Meranie teploty je jedným z najrozšírenejších fyzikálnych meraní. Teplotu môžeme merať dotykovým spôsobom, t. j. v priamom kontakte s meraným objektom, resp. prostredím, kde sa využívajú rôzne fyzikálne princípy na zistenie presnej číselnej hodnoty. Kontaktný spôsob nie je vždy možný. Iným spôsobom merania teploty je bezkontaktné meranie pomocou infračervených bezdotykových teplomerov a termokamier, ktoré využívajú vyhodnotenie teploty na základe žiarivej energie, pričom meradlo nie je v priamom dotyku s meraným objektom. Kamera teplotu nemeria priamo, ale vypočíta ju, preto je táto hodnota teploty relatívna. Bezkontaktné meranie sa využilo aj v posledných dňoch ako prevencia pred šíriacim sa vírusom. Pred vstupom do všetkých verejných objektov merali ľuďom teplotu bezdotykovými teplomermi. Snáď neexistuje oblasť, kde by sa nedala využiť metóda bezkontaktného merania teploty.
Metóda infračervenej termografie je založená na meraní, zobrazovaní a analýze teplotného poľa na povrchu telesa. Je to v podstate zaznamenanie infračervenej energie, ktorú teleso vyžaruje. Túto energiu umožňuje sprístupniť ľudskému oku infračervená kamera. IČ kamera sa osvedčila ako prostriedok preventívnej údržby. Je nenahraditeľným nástrojom v elektroenergetike, kde z bezpečnej vzdialenosti umožňuje bezkontaktne odhaliť chybu spojov, v strojárenstve poruchy ložísk, v stavebníctve problémy s izoláciou a prestupom tepla – vlastne v rozličných oblastiach, pričom využíva princíp rozdielu teplôt. Nezanedbateľné je jej využitie aj v lekárskej či veterinárnej diagnostike. Významnú pomoc poskytuje hasičom pri záchrane životov a materiálnych hodnôt a pod. Uplatnenie tejto metódy je však omnoho širšie.
Ak máme určiť správne využitie bezkontaktného merania, musíme pochopiť jednotlivé odborné termíny. Jedným zo základných pojmov je emisivita (emissivity) ε. Vyjadruje pomer energie vyžarovanej z povrchu objektu a vyžarovanej energie čierneho telesa pri rovnakej teplote, ako má objekt, a v tom istom spektrálnom intervale. Informácia o koeficiente emisivity je jednou z podmienok správneho merania a vyhodnotenia teploty metódou termografie. Táto hodnota závisí od materiálu meraného objektu, od vlastností jeho povrchu, vlnovej dĺžky, teploty telesa a smeru vyžarovania telesa. Hodnoty pre jednotlivé materiály sa zisťovali empiricky a sú uvedené v tabuľke. Tak napr. pre drsný povrch hliníka je ε = 0,06 – 0,07, pre zoxidovaný povrch medi ε = 0,6 – 0,7.
Ideálne čierne teleso (blackbody) je dokonalý zdroj a pohlcovač tepelného žiarenia vo všetkých vlnových dĺžkach. Správne pomenovanie techniky na bezkontaktné meranie teploty je infračervená termografia (infrared thermography); je to technika umožňujúca zobrazovanie objektov snímaním ich emitovaného (tepelného) žiarenia.
Na výsledok merania IČ kamerou má vplyv atmosféra, v ktorej sa meranie vykonáva. Ak sa nerešpektuje útlm prenosu žiarenia atmosférou, môže to spôsobiť výraznú chybu. Časť žiarenia telesa sa v atmosfére môže pohltiť, časť odraziť a tak sú na meranom objekte vyhodnotené nižšie teploty. Meranie sa neodporúča vo vonkajšej atmosfére vykonávať počas dažďa, pri snežení alebo za hmly, lebo voda nie je pre IR žiarenie transparentná. Ak pochopíme a dodržíme základné princípy merania, môže táto metóda byť veľmi jednoduchá. Napriek tomu vyžaduje dôkladné vedomosti o prestupe tepla, vlastnostiach materiálu, použitej technike a praktické skúsenosti na vystavenie výslednej správy.
Základným prvkom systému, ktorý určuje vlastnosti kamery, je detektor žiarenia, ktorý premieňa dopadajúci tok žiarenia na elektrický signál. Používané detektory IR žiarenia v termografii určujú presnosť aj rozsah merania. Delia sa do dvoch skupín:
- kvantové detektory používané prevažne v SW a LW termografických systémoch – sú veľmi citlivé, stabilné a vyžadujú chladenie;
- tepelné detektory používané v LW termografických systémoch – nevyžadujú chladenie, nie sú spektrálne citlivé ako fotónové detektory.
Základné rozdelenie, princípy a charakteristiku možno nájsť v odbornej publikácii Termodiagnostika (Autori: Peťková, V, Svoboda, J., vyd. Vienala, Košice, 2016). Každé miesto so zvýšenou teplotou môže byť potenciálnou oblasťou výskytu poruchy. Preto treba poznať, aká je dovolená alebo limitná maximálna teplota pre daný objekt (miesto). Na to je potrebné aj presné meradlo.
Každá infračervená rádiometrická kamera určená na presné meranie musí byť v pravidelných intervaloch kalibrovaná s čiernymi telesami pri rozličnej teplote.
Indikačné funkcie merania teploty v priemyselnom odvetví sú:
- miera zaťaženia stroja alebo jeho časti,
- miera účinnosti chladiaceho alebo ohrievacieho zariadenia,
- meradlo nastavenia pracovného bodu,
- úroveň funkčnosti a kvality tepelnej izolácie,
- efektívnosť okruhov mazacích zariadení,
- indikátor (nepriamy) zapojenia obsluhy,
- indikátor zásahu údržbárskych prác a iné.
Využitie infračervenej termografie je rozsiahle. Pre bežnú verejnosť je najznámejšie využitie pri kontrole stavieb a budov, pri kontrole prestupu tepla, stavu tepelnej izolácie alebo utesnenia okien. Stavebná termografia sa aplikuje pri detekcii konštrukčných nedostatkov, zisťovaní defektov tepelnej izolácie a príčin výskytu plesní, energetickom poradenstve, príprave rekonštrukčných prác, kontrole elektrických a tepelných rozvodov, vykurovania a pod. Farebne zobrazí rozsiahle teplotné polia na identifikáciu stavu. Významný prínos má pri využití merania na energetické zhodnotenie stavieb.
Najrozsiahlejšie využitie IČ techniky je v prediktívnej údržbe a technickej diagnostike: pomoc v elektroúdržbe, kontrola točivých strojov, ložísk, dopravníkov, tepelných izolácií na potrubiach, výmuroviek pecí, sledovanie hladiny v zásobníkoch, výšky hladiny, stavu solárnych kolektorov, v mikroelektronike ap. Boli prípady diagnostiky zvýšených vibrácií na stroji, keď sa problém vyriešil po zmeraní IČ kamerou, ktorá odhalila nerovnomerné rozloženie tepelnej izolácie a tým jednostranné prehrievanie objektu. Po oprave izolácie sa problém vyriešil. IČ kamerou sa vykonáva kontrola vo výrobných procesoch, nielen priemyselných, ale napr. aj v potravinárstve. Využitie je aj v infračervenom nedeštruktívnom testovaní, vo výskume a vývoji, v automatizácii, protipožiarnej ochrane monitorovaním skládky uhlia, odpadu a pri iných špeciálnych meraniach.
Samostatnú oblasť IČ termografie tvoria systémy na zobrazovanie uhlíkových plynov. Pri meraní sa používa termovízna kamera GF77. Je to rádiometrická nechladená infračervená kamera, ktorá umožňuje okamžite zobraziť a zaznamenať miesto úniku. Vizualizácia unikajúceho plynu je na fyzikálnom princípe. Netesnosť sa odhalí pohybujúcim sa oblakom plynu.
Pravidelné meranie zariadení pracujúcich so zemným plynom umožní zvýšiť bezpečnosť prevádzky a znížiť náklady z dôvodu straty plynu a hlavne prispieva k znižovaniu globálneho otepľovania a k zdravšiemu životnému prostrediu. Tieto IČ kamery môžu efektívne využiť priemyselné prevádzky, ale aj distribučné spoločnosti pri dodávke plynu pre domácnosti s plynovým vykurovaním.
I keď je obsluha a manipulácia so súčasnou technikou jednoduchá, profesionálna práca s IČ kamerou vyžaduje tréning, praktické, ale i teoretické zručnosti a poznatky z jej aplikácie. Platí niekoľko zásad, ktoré treba dodržiavať pri správnej interpretácii výsledkov.
Na získanie odbornej spôsobilosti je zavedený certifikačný program. Školenie špecialistov v oblasti termografie na Slovensku zabezpečuje Asociácia technických diagnostikov SR. Jej certifikačný orgán je akreditovaný a oprávnený vydávať medzinárodne platné certifikáty podľa ISO v troch odborných úrovniach pre pracovníkov pracujúcich s infračervenou technikou.
doc. Ing. Viera Peťková, PhD.
prezidentka Asociácie technických diagnostikov SR