Bezkontaktní infračervené teploměry

Bezkontaktní infračervené teploměry

Ing. Ivan Dítě,
Illko, s. r. o.

Princip bezkontaktního měření teploty

Při měření bezkontaktním infračerveným teploměrem (dále jen teploměr) je využívána skutečnost, že každé těleso, jehož teplota je vyšší než absolutní nula (tj. asi –273 °C), vyzařuje energii. Množství vyzářené energie roste se vzrůstající teplotou tělesa. Pro bezkontaktní měření teploty se používá infračervená část spektra vyzařované energie.

Množství vyzářené energie je dáno kromě teploty také emisivitou vyzařujícího tělesa. Emisivita je jeden z důležitých faktorů ovlivňujících měření. Bude ještě zmíněna v dalším textu.

Konstrukce teploměru

Blokové schéma běžného digitálního bezkontaktního teploměru je uvedeno na obr. 1.

Jednotlivé části teploměru:

• optika – soustřeďuje energii vyzařovanou měřeným tělesem tak, aby dopadala na snímač,
• snímač – převádí dopadající infračervené záření na elektrický signál,
• elektronické obvody – zpracovávají signál ze snímače,
• displej – zobrazuje měřenou teplotu.

Základní parametry teploměru

Vybrané technické parametry běžných teploměrů:

• rozsah měření: běžné typy teploměrů měří od asi –30 °C do několika set, popř. až několika tisíc stupňů Celsia,

• přesnost měření: bývá obvykle asi ±(1 až 2) % z měřené hodnoty nebo ±(1 až 2) °C, přičemž platí vyšší z obou hodnot,

• optická charakteristika: údaj o tzv. optické charakteristice (značí se většinou jako D : S) dává odpověď na jednu z nejčastějších otázek – z jaké vzdálenosti lze teplotu měřit. Hodnota D : S znamená, že teplotu plochy o průměru S je možné měřit ze vzdálenosti D.

K vysvětlení lze využít schéma na obr. 2.

Optická charakteristika běžných teploměrů mívá hodnotu přibližně od 3 : 1 do 80 : 1.

Je-li k měření použit teploměr s optickou charakteristikou (D : S) 3 : 1, teplota tělesa o průměru např. 10 cm se může měřit ze vzdálenosti nejvýše 30 cm.

Při charakteristice teploměru 10 : 1 lze teplotu téhož tělesa měřit ze vzdálenosti nejvýše 100 cm.

Pro zachování co nejlepší přesnosti je vhodné, aby – pokud je to možné – teplota byla měřena z menší vzdálenosti, než je maximální možná.

Nejmenší průměr měřené plochy S se u běžných teploměrů pohybuje kolem 10 mm.

Naopak největší vzdálenost (za předpokladu dodržení D : S), ze které lze ještě měřit bez výrazného nárůstu chyby, je zhruba sto metrů. Předpokladem je, že vzduch není znečištěn kouřem, množstvím prachu apod.

Jestliže je při měření překročen poměr D : S, situace bude vypadat tak, jak je znázorněno na obr. 3. Zobrazená teplota bude záviset na tom, jaký předmět je umístěn za měřeným tělesem a jakou má tento předmět teplotu (může to být např. zeď nebo cokoliv jiného). Zobrazená teplota se bude nacházet mezi teplotou měřeného tělesa a teplotou předmětu (např. zdi) za ním.

Emisivita

Emisivita je vlastně schopnost tělesa vyzařovat energii. Značná část běžných materiálů, jako dřevo, textil, zemina, kůže, sklo, keramika apod., vykazuje emisivitu přibližně 0,95. Jednodušší typy teploměrů proto mívají pevně nastavenu právě tuto hodnotu. Je-li takovým teploměrem měřena teplota tělesa, které má odlišnou emisivitu, lze přesnost měření zlepšit např. pokrytím povrchu měřeného tělesa jiným materiálem s emisivitou přibližně 0,95 (pro nižší teploty je to např. samolepka s definovanou emisivitou – takovéto samolepky někteří výrobci teploměrů nabízejí; pro vyšší teploty lze povrch měřeného tělesa opatřit vhodným nátěrem).

Univerzálnější teploměry umožňují emisivitu nastavovat, většinou v rozmezí 0,10 až 1,00.

Obecně není vhodné měřit teplotu lesklých (vesměs kovových) těles přímo, i když je k dispozici teploměr s nastavitelnou emisivitou. Vhodnější je použít např. již zmiňovanou samolepku s definovanou emisivitou nebo upravit povrch měřeného tělesa vhodným nátěrem. Velmi lesklé těleso je totiž z hlediska bezkontaktního měření značně problematické; jeho emisivita bývá velmi výrazně nižší než 1. Příkladem materiálu nevhodného pro přímé měření je leštěný hliník s emisivitu okolo 0,10.

Standardní hodnota emisivity pro naprostou většinu materiálů je známa a bývá udávána v tabulkách emisivity; lze ji také experimentálně určit.

Další parametry a vlastnosti

Některé teploměry jsou vybaveny laserovým zaměřovačem, který buď přibližně ukazuje na střed měřené plochy, nebo ji dokonce pomocí několika bodů vymezuje. Nejlevnější teploměry obvykle nemají žádné zaměřování. Naopak součástí teploměrů vyšší třídy může být optický zaměřovač.

Jiné teploměry umožňují zobrazovat kromě aktuální teploty i mnoho dalších veličin: např. maximální, minimální, průměrnou teplotu, teplotní rozdíl nebo varování o překročení přednastavené mezní hodnoty. Existují také různé „speciality„, např. teploměr kombinovaný s digitálním fotoaparátem, s jehož pomocí lze měřený objekt ihned zdokumentovat.

Je možné zmínit i množství dalších běžných parametrů – rozsah provozních teplot, způsob napájení (většinou bateriové, někdy s možností napájení síťovým adaptérem), verze teploměru opatřeného závitem pro stativ, možnost připojení k PC, možnost ukládání výsledků do paměti apod.

Na obr. 4 jsou ukázány příklady různých typů teploměrů.

Příklady použití teploměrů

Elektrotechnika
Bezkontaktní teploměr se může stát neocenitelným pomocníkem každého elektrotechnika, revizního technika, montéra. Umožňuje totiž bezpečně měřit teplotu obvodů, které jsou pod napětím. Bezpodmínečně je ale třeba dbát na bezpečnou vzdálenost s ohledem na napětí a na příslušné bezpečnostní předpisy!

Právě zvýšení teploty v mnoha případech indikuje technický problém, chybu v zapojení, vadnou součást, příliš velký přechodový odpor (špatně dotažené nebo zoxidované spoje) atd. Teploměr tedy najde uplatnění např. při hledání a identifikaci závad, při preventivních kontrolách nebo při vývoji nových zařízení.

Příkladů měření je mnoho – jen namátkou: měření oteplení vodičů a svorek v rozváděčích, měření oteplení motorů a transformátorů, vyhledávání závad v instalačních krabicích bez nutnosti jejich otevření, servis tepelných spotřebičů atd.

Další obory

Možností využití je nepřeberné množství: opravy a servis automobilů, stavebnictví – např. zjišťování míst úniku tepla, potravinářský průmysl atd.

Závěr

Článek měl za cíl stručně popsat princip měření, konstrukci, některé parametry a použití bezkontaktních infračervených teploměrů. Výklad je pro zachování přehlednosti a srozumitelnosti na mnoha místech značně zjednodušený.

Společnost Illko, s. r. o., z Blanska má ve své nabídce ucelenou řadu infračervených teploměrů od nejjednodušších po vysoce speciální typy. Podrobnější technické a obchodní informace zájemci získají přímo u společnosti Illko, popř. na jejích internetových stránkách www.illko.cz
[Firemní literatura (návody, technické informace, prospekty, web) firem Raytek, Calex a Radiant Innovation.]