ES2244319B2 - Procedimiento para la certificacion de mantas termicas mediante termografia infrarroja. - Google Patents
Procedimiento para la certificacion de mantas termicas mediante termografia infrarroja.Info
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Abstract
Procedimiento para la certificación de mantas térmicas mediante termografía infrarroja, en el que una manta térmica (1) a certificar se encierra en una bolsa de vacío (3,4,5,5'',8,9,10) dispuesta sobre un soporte (2) y térmicamente aislada del mismo, se realiza el vacío en dicha bolsa y se conecta dicha manta térmica hasta estabilizar su temperatura en un valor predefinido, notablemente superior a la temperatura ambiente, en cuyo momento se registran y se almacenan la mejor o las mejores imágenes de infrarrojos de dicha manta térmica (1) mediante una cámara de infrarrojos (14) situada frente a ella, interrumpiéndose luego la alimentación eléctrica a dicha manta térmica y procesándose las imágenes almacenadas para generar, finalmente, un informe de certificación.
Description
Procedimiento para la certificación de mantas
térmicas mediante termografía infrarroja.
El presente invento se refiere a un procedimiento
y a un sistema para la certificación metrológica de los medios
utilizados, en particular, en la reparación de estructuras que
incorporan materiales compuestos fabricados a base de resinas
orgánicas (epoxi, bismaleimida, etc.) y fibras (de carbono, vidrio,
aramida, etc.) a cuyos medios se hará referencia en adelante como
"mantas térmicas", mediante técnicas de análisis y evaluación
no destructivas, basadas en el tratamiento de imágenes infrarrojas
con selección de banda espectral.
En el tratamiento de piezas o estructuras que
incorporan dichos materiales compuestos, por ejemplo con fines de
reparación, las resinas orgánicas son polimerizadas mediante la
aplicación de calor local; este calor se genera por medio de las
denominadas mantas térmicas, siendo imprescindible garantizar una
uniformidad de temperatura, predefinida, antes de su uso y durante
toda la vida útil de dichas mantas térmicas.
Los inventores no tienen constancia de la
existencia, en este campo, de criterios de certificación
establecidos en relación con los medios de la clase mencionada
utilizados en la fabricación y reparación de piezas y estructuras
fabricadas con materiales compuestos ni, por supuesto, de que se
disponga de la tecnología ligada a los medios de inspección
necesarios para poder llevar a cabo la certificación térmica de
dichos medios.
Únicamente se conoce la existencia de una
normativa para la certificación de las citadas mantas térmicas
utilizadas para reparaciones de piezas y estructuras del tipo antes
mencionado, si bien la tecnología que se utiliza para dicha
certificación es la medición por pirometría óptica de radiación.
Los sistemas de certificación conocidos del tipo
que se acaba de mencionar, basados en mediciones realizadas con
pirómetros ópticos de radiación se basan en la toma manual y
puntual del valor de la temperatura instantánea, evidenciado por un
punto de diámetro (tamaño de blanco) prefijado y a una distancia
focal también definida.
Las mediciones se llevan a cabo manualmente,
reiterándose las mismas, normalmente hasta diez veces, en todos y
cada uno de los puntos que definen una retícula definida sobre la
superficie de la manta a certificar. Estos valores así adquiridos
son tratados ulteriormente, llevándose a cabo los cálculos oportunos
para obtener los parámetros estadísticos (valores medios, desviación
típica, varianza) así como la evaluación de la "incertidumbre de
medición" asociada a los valores obtenidos.
Una vez determinados dichos valores, y comparados
con las tolerancias definidas en los requisitos de certificación,
se toma la decisión sobre la conformidad o no conformidad de la
manta térmica que está siendo objeto de certificación.
Este método pirométrico de certificación de la
técnica anterior se aplica según se define en la normativa interna
de certificación de mantas térmicas y consiste, básicamente, en
los siguientes pasos:
- -
- definición y marcado manual de una retícula adecuada a las dimensiones de la manta a certificar, para definir así el número mínimo de puntos a evaluar,
- -
- preparación de la configuración del ensayo, aplicación del vacío y mantenimiento del mismo mientras dure aquél,
- -
- calentamiento de la manta hasta la temperatura de consigna, típicamente de unos 185ºC, y mantenimiento en esta condición estabilizada durante un tiempo comprendido entre unos 15 y unos 35 minutos o el tiempo necesario para permitir realizar la toma de los datos (valores de temperatura) necesarios,
- -
- medición punto por punto, mediante un pirómetro óptico de radiación calibrado en un rango de temperatura que incluya el valor de la temperatura de consigna, de las temperaturas de la superficie de la manta térmica que durante el uso de la misma está destinada a entrar en contacto con la superficie de la pieza de material compuesto a tratar,
- -
- repetición, en número de veces suficiente, de las medidas tomadas en todos los puntos (típicamente 10 repeticiones por punto), con el fin de conseguir una muestra representativa de valores que permita realizar los cálculos estadísticos oportunos,
- -
- enfriar e interrumpir el vacío,
- -
- determinar los valores de las lecturas corregidas, a partir de los datos del certificado de calibración del pirómetro, y
- -
- realizar los cálculos estadísticos necesarios para determinar si, con los valores obtenidos, puede garantizarse la tolerancia de uniformidad exigida por la normativa aplicable.
Este método pirométrico presenta los siguientes
problemas y limitaciones:
- a)
- incertidumbre de medida muy elevada: el valor de este parámetro es casi del mismo orden de magnitud que la tolerancia de uniformidad de temperatura exigible a las mantas térmicas. Las causas que explican tales valores son la baja precisión del método y que se trata de un método "manual", afectado por muchas magnitudes de influencia que provocan una fuerte variabilidad de las lecturas obtenidas;
- b)
- poca fiabilidad de los valores obtenidos;
- c)
- lentitud extrema en la adquisición de los valores, que se traduce en un gran encarecimiento del coste de la certificación, por lo que no resulta rentable desde el punto de vista industrial; y
- d)
- imposibilidad de obtención de ningún tipo de registro gráfico: los valores de temperatura son adquiridos de forman manual por el técnico que realiza los ensayos.
Por tanto, el objeto del invento es proporcionar
un procedimiento y un sistema para resolver los problemas antes
mencionados mediante el tratamiento de imágenes adquiridas a través
de una cámara de IR (infrarrojos).
El procedimiento de acuerdo con el invento
incluye la calibración, en las condiciones en que se realizan las
mediciones de certificación, y con trazabilidad a la Escala
Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) del
Sistema Internacional de Unidades, de la cámara de IR utilizada como
medio principal de adquisición de imágenes.
Otro objeto del invento es la creación del
software específico para la calibración, caracterización de la
cámara, tratamiento de los datos adquiridos y obtención de informes
de certificación de dichas mantas térmicas.
El procedimiento y el sistema de acuerdo con el
invento resuelven los problemas antes mencionados
- 1)
- disminuyendo notablemente la incertidumbre de medida final, al conseguir:
- a)
- calibrar la cámara de IR en las condiciones de medición reales, incorporando correcciones por las "magnitudes de influencia" que afectan a las mediciones. Además, las medidas obtenidas son "trazables" -en las condiciones de adquisición- a la EIT-90 del S.I. de Unidades, y
- b)
- eliminar la influencia de los operadores en la adquisición de los valores de temperatura;
- 2)
- aumentando la fiabilidad de los valores adquiridos, ya que una vez configurado el ensayo, éste se desarrolla en forma casi automática, sin que sea necesario mover la cámara de IR para adquirir los valores de las "n" celdas de la retícula previamente determinada;
- 3)
- disminuyendo, en forma muy notable, el tiempo necesario para adquirir y tratar las imágenes, que pasa a ser de unos 30 minutos (incluyendo la emisión del correspondiente certificado) en lugar de las 8 horas que es necesario emplear con el método pirométrico de la técnica anterior, en el caso de una misma manta, de tipo medio, De esta forma, resulta posible conseguir la certificación de grandes cantidades de mantas térmicas en un tiempo razonablemente corto;
- 4)
- haciendo posible la obtención de registros gráficos, dado que los valores obtenidos se graban en formato electrónico, en ficheros de datos que, posteriormente, se pueden guardar, por ejemplo en un soporte óptico, así como obtenerse registros gráficos en soporte de papel.
Además, el procedimiento del presente invento y
el sistema para su puesta en práctica ofrecen notables ventajas con
respecto al método pirométrico de la técnica anterior, como son:
- -
- la medición se realiza en forma global, instantánea y con una resolución espacial muy elevada,
- -
- no evidencia interferencias con la medición,
- -
- permite realizar un estudio temporal de las medidas,
- -
- el comportamiento del sistema es observable a gran escala y con alto nivel de detalle,
- -
- es posible utilizar técnicas de tratamiento digital de la imagen,
- -
- se pueden utilizar paletas de colores, lo que permite una interpretación rápida y sencilla de los resultados obtenidos, y
- -
- utiliza un software de diseño específico con el fin de permitir la adquisición y el tratamiento de proceso de certificación.
En lo que sigue se describirá el objeto de este
invento haciendo referencia para ello a los dibujos adjuntos, en
los que, en todas las figuras se han utilizado los mismos números
de referencia para designar componentes similares, y en los que se
representa, a modo de ejemplo, un modo de ejecución actualmente
preferido del procedimiento de acuerdo con el presente invento. En
los dibujos:
la Fig. 1 es una representación esquemática en
sección de la disposición de los elementos que se emplean en la
preparación de una manta térmica para su certificación por el
procedimiento de acuerdo con el invento, habiéndose ilustrado
dichos elementos en relación de separados para una mejor comprensión
del dibujo;
la Fig. 2 es una vista en planta diagramática del
conjunto de la Fig. 1 en condición montada;
las Figs. 3a-3c son vistas
esquemáticas, en perspectiva, de la disposición de los elementos del
conjunto de la Fig. 1 en diversas etapas de la fase de preparación
de una manta térmica;
la Fig. 4 es un esquema que ilustra la
disposición relativa del conjunto de la Fig. 1 y la cámara de
infrarrojos utilizada en el procedimiento del invento;
Haciendo referencia ahora a los dibujos y, en
particular, a las Figs. 1 y 2 de los mismos, se describirá en primer
lugar cómo se prepara la manta térmica 1 para someterla al
procedimiento de certificación termográfica de acuerdo con el
presente invento.
Sobre una mesa o soporte 2 de material
térmicamente aislante, por ejemplo de madera, se coloca una
estructura laminada de fibra de carbono polimerizada y, sobre ésta,
una lámina tejida de base de fibra de vidrio 3 que, en este caso se
ha representado cuadrada pero que puede adoptar cualquier otra
forma que se adapte mejor al tipo de manta térmica a certificar.
Directamente sobre dicha lámina 3 se dispone una capa de
aislamiento 4 de, por ejemplo, caucho y, sobre ésta, una lámina
delgada de fibra de vidrio 5.
Sobre este apilamiento se coloca directamente la
manta 1 con su cara de utilización hacia arriba. De un lado de
dicha manta 1 sobresalen los correspondientes conductores de
alimentación 6.
Sobre dicha manta de coloca un termopar de
referencia 7, fijándose tanto dicha manta 1 por sus bordes como
dicho termopar 7 sobre la manta 1 mediante, por ejemplo, cinta
adhesiva 13 capaz de soportar altas temperaturas (véanse las Figs.
3a-3c).
Por último, se dispone sobre la manta térmica 1 y
el termopar 7 así montados una lámina adicional 5' de fibra de
vidrio, similar a la lámina 5 antes mencionada y, finalmente, se
cubre el conjunto (véase la Fig. 3a) con una lámina de plástico de
alta temperatura 8 para bolsas de vacío que está provista, en un
lugar adecuado de la misma, de una válvula de vacío 9 que, en la
condición terminada del conjunto, descansa sobre un cojín 10 de
fibra de vidrio interpuesto entre el pié de dicha válvula 9 y la
capa de material subyacente. La siguiente operación que se lleva a
cabo para preparar dicha manta térmica 1 es la de recortar los
márgenes sobrantes de dicha lámina 8 de plástico de manera que sus
bordes queden enrasados con los bordes de dicha lámina de base 3
(véase la Fig. 3b).
Sería posible, igualmente, que dicha lámina de
plástico 8 estuviese dotada de una válvula adicional (no mostrada)
para conexión de un vacuómetro.
Para terminar la configuración de la manta
térmica 1 para su certificación, debe definirse una bolsa de vacío
uniendo, en relación de obturación, la periferia de la lámina de
plástico 8 a la placa de base 3 de fibra de carbono. Esto se
realiza mediante la aplicación, en forma conocida, de una cinta 11
de masilla por todo el contorno del conjunto (véase la Fig. 3c),
prestando especial atención a la aplicación de la masilla en las
zonas 6', 12', respectivamente, de salida de los conductores de
alimentación 6 para la manta térmica 1 y de salida del conductor 12
del termopar 7, de manera que se consiga una hermeticidad absoluta
(véase la Fig. 3c).
Haciendo referencia ahora a la Fig. 4, en ella se
ilustra diagramáticamente, a modo de ejemplo, una disposición
espacial del soporte 2 para el conjunto de manta térmica 1 preparada
para su certificación y de la cámara de IR 14 con la que se
realizará la lectura termográfica de dicha manta térmica.
La estructura que alberga la manta térmica 1 en
su interior puede disponerse en posición horizontal, sobre dicho
soporte térmicamente aislante 2 pero, alternativamente, también es
posible disponerla, 2', de manera que forme con la horizontal un
cierto ángulo \theta_{base}, de preferencia inferior a 40º, con
vistas a flexibilizar el procedimiento de medida.
En cualquier caso, las posiciones espaciales
relativas de la cámara de IR 14 y de la estructura de bolsa de
vacío deben ser tales que la manta térmica 1 quede centrada y ocupe
la mayor parte de la imagen. Naturalmente, para conseguir esto
existe la posibilidad de regular la posición de ambos elementos pero
manteniendo siempre el eje geométrico de la cámara 14,
preferiblemente, perpendicular al plano de la manta térmica 1 con
el fin de evitar distorsiones de la imagen.
En dicha Fig. 4, se puede ver que
\theta_{base} es el ángulo que formará la manta térmica 1
dispuesta, 2', sobre dicha base aislante con la horizontal y
\theta_{cámara} es el ángulo de inclinación de la cámara 14.
Para conseguir una imagen sin distorsión debe cumplirse que el
ángulo lateral de observación sea de 0º y que \theta_{base} +
\theta_{cámara} = 90º.
En este punto, con la manta térmica dispuesta en
cualquiera de las dos posiciones (horizontal o inclinada), se
inicia el ciclo de medida que ha de utilizarse para la certificación
y que, típicamente, comprende:
a) una primera fase de calentamiento, que
denominaremos segmento 1, con una duración de, por ejemplo, unos 40
minutos;
b) una segunda fase de estabilización de la
temperatura, denominada segmento 2, cuya duración máxima será de
unos 120 minutos, típicamente de unos 20 a unos 30 minutos, y
c) una tercera y última fase de enfriamiento,
denominada segmento 3, con una duración de unos 30 minutos. La
temperatura de consigna en este ciclo es de unos 175ºC, admitiéndose
otras temperaturas de consigna en función de la temperatura de
polimerización de la resina que ha de curarse con la manta
térmica.
En primer lugar, se conecta una fuente de vacío
(no mostrada) a la válvula de vacío 9, con lo que se consigue el
vacío en el conjunto antes descrito que contiene la manta a
certificar. Luego, se conecta la alimentación eléctrica a la manta
térmica 1, se espera a que la temperatura en su superficie sea
notablemente superior a la temperatura ambiente, por ejemplo
durante unos 30 minutos. En estas condiciones la manta térmica
ofrecerá una clara imagen IR que facilitará el posicionamiento y el
enfoque de la cámara de IR 14.
La cámara de IR 14 se monta frente a la manta
térmica 1 ya preparada, a una distancia tal que sea posible
conseguir un encuadre óptimo de toda la superficie de la misma
(entre 1,5 y 3 metros). Dicha cámara 14 lleva incorporado en su
lente un filtro óptico estrecho (longitud de onda central en torno a
unos 4 \mum). Por su parte, la salida de vídeo analógica de la
cámara 14 se conecta a un monitor de visualización adecuado (no
ilustrado), para permitir la observación en tiempo real del
escenario en IR, y la salida de vídeo digital de la misma se
conecta con la tarjeta de adquisición de imágenes del ordenador de
control, adquisición y procesado de las mismas (no mostrado).
Finalmente, se conecta la cámara de IR 14 a una fuente de
alimentación específica.
El control de la cámara 14 puede realizarse a
partir de un cuadro de control externo o mediante un ordenador,
merced a las conexiones adecuadas con cada uno de ellos.
Con el equipo así dispuesto, es posible modificar
el ángulo lateral y el de inclinación de la cámara de IR 14 para
obtener una imagen en la que la manta térmica 1 aparezca centrada y
ocupando la mayor parte de la imagen. Debe ponerse cuidado, como se
ha mencionado en lo que antecede, en conseguir que la observación se
realice en dirección sustancialmente perpendicular respecto al plano
de la manta.
Los últimos ajustes de enfoque, posición e
inclinación de la cámara 14 para obtener una imagen adecuada de la
manta térmica 1 se realizan en tanto se alcanza el segmento 2 del
ciclo de medida que se está realizando, es decir, se llega al
inicio de la fase de estabilización de la temperatura.
Por otra parte, se prepara el sistema de
adquisición configurando adecuadamente la tarjeta de adquisición de
imágenes incorporada en el ordenador de control y, por último, se
inicia la ejecución del software específico THERMOS 2.0, para la
certificación de mantas térmicas, que desarrolla las siguientes
fases operativas.
- 1)
- fase de configuración: se comprueba que la configuración establecida es la adecuada para el desarrollo de la certificación y se realizan los cambios oportunos. Entre otros parámetros, deben definirse el número de imágenes que se desea capturar en la fase de adquisición, la separación temporal entre éstas, si la adquisición se realizará en forma automática o manual y, también, se define un valor de umbral de la diferencia de temperaturas máxima y mínima;
- 2)
- fase de adquisición: se seguirán las indicaciones ofrecidas por el programa de certificación, facilitándose un identificador de la manta térmica con el fin de generar un área específica para el almacenamiento de los datos relacionados con la certificación en curso. Además, deberá definirse un rectángulo delimitador de la manta térmica sobre la imagen ofrecida por la cámara de IR 14, especificándose las dimensiones de dicha manta. Una vez terminada la captura de imágenes, el ordenador almacenará la secuencia de imágenes capturadas y generará y guardará una imagen promedio de dicha secuencia;
- 3)
- fase de enfriamiento o segmento 3 antes citado; y
- 4)
- fase de procesado.
Una vez completado este ciclo de medición, se
procede al apagado del equipo de medición, incluida la cámara 14 de
IR.
La siguiente etapa del procedimiento de acuerdo
con el invento es la de generación del informe de
certificación.
Para ello, y trabajando siempre con el software
desarrollado al efecto, se diseña en primer lugar una retícula de
análisis termométrico sobre la imagen promedio generada en la fase
de adquisición antes descrita. Dicho diseño comprende tres pasos:
selección del punto de inicio de la retícula; selección del tamaño
de la celda básica de la retícula, y selección del número de celdas
en horizontal y en vertical.
A partir de esta selección, el software
determinará los valores extremos de las celdas (temperaturas máxima
y mínima). Si la diferencia de temperatura entre estas celdas
extremas es inferior al umbral previamente definido en la fase de
configuración (MDTR = Máxima diferencia de temperatura para
rechazo), el software recomendará la aceptación de la manta térmica.
En caso contrario, se pasará a una fase de acotación, consistente en
la marcación de las células de la retícula que quedan dentro de un
rango de temperaturas, simétrico o asimétrico en torno a la
temperatura media de la manta térmica (temperatura media de toda la
retícula de análisis).
En cualquier caso, el software genera finalmente
un informe de certificación que incorpora las imágenes procesadas en
un formato estándar de imagen.
El último paso del procedimiento del presente
invento es el denominado segmento 3 o fase de enfriamiento, al
término del cual se desconecta la fuente de vacío de la válvula 9,
se desconecta la alimentación 6 de la manta térmica 1 y del
termopar 7 de referencia, desconectándose por fin la cámara 14 de
IR, con lo que se da por terminado el procedimiento de
certificación de la manta térmica.
Por supuesto, antes de iniciar un procedimiento
de certificación o en momentos deseados, debe procederse a la
calibración en emisividad del equipo utilizado (la cámara de IR
14). Para ello se cuenta con dos modos de calibración alternativos:
mediante una manta de calibración o mediante un cuerpo gris de
calibración.
En el primer modo se prepara la manta de
calibración en forma parecida a la preparación que se realiza para
llevar a cabo el proceso de certificación de la manta, es decir, se
dispone una base, un cojín de caucho como aislamiento, una capa de
fibra de vidrio, una manta térmica con un tamaño aproximado de 30 x
30 cm, un termopar de referencia cerca de uno de los bordes de la
manta y sin que se encuentre en el centro de la misma, Estos
elementos se aseguran en posición mediante cinta adhesiva para alta
temperatura.
Sobre el centro de la manta térmica de coloca
entonces una lámina plana de cobre o de aluminio anodizado (con
vistas a conseguir una alta emisividad) con un grosor de entre 1 y
2 mm, con unas dimensiones de, aproximadamente, (7 x 7) cm. Dicha
lámina se asegura, también, mediante cinta adhesiva para alta
temperatura y su propósito es corregir la falta de homogeneidad en
temperatura que presenta la manta térmica debido a su estructura
interna de filamentos arrollados.
La configuración de esta manta térmica de
calibración se remata con una nueva lámina de fibra de vidrio y una
lámina de plástico de vacío, al igual que en la realización
preferida anteriormente descrita. De igual manera, la estructura se
encierra adhiriendo la lámina de plástico situada como lámina de
cubierta a los bordes de dicha base mediante la masilla
correspondiente.
Este conjunto de vacío de manta de calibración se
dispone horizontalmente, junto con una estructura térmicamente
aislante que la eleve unos 10 cm por encima del soporte elegido.
Se conecta el termopar de referencia al equipo de
medición, se aplica vacío a la manta de calibración y se lanza el
ciclo de medida programado que se pretende utilizar para la
calibración en emisividad.
En el modo de calibración mediante cuerpo gris,
debe disponerse de un cuerpo gris regulable en temperatura (entre
(25º-30º)C y 200ºC como mínimo). Para la preparación de este cuerpo
gris de cara a la calibración en emisividad de la cámara de IR, se
procede de la siguiente forma:
- -
- si el cuerpo de calibración no dispone de una regulación de temperatura muy precisa,
- sobre la cara radiante de mayor emisividad se dispone un termopar hacia la mitad del espacio comprendido entre el centro de la cara y su borde inferior; se asegura un buen contacto del termopar con la cara radiante mediante cinta adhesiva para alta temperatura;
- se conecta el polo negativo de dicho termopar al polo negativo de otro termopar del mismo tipo, sumergiéndose este último en un baño de hielo (0ºC) con el fin de efectuar la corrección de la unión fría. Los polos positivos de ambos termopares de conectan con un medidor para la medición de temperaturas con el tipo de termopar utilizado;
- con un "cero eléctrico" para la corrección de la unión fría con el tipo de termopar utilizado, se lleva el polo negativo del termopar de medida al terminal correspondiente del "cero eléctrico", se conectan el polo positivo del termopar de medida y el polo positivo del cero eléctrico a un medidor preparado para medir temperaturas con el tipo de termopar utilizado,
- -
- sobre la misma cara radiante se dispone una capa de fibra de vidrio procurando que, en la medida de lo posible, no queden bolsas de aire;
- -
- esta capa de fibra de vidrio se asegura con cinta adhesiva para alta temperatura y, finalmente;
- -
- sobre la capa de fibra de vidrio se dispone una lámina de plástico de vacío procurando también, en este caso, que no queden bolsas de aire;
- -
- esta lámina de plástico de vacío se asegura mediante cinta adhesiva de alta temperatura y, finalmente,
- -
- se dispone el cuerpo de calibración en una base de trabajo a una altura adecuada para que pueda ser encuadrado y enfocado con la cámara de IR, se enciende dicho cuerpo gris de calibración y su temperatura se fija a un valor de consigna relativamente bajo (50º-60º)C.
En cuanto a la preparación de la cámara de IR
para realizar las lecturas de calibración, es similar a la
preparación que se lleva a cabo en la realización preferida,
anteriormente descrita, del procedimiento de certificación de la
manta térmica. Igualmente ocurre con la preparación del sistema de
adquisición.
En lo que respecta al procedimiento de
calibración, éste se realizará para varias temperaturas (T_{1},
T_{2},..., T_{n}).
En caso de que el procedimiento de calibración se
lleve a cabo mediante una manta térmica de calibración, los pasos
seguidos son los mismos que para realizar la certificación de uno
de estos objetos, salvo que cuando se encuentra el procedimiento en
el segmento 1 del ciclo de medida (fase de calentamiento) y la manta
alcance la primera temperatura de medida, T_{1} el ciclo se
detiene durante un cierto tiempo, en el transcurso del cual la
temperatura de consigna de la manta será T_{1}, de modo que el
equipo se regulará para mantener la manta a dicha temperatura.
En cambio, si la calibración se realiza mediante
un cuerpo gris de calibración, se ajusta la temperatura de consigna
del cuerpo gris a la primera temperatura (T_{1}) de medida y se
espera a que el cuerpo de calibración llegue a dicho valor y quede
estabilizado en él. Si la precisión de la regulación de la
temperatura del cuerpo de calibración no es fiable, la medida de su
temperatura se realizará por medio de dicho termopar de medida.
A partir de este momento, tanto si se utiliza una
manta térmica como un cuerpo gris para la calibración, los pasos a
seguir son:
- registrar la temperatura que marque el termopar
de referencia (cualquiera que sea el cuerpo de calibración
empleado);
- disponer un pirómetro óptico formando un ángulo
de 90º con respecto al cuerpo de calibración, enfocando sobre el
centro de la lámina anodizada y a una distancia de unos 50 mm de la
misma;
- ajustar el parámetro de emisividad del
pirómetro óptico hasta que la lectura de temperatura que se obtenga
con éste sea igual a la temperatura medida con el termopar de
referencia;
- registrar el valor de emisividad obtenido:
emisividad equivalente del pirómetro óptico a la temperatura de
referencia T_{1};
- retirar el pirómetro óptico del cuerpo de
calibración;
- mediante el software de certificación adquirir
una imagen de IR del cuerpo de calibración;
- en el módulo de procesado genérico de dicho
software, "mediciones sobre imagen", se fijan los parámetros
de ganancia y desplazamiento adecuados a la calibración de la cámara
de IR dotada de un filtro óptico estrecho, se mide la temperatura
en el centro de la lámina anodizada y se ajusta el parámetro de
emisividad hasta que la medida de temperatura obtenida sea igual a
la temperatura medida con el termopar de referencia y con el
pirómetro óptico;
- registrar el valor de emisividad obtenido:
emisividad equivalente de la cámara IR a la temperatura de
referencia T_{1};
- llevar el objeto de calibración, es decir, la
manta o el cuerpo gris a la segunda temperatura de medida, T_{2},
y estabilizarlo en ella, repitiéndose los pasos anteriores
ejecutados para la temperatura T_{1} con el fin de obtener los
siguientes parámetros de emisividad equivalente del pirómetro
óptico y de la cámara de IR a la temperatura de referencia
T_{2};
- repetir estas operaciones para las restantes
temperaturas de referencia T_{3},..., T_{n}.
- crear una tabla de 5 columnas por n filas, en
la que:
- la columna 1 recoge las temperaturas de medida del cuerpo de calibración,
- la columna 2 recoge las emisividades equivalentes del pirómetro óptico para las temperaturas correspondientes de la columna 1,
- la columna 3 contiene las temperaturas medidas con el pirómetro óptico y con las emisividades correspondientes de la columna 2,
- la columna 4 recoge las emisividades equivalentes de la cámara de IR para las temperaturas correspondientes de la columna 1, y
- la columna 5 contiene las temperaturas medidas con la cámara de IR y con las emisividades correspondientes de la columna 4.
Entonces, en función de los valores de emisividad
obtenidos, pueden considerarse varios rangos de temperatura y, para
cada uno de ellos, se determina la emisividad promedio. Con este
valor de emisividad promedio y con los valores de los parámetros de
ganancia y desplazamiento adecuados a la calibración de la cámara de
IR dotada del filtro óptico estrecho, se miden las temperaturas
sobre las imágenes asociadas al rango de temperaturas considerado
(supongamos que sean m imágenes). Se forma entonces una tabla de m
valores mediante la que se evalúe el error existente entre la medida
de la pirometría y la medida de la termografía obtenidas.
A partir de dichos valores de error se puede
obtener el error promedio que, junto con el resto de valores de
emisividad, ganancia y desplazamiento, la citada tabla de errores,
la tabla de resultados de emisividad y temperaturas, condiciones
ambientales, tipo de cuerpo de calibración, instrumentos de medida,
etc. configuran el informe de calibración en emisividad
deseado.
Aunque el método de acuerdo con este invento se
ha mostrado y descrito en relación con una ejecución preferida del
mismo, se comprenderá que el invento no está limitado a dicha
descripción específica y que es posible llevar a cabo en él
diferentes cambios y modificaciones, sin apartarse por ello del
alcance del invento como queda establecido en las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (5)
1. Procedimiento para la certificación de mantas
térmicas mediante termografía infrarroja, que comprende las
operaciones de:
a) preparar una manta térmica (1) a certificar
confinándola en una bolsa de vacío (3, 4, 5, 5', 8, 9, 10)
dispuesta sobre un soporte (2) sustancialmente horizontal y
térmicamente aislada respecto de dicho soporte (2);
b) disponer, en contacto directo con dicha manta
térmica (1), un termopar de referencia (7);
c) realizar el vacío en dicha bolsa de vacío
(3,4,5,5', 8,9,10);
d) disponer una cámara de IR (14) frente a la
citada manta térmica (1) de forma que el eje geométrico del
objetivo de dicha cámara (14) forme un ángulo de, sustancialmente,
90º con el plano de dicha manta térmica (1);
e) conectar la alimentación de corriente a dicha
manta térmica (1) durante un primer período de tiempo (de
calentamiento) hasta que la temperatura de la superficie de dicha
manta térmica (1) sea notablemente superior a la temperatura
ambiente;
f) mantener conectada dicha alimentación de
corriente durante un segundo período de tiempo (de estabilización
de la temperatura);
g) registrar la mejor o las mejores imágenes de
IR de dicha manta térmica (1) en funcionamiento mediante dicha
cámara de IR (14) dispuesta frente a la citada manta térmica;
h) almacenar la imagen o la secuencia de imágenes
registradas;
i) interrumpir la alimentación eléctrica a dicha
manta térmica (1) y dejar que se enfríe (período de enfriamiento);
y
j) procesar las imágenes almacenadas y generar un
informe de certificación.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1, en el que dicha cámara de IR (14) lleva acoplado a su objetivo
un filtro óptico estrecho.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1 o la reivindicación 2, en el que dicho soporte (2)
sustancialmente horizontal es un soporte térmicamente aislante.
4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que dicho soporte (2) de la
manta térmica forma con la horizontal un ángulo (\theta_{base})
de, como máximo, 40º.
5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1, en el que dicha operación j) comprende los pasos de:
i) generar y almacenar una imagen promedio de
dicha secuencia de imágenes adquiridas en la operación h),
ii) diseñar una retícula de análisis termométrico
sobre dicha imagen promedio así generada,
iii) determinar los valores extremos
(temperaturas máxima y mínima) de las celdas de dicha retícula para
obtener una diferencia de temperatura entre dichas celdas extremas,
y
iv) comparar la diferencia de temperatura así
obtenida con un umbral previamente definido, para aceptar o
rechazar dicha manta térmica dependiendo de si dicha diferencia de
temperatura es inferior o superior, respectivamente, a dicho
umbral.
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