Elektrotechnika | 21. 11. 2018

Jak správně vybrat termokameru

Do vývoje, do průmyslu nebo něco na smartphon? 320 × 240 pix. nebo stačí 160 × 120 pix.? Odpověď na nejčastější otázky, specifikace parametrů i konkrétní doporučení produktů podle typu měření Vám přináší tento článek.

Stejně jako u pořizování nového fotoaparátu, podobně postupujeme i u termokamer. Svými zákonitostmi, tech­nologií a logikou celého konceptu jsou si velice podobné. Termokamerou rovněž fotíte či natáčíte objekty, stejně jakou u fotoaparátů. Dnes mnoho z Vás pro rychlou a rela­tivně kvalitní fotografii používá smartphony, ale profesio­nálové ocení takzvanou „zrcadlovku“.

Co je to termokamera a s tím spojená věda infračervená termografie a termogram?

Infračervená termografie

Je to vědní obor, který se zabývá analýzou rozložení tep­lotního pole na povrchu tělesa a to bezkontaktním způso­bem. Úkolem termografie je analýza infračervené energie vyzařované tělesem. Termografickým měřicím systémem lze zobrazit teplotní pole měřeného objektu, ale pouze na jeho povrchu.

Termokamery

Umožňují zobrazit infračervené záření tělesa tak, aby jej bylo možné vidět (vizualizace). Výstupem z termovizní kamery je infračervený snímek, odborně termogram, resp. termovizní snímek. Radiometrické termokamery pak uži­vateli umožní určit teplotu v jednotlivých bodech termo­gramu. Určení teploty však není snadné, protože závisí na několika parametrech. Jeden z hlavních parametrů je emisivita tělesa. Ideálně černé těleso má emisivitu 1, lesklá tělesa mají emisivitu velmi malou (až 0,1).

Termogram

Nebo termovizní snímek, resp. infračervený snímek je obraz pořízený termokamerou. Infračervené záření je pro lidské oko neviditelné a proto se termovizní snímky vizualizují za použití okem viditelných palet, které přiřazují barvu různým teplotám (různému množství tepelného toku). Stejný snímek tak lze zobrazit v odlišných barevných paletách a tím zviditelnit nebo zdůraznit jiná místa.

Jak zvolit tu nejlepší termokameru pro Vás?

Doba jde kupředu a je třeba získat přehled o tom, jak si práci ulehčit či dokonce ji úplně nechat na nástrojích či strojích. Termokamera Vám zde zaručeně pomůže. Než začneme rozebírat technické parametry, nejprve je třeba si ujasnit 2 základní věci:

  1. K čemu přesně budu termokameru využívat?

Určení aplikace je to nejdůležitější. Pracujeme na insta­lacích elektronických přístrojích, na vývoji zařízení nebo osazujeme desky plošných spojů?

  1. Co mi má a může přinést?

Jestli už víte, k jakému účelu budete termokameru pou­žívat, seznámíme vás s několika informacemi, podle kterých si dokážete vybrat tu nejlepší termokameru pro vaši potřebu.

Tvar a design ideální pro práci

Standardní termokameru držíme v jedné ruce zajištěnou řemínkem kolem článků na ruce nebo připevněnou na sta­tivu. Dnes si můžeme celkové provedení vybrat z většího výběru. Kapesní provedení o velikosti peněženky, s pevnou základnou, odolné „industry“ termokamery nebo miniaturní provedení s kombinací smartphonu. Některé modely přináší větší praktičnost při transportu, jiné zase stabilnější řešení.

Vzdálenost od měřeného objektu, rozlišení a teplotní rozsah

Jedny z nejpodstatnějších technických parametrů jsou:

  • vzdálenost od měřeného objektu (v metrech),
  • rozlišení snímače (v pixelech),
  • teplotní škála (ve stupních Celsia), ve které chcete měřit.

Častými aplikacemi jsou:

  • měření klimatizačních jednotek či únik tepla u budov,
  • měření na elektrickém rozvaděči,
  • měření na DPS s osazenými SMD součástkami.

Klimatizační jednotka nebo budovy:

Většinou se jedná o velká zařízení z pohledu dnešní „minielektroniky“, proto bude stačit měřit na vzdálenost několika metrů od zařízení. Teplota se zde bude pohybovat okolo pokojových teplot a požadavek na rozlišení je zde nižší než v dalších uvedených aplikacích. Jako plus oceníte jednoduchou manipulaci s daným přístrojem.

Měření na elektrických rozvaděčích:

Na první pohled zde můžete vidět větší i menší prvky, součástky (dále jako objekty). Jednoduše nelze určit, zda budeme potřebovat měřit velké či malé objekty na delší nebo kratší vzdálenosti. Bude to chtít nějaký univerzál. Z hlediska teploty je možné nalézt destrukce daných objektů či zkraty v rozvaděči, proto je třeba myslet na to, že se zde můžeme dostat i na hodnotu 100 °C a více.

Jako plus oceníme odolnost proti případnému pádu a odolnost přístroje jako takového.

Měření na DPS s osazenými SMD součástkami:

Detail a Citlivost pro nás budou parametry číslo jedna. Ostře zaměřit SMD součástku o velikosti 1 × 0,5 mm je těžký úkol, ale není neřešitelný. Měření nebude probíhat na více než 20 cm a to pouze v případě, že budeme chtít zaměřit celou DPS. Proud se zde nebude pohybovat v řádu desítek Ampér jako u rozvaděče, proto nebude zkrat tak drama­tický, ale i v tomto případě se můžeme teplota pohybovat až do 100 °C. Jako plus zde oceníme stabilní základnu s mož­ností fixního zajištění jak DPS, tak termokamery.

Technické parametry

Rozlišení snímače:

Rozlišení určuje, kolik pixelů bude snímat daný objekt tj. čím více pixelů, tím větší přesnost obrazu a kvalita měření. Pojednání o rozlišení, pixelech, poměrech stran můžeme znát s terminologie o kvalitě videí či výběru televizoru. Rozlišení je zpravidla od 80 × 60 pix. do 640 × 480 pix. v poměru 4 : 3. Slušné rozlišení pro kvalitní snímky získá­váme od hodnoty 160 × 120 pix.

Jestliže rozdělíme rozlišení do skupin, pak dostáváme 3 skupiny:

  • 80 × 60 pix., 120 × 90 pix. základní řada,
  • 160 × 120 pix., 220 × 165 pix., 240 × 180 pix. střední řada,
  • 260 × 195 pix., 320 × 240 pix. a 640 × 480 pix. profesi­onální řada.

Vylepšením běžného rozlišení může být Super‑rozlišení. Jedná se o softwarovou úpravu u expertních termokamer.

Teplotní rozsah:

Rozsah je od mínusových teplot (od −25 °C) do několika úrovní teplot kladných. U SOS electronic naleznete termo­kamery v kladné úrovni do +150 °C až do +1 200 °C.

Jestliže rozdělíme tyto teplotní rozsahy do skupin, opět máme 3 skupiny:

  • do 250 °C základní řada,
  • do 650 °C střední řada,
  • do 1 200 °C profesionální, expertní řada.

Vzdálenost od měřeného objektu, fixní nebo manuální ostření:

Ohnisková vzdálenost nebo vzdálenost zaostření je v základních termokamerách s fixním ostřením zpravi­dla 0,15 m nebo 0,45 m. S manuální ostřením můžeme tuto vzdálenost lineárně (ručně) nastavovat stejně jako je tomu u objektivů. U vyšších řad můžeme pořídit objek­tivy Makroobjektiv pro měření na procesoru, Širokoúhlý objektiv pro měření v težce přístupných místech nebo Teleobjektiv s 2 násobným či 4 násobným přiblížením pro měření rozvodu elektrické energie mimo obec (v distri­buční soustavě).

  • Fixní ostření – základní řada,
  • Manuální, ruční ostření 0,15–0,45 m – střední řada,
  • Výměnný objektiv a manuální, ruční ostření na každém z nich – profesionální řada.

Zorný úhel:

Tento parametr je úzce související s ohniskovou vzdáleností. Čím větší je ohnisková vzdálenost, tím je zorný úhel menší. Zorný úhel se nepřímo úměrně mění se vzdáleností od měře­ného objektu. Můžeme se pohybovat v číslech od 24° vertikálně až do 55° verti­kálně. Tuto hodnotu doká­žeme zásadně změnit řadou objektivů. Jako demostrace nám poslouží obrázky.

Citlivost:

Jeden z hlavních parametrů pro detailní měření. Teorie říká: „Teplotní citlivost vyjadřuje, jaké nejmenší teplotní rozdíly je na povrchu černého tělesa termokamera schopna zaznamenat.“

Čím je citlivost vyšší, tím je přesnější měření. Tento para­metr je zpravidla přímo úměrně zvolen výrobcem k hodnotě rozlišení, proto není třeba jej zásadně řešit pro prvotní výběr. Není tak rozhodující jako například rozlišení nebo teplotní rozsah.

Emisivita:

Emisivita je optická vlastnost materiálu, která popi­suje, jaké množství světla se vyzářilo z materiálu v poměru k množství, které na stejné teplotě vyzařuje černé těleso. Černé těleso je ideální těleso, které pohlcuje veškeré záření. Současně je také ideální zářič – záření černého tělesa je maximální a závisí pouze na teplotě. Spektrální rozložení intenzity vyzařování černého tělesa je dáno Planckovým zákonem. Emisivitu nastavujeme u termokamery manu­álně. Jak u základních tak i u profesionálních termokamer, zde nenajdeme rozdíl.

Sdílení vaší práce a další funkce:

Kromě kvalitního výsledku z vašeho měření je třeba pro­myslet celou aplikaci i z hlediska „mimo termokameru“. Jak budu obraz zpracovávat? Potřebuji tento výsledek posílat zákazníkům? Pracuji ve vývoji a chci výsledky vidět v reál­ném čase na svém PC? Všechny výše uvedené otázky lze realizovat a tím docílit efektivní práci.

Seznam softwaru k PC:

Fluke Connect,

Fluke SmartView,

Flir Tools,

Flir Tools+,

a další.

Konkrétní produkty

Klimatizační jednotka nebo budovy:

Vhodným produktem z naší nabídky je Flir C3. Nabízí roz­lišení snímače 80 × 60 pix. a teplotní rozsah −10 °C…+150 °C. Ohnisková vzdálenost je 1 m MSX od měřeného předmětu, fixní objektiv. Výhodou je dotykový displej, jednoduché ovládání, velikost tohoto zařízení, WiFi pro konektivitu s kombinací softwaru Flir Tools pro zpracování obrazu v PC.

Konkurencí je Flir One Pro. Menším provedením a para­metry vede nad Flir C3, ale po uložení termografického obrázku do PC již jej nelze dále zpracovávat. Vhodné aplikace mimo uvedených jsou také solární panely, vlhkost ve skla­dech, únik tepla, rozvod tepla u kotle na pevná paliva a další.

Základní řada

Teplotní rozsah: −10…+150 °C

Rozlišení: 80 × 60 pix.

Objektiv: Fixní, nevýměnný

Další: Dotykový displej, Wi‑Fi, Flir Tools

Proč doporučujeme?

  • Malé rozměry a hmotnost 130 g
  • Odolnost
  • Wi‑Fi + Flir Tools

Měření na elektrických rozvaděčích:

Univerzál. Zlatá střední cesta. Fluke TiS 45 je první termokamera s manuálním ostřením v této kate­gorii. S tímto přístrojem se doká­žete jednoduše vypořádat například z rozvodem elektrického proudu, kontrolou zahřívání mechanických částí, kontrolou motorů. Objektiv je nevýměnný.

Střední řada

Teplotní rozsah: −20…+350 °C

Rozlišení: 160 × 120 pix.

Objektiv: Manuální, nevýměnný

Další: Fluke Connect

Proč doporučujeme?

  • Univerzál pro jakékoliv měření
  • Manuální nastavení ohniskové vzdálenosti
  • Nadstandardní příslušenství včetně tovární kalibrace

Měření na DPS s osazenými SMD součástkami:

Pro detailní měření se neobejdete bez pevného pod­stavce či stativu. Flir ETS 320 dokáže na vzdálenost něko­lika milimetrů vykazovat skvělé výsledky. Díky své stabilitě se neprojevuje na výsledném obrazu sebemenší roztřepání. U této termokamery oceníte i sledování průběhu v reálném čase společně se záznamem. Proto je vhodná pro aplikace, kde sledujeme teplotu měřeného zařízení v určitém časo­vém úseku po jeho zapnutí (změny teplot na DPS a jejich vzájemné ovlivňování).

Střední až profesionální řada

Teplotní rozsah: −20…+250 °C

Rozlišení: 320 × 240 pix.

Objektiv: Manuální, nevýměnný

Další: Flir Tools, Sledování reálného průběhu

Proč doporučujeme?

  • Pevná základna
  • Obraz přímo na PC v reálném čase, sledování průběhu zpětně
  • Nezávislé na baterii

Největší chyba při výběru a při ovládání termokamery

Není až tak chybou vzít si výkonnější přístroj pro ne až tak specifické měření. Chybou je, pokud zvolíte přístroj se základními parametry pro obtížnější aplikace. V extrému, nevezmete si přece mobilní telefon s VGA fotoaparátem na fotografickou soutěž. Základní řadou termokamer nelze měřit SMD součástky a očekávat tak uspokojivé výsledky.

Další chybou bývá měření skleněných nebo extrémně hladkých, lesklých povrchů. Zde můžeme nalézt chybu měření v podobě odrazu obrazu za Vámi, tj. uvidíte zde sami sebe s termokamerou v ruce. Jestli plánujeme ter­mokameru využít pro měření těchto povrchů, musíme daný objekt načernit nebo jinak zdrsnit. Není‑li to možné, nelze tuto technologii (termovize) použít.

Pro první zkušenost s termokamerou doporučujeme investovat maximálně do střední řady termokamer. Při výběru je třeba zvážit mnohem více parametrů než pouze rozlišení či teplotní rozsah.

Pokud potřebujete pomoci s výběrem, neváhejte nás kontaktovat na info@soselectronic.cz 

Redakčně zpracováno z www.soselectronic.cz