 1,00 0 1,00 1,00 0,99 10 1,00 0,99 0,99 20 0,99 0,99 0,98 30 0,99 0,

34、98 0,96 Since the attenuation depends on the concentration as well as on the size of the dispersed particles and since these parameters vary greatly, it is impossible to make any generally valid statements regarding the transmittance. Therefore, in each individual case the transmittance has to be de

35、termined by means of a reference radiator with a constant tem-perature and known emissivity ( 0,9). The total transmittance is equal to the product of the individual transmittances: 22CO H O Verunreinigungen = (6) B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2D

36、EE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06 26 VDI 2878 Blatt 4 / Part 4 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 5.3 Strstrahlungseinflsse Die auf den Detektor des Thermografiegerts tref-fende Strahlungsleistung setzt sich (fr nicht trans-parente Objekte) zus

37、ammen aus der jeweils vom Objekt emittierten und reflektierten Strahlungsleis-tung (Abschnitt 3.1). Fr eine genaue Messung und die daran anschlieende Bewertung des Thermo-gramms im Rahmen der gestellten Messaufgabe muss der Einfluss der reflektierten Strahlungsleis-tung (Strstrahlung) bercksichtigt

38、werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich in der Umge-bung Einrichtungen mit groen Temperaturdiffe-renzen in Bezug auf das Prfobjekt bei gleichzeiti-gem niedrigen Emissionsgrad des Prfobjekts befinden (siehe VDI/VDE 3511 Blatt 4, Ab-schnitt 4.3, und VDI/VDE 2878 Blatt 2, Ab-schnitt 3.1.10). Ein

39、e Korrektur der Messergebnisse kann bei bekannter Temperaturverteilung und Ab-strahleigenschaften der Umgebung (siehe VDI/VDE 3511 Blatt 4, Abschnitt 4.1.4) durchge-fhrt werden. Dies geschieht in der Praxis durch die Einstellung des Parameters reflektierte Strah-lungstemperatur der Umgebung“ am Ther

40、mogra-fiegert. Zustzlich knnen, um den Strstrah-lungseinfluss zu minimieren, folgende Manahmen getroffen werden: Entfernung der Strstrahlungsquelle ndern des Betrachtungswinkels Maskieren/Abdecken der Strstrahlung Anmerkung: Signifikante Strstrahlungsquellen lassen sich lokalisieren, indem die Beoba

41、chtungsrichtung des Thermogra-fiegerts relativ zum Prfgegenstand gendert wird. Eine Lagenderung der vermuteten Strstrahlungsquelle innerhalb des Thermogramms zeigt dessen Existenz an. 5.3 Radiation influences The radiant flux that hits the detector of the ther-mographic device consists (for non-tran

42、sparent objects) of the emitted and the reflected radiant flux of the object (Section 3.1). For a more accurate measurement and the subsequent evaluation of the thermogram within the given measuring task, the influence of the reflected radiant flux (radiation) has to be considered. This is valid in

43、particular in case there are nearby-installations with great tem-perature differences regarding the test object and in case the test object also has a low emissivity (see VDI/VDE 3511 Part 4, Section 4.3, and VDI/ VDE 2878 Part 2, Section 3.1.10). A correction of the measuring result can be carried

44、out in case the temperature distribution and the radiation proper-ties of the environment are known (see VDI/ VDE 3511 Part 4, Section 4.1.4). In practice, the parameter “reflected radiation temperature of the environment” has to be set on the thermographic device. In addition, the following measure

45、s can be taken in order to minimise the radiation influence: removing the radiation source changing the viewing angle masking/covering the radiation Note: Significant radiation sources can be localised by chang-ing the direction of observation relative to the test object. A change in position of the

46、 presumed radiation source within the thermogram shows its existence. 6 Kalibrierung und Verifizierung 6.1 Kalibrierung Thermografiegerte, die zur quantitativen Messung von Oberflchentemperaturen oder der rtlichen Verteilung von Oberflchentemperaturen eingesetzt werden, mssen als Prf-/Messmittel gem

47、 den Anforderungen nach DIN EN ISO 9001 und DIN EN ISO/IEC 17025 vor ihrer Inbetriebnahme und in regelmigen Zeitabstnden bezglich ihrer Temperaturanzeige kalibriert werden. Die Kalibrie-rung gewhrleistet die Rckfhrbarkeit der Tempe-raturmessung auf die internationale Temperaturska-la von 1990 (ITS-9

48、0) und damit reproduzierbare und weltweit vergleichbare Temperaturmessungen. Fr die Kalibrierung von Thermografiegerten gibt es im Gegensatz zu den Richtlinien fr die Kali-brierung von punktfrmig messenden Strahlungs-thermometern (VDI/VDE 3511 Blatt 4.4) zurzeit 6 Calibration and verification 6.1 Ca

49、libration Thermographic devices that are used for the quanti-tative measurement of surface temperatures or the local distribution of surface temperatures have to be calibrated according to DIN EN ISO 9001 and DIN EN ISO/IEC 17025 regarding their tempera-ture display before their commissioning and in regular intervals in case they are used as test/ measuring device. The calibration guarantees the traceability o