Úvod do principů termografie

Úvod do principů termografie

Vydal: FLUKE® Přeložil: Robert Bayer

Obsah 1. Úvod do infračervené termografie a termálních zobrazovačů ............................................. - 4 Infračervená termografie ...................................................................................................... - 4 Historie infračervené technologie......................................................................................... - 4 Princip funkce termálního zobrazovače ................................................................................ - 7 Složení termálního zobrazovače ........................................................................................... - 7 2. Termografie a návrat investice ........................................................................................... - 11 Odhalování závad ................................................................................................................ - 11 Průběžná údržba ................................................................................................................. - 13 Preventivní údržba .............................................................................................................. - 13 3. Trénink a bezpečnost .......................................................................................................... - 15 Kvalifikace a osvědčení technika ......................................................................................... - 15 Bezpečnost na pracovišti .................................................................................................... - 16 Standardy a psané postupy inspekce .................................................................................. - 18 4. Teorie v praxi ....................................................................................................................... - 19 Základy termodynamiky ...................................................................................................... - 19 Způsoby přenosu tepla........................................................................................................ - 19 Tepelná kapacitance ........................................................................................................... - 20 Vedení tepla ........................................................................................................................ - 20 Tepelné proudění ................................................................................................................ - 21 Tepelná radiace ................................................................................................................... - 21 Koncepce uskladnění energie ............................................................................................. - 22 Teplota povrchu .................................................................................................................. - 25 Emisivita .............................................................................................................................. - 25 Přesnost měření teploty...................................................................................................... - 25 Zorný úhel (Field Of View)................................................................................................... - 25 Okamžitý zorný úhel (Instantaneous FOV).......................................................................... - 26 Vlivy prostředí ..................................................................................................................... - 26 5. Barevné tepelné snímky různých aplikací ........................................................................... - 28 6. Použití termografie ............................................................................................................. - 44 Elektrické aplikace............................................................................................................... - 44 Elektromechanické a mechanické aplikace......................................................................... - 47 Průmyslové aplikace............................................................................................................ - 48 Diagnostika budov............................................................................................................... - 49 -2-

Kontrola vlhkosti střechy ................................................................................................ - 49 Kontrola izolace budovy .................................................................................................. - 51 Kontrola úniku tepla........................................................................................................ - 52 Kontrola vlhkosti ............................................................................................................. - 53 Kontrola užitkových budov ............................................................................................. - 53 7. Inspekční metody ................................................................................................................ - 54 Porovnávací termografie..................................................................................................... - 54 Výchozí termografie ............................................................................................................ - 55 Směrnicová termografie ..................................................................................................... - 56 8. Analýza, podávání zpráv a dokumentace ............................................................................ - 58 Analýza kontroly.................................................................................................................. - 58 Podávání zpráv a dokumentace .......................................................................................... - 58 9. Zdroje informací o termografii ............................................................................................ - 60 Zdroje informací .................................................................................................................. - 60 Standardy ........................................................................................................................ - 60 On-line zdroje .................................................................................................................. - 60 Knihy a tištěné materiály ................................................................................................ - 61 Profesionální organizace ................................................................................................. - 61 10. Další příbuzné technologie ................................................................................................ - 62 Vizuální a sluchová kontrola ............................................................................................... - 62 Elektrická analýza ................................................................................................................ - 62 Ultrazvuková analýza .......................................................................................................... - 62 Analýza vibrací .................................................................................................................... - 63 Analýza mazání.................................................................................................................... - 63 Analýza opotřebení ............................................................................................................. - 63 -

-3-

1. Úvod do infračervené termografie a termálních zobrazovačů Termální zobrazovače pracují na základu infračervené termografie. Termální zobrazovač se používá jako levný a účinný prostředek ke zkoumání vad, údržbě a inspekci elektrických systémů, mechanických systémů a plášťů budov.

Infračervená termografie Infračervená termografie je věda využívající elektrooptických systémů k detekci a měření tepelné radiace a jejího „převodu“ na teplotu povrchu. Radiace je pohyb tepla, který nastává při sálání energie (elektromagnetických vln) do prostoru bez žádného přímého média k jejímu přenosu. Moderní infračervená termografie využívá elektrooptických zařízení k detekci a měření radiace a jejího převodu na teplotu povrchu budov a měřených objektů. Lidé byli vždy schopni detekovat infračervenou radiaci. Nervová zakončení pod kůží dokážou rozpoznat teplotní rozdíly i ±0,009 °C (0,005 °F). I přes svou extrémní citlivost nervových zakončení je člověk jen stěží konstruován pro nedestruktivní zkoušení teploty. Například, kdyby člověk mel schopnost některých zvířat najít svou teplokrevnou oběť ve tmě, pořád by bylo potřeba lepších nástrojů pro detekci tepla. Protože je člověk fyzicky omezen, co se týče detekce tepla, zkonstruoval mechanická a elektronická zařízení, která mu díky své ještě vyšší citlivosti na teplo s tím pomůžou. Tato zařízení se pak používají v nespočtu aplikací při měření teploty.

Historie infračervené technologie Překlad slova „infračervený“ je „pod červenou“ a odkazuje na to, kde se tyto vlnové délky nacházejí v elektromagnetickém spektru. Výraz „termografie“ je odvozen ze základního slova „termogram“, které znamená „obraz teploty“. Úplné základy termografie položil německý astronom Sir William Herschel, který roku 1800 uskutečnil experiment se slunečním světlem.

Termální obraz zbytkového tepla přeneseného dlaní na zeď může být snadno detekován termálním zobrazovačem.

Herschel objevil infračervené záření tak, že rozložil sluneční paprsky pomocí krystalu a pomocí citlivého teploměru měřil teplotu jednotlivých barev. Herschel objevil, že se teplota rapidně zvýší když přejde z červeného světla do oblasti pod ní, kterou nazval „temné záření“. „Temné záření“ byla oblast elektromagnetického spektra dnes známá jako oblast infračerveného záření.

-4-

Dvacet let poté německý fyzik Thomas Seebeck objevil termoelektrický jev. To vedlo k vynálezu termočlánku, předchůdce termometru, objeveného italským fyzikem Leopoldo Nobili v roce 1829. Funkce tohoto jednoduchého kontaktního zařízení je založena na tom, že s rostoucím teplotním rozdílem mezi dvěma různými kovy roste i napětí mezi nimi. Nobiliho přítel Macedonio Melloni brzo vylepšil termočlánek na termobaterii (sériově řazené termočlánky), na kterou dokázal zaměřit tepelné záření až tak, že byl schopen zaznamenat teplotu těla na vzdálenost 9,1 m (30´). V roce 1880 americký astronom Samuel Langley použil bolometr k zaznamenání teploty těla krávy na vzdálenost přes 304 m (1000´). Místo napěťového rozdílu bolometr pracuje na principu změny elektrického odporu v závislosti na teplotě. Syn sira Williama Herschela sir Jon Herschel použil evaporograf k vytvoření prvního infračerveného snímku v roce 1840. Teplotní obraz vznikl díký rozdílnému odpařování tenké vrstvy oleje a dal se prohlédnout při nasvícení olejového povlaku světlem. Termální zobrazovač je zařízení, které zaznamenává infračervené záření bez přímého kontaktu s objektem (viz obr.1-1). Dřívější verze termálních zobrazovačů byly známy jako fotografické detektory (photo-conducting detector) . Od roku 1916 do 1918 americký vynálezce Theodore Case experimentoval s fotografickými detektory k získání signálu skrze působení fotonů místo přímého tepelného záření. Výsledkem byl rychlejší a citlivější fotodetektor. Během 40. a 50. let 20. století se technologie zobrazování tepelného záření začala vyvíjet hlavně kvůli rostoucímu počtu vojenských aplikací. Němečtí vědci zjistili, že ochlazením fotodetektoru se zvýší jeho celkový výkon. Až od 60. let se termální zobrazovače začaly používat i v nevojenských aplikacích. I přesto, že byly termální zobrazovače neskladné, pomalé a s malým rozlišením, používaly se ke kontrole velkých elektrických rozvaděčů a distribučních systémů. Postupné vylepšování v 70. letech pro vojenské aplikace nakonec přineslo první přenosný přístroj, který se by se dal použít například i pro diagnostiku budov a nedestruktivnímu testování materiálů.

Obr.1-1: Termální zobrazovač je přístroj k zaznamenání tepelných stop zařízení v infračerveném spektru bez přímého kontaktu s nimi. -5-

Teplotní zobrazovací systémy v 70. letech byly odolné a spolehlivé ale ve srovnání s dnešními zobrazovači byla kvalita snímků velmi špatná. Na začátku 80. let se začaly termální zobrazovače hojně používat v medicíně, pásové výrobě a ke kontrole budov. Teplotní zobrazovací systémy vytvářely plně radiometrické snímky, aby mohla být teplota měřena kdekoliv na snímku. Radiometrický snímek je teplotní obraz obsahující údaje o teplotě pro všechny jeho jednotlivé body. Spolehlivé chladiče postupně nahradily v termálních zobrazovačích používaný stlačené nebo kapalné plyny, které je dříve chladily. Byly vynalezeny a hojně používány levnější termální zobrazovače na principu pyroelektrického vidikonu (PEV). Přestože nebyly radiometrické, byly PEV termální zobrazovače lehké, skladné a provozuschopné bez chlazení. Koncem 80. let bylo armádou uvolněno pro komerční použití zařízení známé jako ohniskový svazkový detektor (focal-plane array, FPA). FPA je optické čidlo obsahující svazek infračervených detektorů v ohniskové vzdálenosti optické čočky (viz obr.1-2). To byl výrazný pokrok oproti původním detektorům, protože to znamenalo zvýšení kvality snímků a prostorového rozlišení. Typické moderní zobrazovače mají rozlišení 16 × 16 až 640 × 480 pixelů. Pixel je v tomto případě nejmenší nezávislý článek FPA který dokáže zaznamenat infračervené záření. Pro speciální aplikace se vyrábějí zobrazovače i s rozlišením přesahujícím až 1000 × 1000 pixelů. První číslo reprezentuje vertikální a druhé číslo horizontální rozlišení. Například svazek 160 × 120 odpovídá 19200 pixelům.

Obr.1-2: FPA je optické čidlo obsahující svazek infračervených detektorů v ohniskové vzdálenosti optické čočky.

Vývoj FPS technologie využívající různé detektory se výrazně zvýšil od roku 2000. Dlouhovlnný termální zobrazovač je zobrazovač zaznamenávající infračervenou energii o vlnové délce 8 až 15 μm. Středovlnný termální zobrazovač je zobrazovač zaznamenávající infračervenou energii o vlnové délce 2,5 až 6 μm. Oba, dlouhovlnný i středovlnný termální zobrazovač se dnes vyrábí v plně radiometrických verzích, občas s prolínáním obrazu a citlivostí 0,05 °C (0,09 °F) a méně.

-6-

Cena těchto zařízení klesla o více než desetinásobek za posledních desetiletí a jejich kvalita výrazně stoupla. Kromě toho se i výrazně zvýšily možnosti použití počítačového softwaru ke zpracování snímků. Téměř všechny komerčně dostupné moderní systémy používají nějaký software k usnadnění analýzy a vytvoření zprávy měření. Ta může být rychle vytvořena a poslána přes internet nebo převedena do jednoduchého formátu, jako např. PDF, a nahrána na různé druhy datových uložišť.

Princip funkce termálního zobrazovače Je dobré mít aspoň základní znalosti o tom, jak fungují termální zobrazovače, protože je velmi důležité, aby pracovník s nimi operující pracoval v oblasti jejich použitelnosti. To pak umožňuje nejpřesnější detekci a analýzu potenciálních problému. Účelem infračervených zobrazovačů je zaznamenávat infračervené záření vydávané cílem (viz obr.1-3). Infračervené záření je soustřeďováno optikou termálního zobrazovače na detektor, který reaguje změnou napětí nebo odporu, který zaznamenává elektronika v termálním zobrazovači. Signál který dává termální zobrazovač je převeden na elektronický obraz (termogram) na displeji. Termogram je obraz cíle elektronicky zpracovaný tak, že na displeji jednotlivé barevné odstíny odpovídají různým vlnovým délkám infračerveného záření povrchu předmětu. V tomto jednoduchém procesu je pracovník schopen získat termogram, který odpovídá vyzářené tepelné energii povrchem cíle. Obr.1-3: Cílem je objekt zkoumaný termálním zobrazovačem. Účelem infračervených zobrazovačů je zaznamenávat infračervené záření vydávané cílem.

Složení termálního zobrazovače Typický termální zobrazovač obsahuje několik běžných částí včetně čočky, krytu čočky, displeje, detektoru a zpracovávací elektroniky, ovládání, zařízení pro ukládání dat a softwaru ke zpracování a vytváření informačních zpráv. Tyto součásti se mohou měnit v závislosti na typu a modelu termálního zobrazovače (viz Obr.1-4).

-7-

Termogram je obraz cíle elektronicky zpracovaný tak, že na displeji jednotlivé barevné odstíny odpovídají různým vlnovým délkám infračerveného záření povrchu předmětu.

Čočky Termální zobrazovače mají aspoň jednu čočku. Čočka zobrazovače soustřeďuje infračervené záření na jeho detektor. Detektor pak vytvoří elektronický (termální) obraz neboli termogram. Čočka termálního zobrazovače je určena k zachycování a následnému soustředění přicházejícího infračerveného záření na detektor. Čočky většiny dlouhovlnných zobrazovačů jsou vyrobeny z germania (Ge). Tenký antireflexní potah zlepšuje přenos čočky.

Obr.1-4: Typický termální zobrazovač obsahuje několik běžných součástí včetně čočky, krytu čočky, displeje, ovládání a rukojeti s poutkem na ruku.

Displeje Termogram je zobrazen na displeji z tekutých krystalů (LCD). LCD displej musí být dostatečně velký a podsvětlený, aby byl snadno čitelný i ve špatných podmínkách nebo ve tmě. Displej také často informuje o stavu baterie, datu, času, teplotě cíle (ve °C, °F nebo °K), viditelném obrazu cíle a barevné paletě s rozložením teplot na snímku (viz Obr.1-5).

-8-

Detektor a zpracovávací elektronika Detektor a zpracovávací elektronika slouží k převodu infračervené energie na použitelnou informaci. Tepelné záření cíle je soustředěno na detektor, který je vlastně polovodič. Díky tepelnému záření dává detektor měřitelnou odezvu. Tato odezva je zpracována elektronicky v termálním zobrazovači a převedena na termogram na jeho displeji.

Obr.1-5: Termogram je zobrazen na LCD displeji termálního zobrazovače.

Ovládání Pomocí ovládání mohou být nastavena různá elektronická nastavení k vylepšení termogramu na displeji. Elektronicky nastavitelné jsou např. rozsah teplot, teplotní stupnice, barevná paleta a prolínání obrazu. Často se dá také nastavit emisivita a úroveň teploty pozadí (viz Obr.1-6).

Obr.1-6: Pomocí ovládání mohou být nastavena různá elektronická nastavení k vylepšení termogramu na displeji, jako např. rozsah teplot, teplotní stupnice a další.

-9-

Zařízení pro ukládání dat Elektronické soubory obsahující termogramy a s nimi spojená data se ukládají na různé typy paměťových karet a další různá paměťová uložiště. Spousta infračervených zobrazovacích systémů také umožňují ukládání zvukových nebo textových informací a viditelného snímku k termogramu. Software pro zpracování dat a generování zpráv Software používaný většinou moderních infračervených zobrazovacích systémů je velmi výkonný a snadno ovladatelný. Digitální infračervené a viditelné snímky se dají importovat do počítače, kde mohou být zobrazeny v různých barevných paletách a kde mohou být dále upravovány pro potřeby měření. Zpracované snímky se pak dají uložit podle šablony, vytisknout nebo elektronicky poslat.

- 10 -

2. Termografie a návrat investice Termografie se díky termálním zobrazovačům používá k mnoha klíčovým komerčním a průmyslovým funkcím včetně odhalování závad a údržbě zařízení a inspekci plášťů budov. Termální zobrazovače nebývají zrovna levné, ale naproti tomu při použiti k preventivní kontrole ušetří hodně výdajů spojených s neplánovanými výpadky výroby kvůli nečekaným závadám.

Odhalování závad Infračervená termografie plní důležitou funkci v oboru odhalování skrytých závad v komerčních a průmyslových aplikacích. Větší závady se mohou projevit vibracemi, zvukem nebo zvýšenou teplotou. Původ těch menších však může být velmi obtížně zjistitelný, pokud vůbec. Termogram je obraz ve falešných barvách, zobrazující infračervenou energii nebo teplo vyzařované objektem. Porovnáním tepelné stopy normálně pracujícího zařízení s tepelnou stopou vadného dokonale odhalí oblast, ve které se závada nachází (viz Obr.2-1). Hlavní výhody infračervené termografie jsou rychlost testování bez poškození zařízení a možnost měření za provozu. Dokonce i když není termogram závady správně interpretován, může aspoň napovědět, že je potřeba další kontrola. Pro příklad je jednoduché provést rychlou inspekci elektrického motoru a zjistit jestli není něco v pořádku s ložisky nebo spojkou. Ložisko motoru, které je znatelně teplejší než jeho šasi, naznačuje problém s mazáním nebo nakloněním. Problém s nakloněním se také pozná, když je jedna strana teplejší než druhá (viz Obr.2-2).

Horký kryt ložiska značí možný problém spojený s náklonem, mazáním nebo závadu v motoru nebo zařízení k němu připojeném.

- 11 -

Obr.2-1: Tepelná stopa zařízení může rychle odhalit možnou závadu.

Obr.2-2: Ložisko motoru, které je znatelně teplejší než jeho šasi, naznačuje problém s mazáním nebo nakloněním.

Klíčem ke správnému odhalování chyb termálním zobrazovačem je mít dobré znalosti základních požadavků potřebných k detekci možných problémů nebo abnormálních stavů různých specifických částí přístroje. Například použití termálního zobrazovače k zjištění problému elektrického vypínače, když není pod proudem, je zbytečné, protože možný problém (teplejší místo) nebude viditelné, dokud vypínačem nepoteče proud. Stejně tak k úspěšnému zjištění problému parovodu musí být pozorován za provozu. Vědět přesně podmínky, které je třeba splnit k zjištění chyb částí přístrojů, není vždy jednoduché. Ke správnému zjištění chyb je potřeba, aby měl technik potřebné zkušenosti a dokonale rozuměl proměnným jako je přenos tepla, použití kamery, radiometrie a funkcím a závadám zařízení. Radiometrie je zjišťování a měření vyzařované elektromagnetické energie, konkrétně v infračervené části spektra.

- 12 -

Průběžná údržba Průběžná údržba (PÚ) je naplánovaná práce, která slouží k udržení špičkové efektivity operačního procesu. PÚ minimalizuje selhávání zařízení a závady během udržení výrobní efektivity a bezpečnosti práce na zařízení. To se projeví ve zvýšené životnosti zařízení, minimalizaci výpadků výroby, a lepším plnění výrobních plánů. Frekvence a zaměření PÚ u jednotlivých částí vybavení stanovuje výrobce v manuálu, publikacích a pracovník na základě svých zkušeností. Způsob poskytování komplexních informací o provozním stavu zařízení skrze hodnocení stavu a prohlídky je pro PÚ klíčový. Prohlížením teplotních obrazů zařízení je pak rozhodnutí opravit či vyměnit efektivnější, čímž se ušetří celkové výdaje a zvýší spolehlivost zařízení. Když je požadován po výrobci plně funkční kus zařízení, manažer si může pak být jist, že je toho výrobce schopen. Údržba je sofistikovaný souhrn aktivit řídících se určitými metodami. V posledních letech se zjistilo, že spousta starých metod při průběžné údržbě často způsobuje více problémů, než řeší. Kromě toho se nevrátí taková část investice jaká by mohla.

Preventivní údržba Preventivní údržba (PrÚ) je monitorování stavu opotřebení zařízení oproti povoleným mezím k účelu předvídání možných závad. Data o práci zařízení jsou analyzována k sestavení grafu výkonu zařízení. Opravy se pak provádějí na jejich základu. PrÚ často vyžaduje výraznou investici do monitorovacího zařízení a školení personálu. Běžně se však používá u drahých nebo důležitých přístrojů. Data získaná z monitorovacích zařízení jsou analyzována pro zjištění, zda jsou hodnoty v přijatelných mezích tolerance (viz Obr.2-3). Údržba je prováděna pokud hodnoty neodpovídají tolerancím. Zařízení je pak po údržbě přísně sledováno. Pokud problém zůstává, zkontroluje se design přístroje a případně se provedou změny. S úspěšnou PrÚ se obvykle může omezit průběžná údržba. Některé úkony údržby, jako např. promazání nebo vyčištění zařízení, se provádějí, spíše když jsou potřeba, než podle plánu. Termografie a termální zobrazování se používá ke zjištění provozuschopnosti zařízení a monitorování jeho stavu, pokud není sestaven časový rozvrh údržby ještě. Počáteční prohlídka zařízení se provádí při převzetí zařízení a během jeho instalace. Znalost počátečního stavu přístroje se používá k ověření dodržení parametrů zařízení výrobcem, nebo k příštímu porovnání stavu přístroje. Počáteční prohlídka je klíčová k zefektivnění PrÚ. Ať už při instalaci ovládacího panelu, střechy, parovodu nebo izolace budovy, teplotní zobrazování se používá k dokumentaci aktuálního stavu zařízení v době převzetí. Teplotní obraz mlže ukázat, zda byla instalace provedena správně. Pokud je zjištěna závada při instalaci, může být okamžitě napravena, nebo pokud to okolnosti dovolují monitorována, než nadejde čas údržby. Nezávisle na způsobu údržby v jednotlivých firmách je použití termografie prospěšné. Pokud se použije při odhalování chyb nebo údržbě, výhodou je zvýšení provozního stavu. Další velká výhoda je návrat investic při kontrole spolehlivosti, snížení doby pro údržbu a celkového stresu údržbářů.

- 13 -

Obr.2-3: Preventivní údržba se nejčastěji používá u drahých nebo důležitých zařízení.

- 14 -

3. Trénink a bezpečnost Termální zobrazovače se mohou používat k velkému množství úkolů v komerčním a průmyslovém prostředí. Mnoho těchto úkolů se odehrává v nebezpečných oblastech, jako např. u zařízení pod proudem, které je umístěno ve výšce. Je potřeba správný trénink při používání termálního zobrazovače spolu se souborem pravidel bezpečnosti k správnému a efektivnímu splnění úkolu. K takovému tréninku je sepsána spousta různých pravidel a postupů.

Kvalifikace a osvědčení technika Naučit se používat moderní termální zobrazovače je relativně jednoduché. Většinou se to dá zvládnout za pomocí jednoduchého vysvětlení a vyzkoušení. Naproti tomu správně interpretovat teplotní obraz je často mnohem obtížnější. Není potřeba jen základních znalostí oboru termografie, ale také dalšího, více intenzivnějšího zkoušení a tréninku a dostatku znalostí o daném zobrazovači. K stoprocentní návratnosti investic v termografii důkladně kvalifikovat technika. Nezávisle na různých způsobech použití jednotlivých přístrojů je kvalifikace technika založena na tréninku, zkušenostech a testování v jedné ze tří kategorií osvědčení (viz Obr.3-1). Zatímco osvědčení technika představuje investici, jedná se o investici, která se vysoce vyplatí. Nejenže personál s osvědčením provádí vysoce kvalitní kontroly, ale jejich práce je i technicky lépe zpracovaná. Technici bez osvědčení častěji provedou nějakou drahou nebo nebezpečnou chybu. Tyto chyby se pak mají často vážné následky, jako je nesprávné pochopení závažnosti objeveného problému nebo dokonce jeho přehlédnutí. I když je správná kvalifikace důležitá, nesmí se opomenout ani důležitost psaných úkonů pro údržbu k získání nejkvalitnějších výsledků. Úrovně osvědčení technika Kvalifikován k získávání vysoce kvalitních 1. úroveň dat a rozlišování vyhovujícího a nevyhovujícího podle psaných kritérií. Kvalifikován k nastavování a kalibraci 2. úroveň zařízení, interpretaci dat, vytváření zpráv a dozoru nad personálem úrovně 1. Kvalifikován k vytváření kontrolních procedur, interpretaci platných norem a 3. úroveň spravování programu zahrnujícího trénink a testování zaměstnanců. Obr.3-1: Jsou tři úrovně osvědčení technika V USA zajišťuje osvědčení pracovníkům zaměstnavatel v souladu se standardy Americké Společnosti pro Nedestruktivní Testování. Americká Společnost pro Nedestruktivní Testování (ASNT) je organizace, která pomáhá vytvořit bezpečnější prostředí vytvářením profesí zaměřených na nedestruktivní testování a podporováním nedestruktivních testovacích technologií v publikacích, osvědčeních, výzkumu a na konferencích. V jiných koutech světa je osvědčení poskytováno různými firmami, které se na to specializují a které se řídí stanovami Mezinárodní Organizace pro Standardizaci. Mezinárodní Organizace pro Standardizaci (ISO) je nevládní mezinárodní organizace, která sestává z institutů zabývajících se standardizací po více než 90 zemích světa.

- 15 -

V obou případech je kvalifikace založena na správném tréninku, jak je také uvedeno v dokumentech obsahujících přípustné normy. Je také potřeba určité dávky zkušeností a nějakého druhu psaných testů.

Bezpečnost na pracovišti K dodržení bezpečnosti práce je potřeba určitého stupně proškolení, znalostí a dodržení pracovních postupů. Zdravý rozum řekne mnoho o při dodržování bezpečnosti práce, ale často se používá zvláštních opatření pro speciální aplikace. Např. technik, který kontroluje elektrický systém, může být vystaven vysokému potenciálu obloukového výboje. V mnoha příkladech technici kontrolují zařízení pod proudem, které může okamžitě po odkrytování zapálit oblouk mezi fázemi nebo fází a zemí. Elektrický oblouk je extrémně horký způsob vybití elektrického náboje proražením izolačních vlastností vzduchu. Teplota oblouku může dosáhnout až 35000 °F (19427 °C). Obloukový výboj je exploze, která nastane, když je vzduch obklopující elektrické zařízení silně ionizován a vodivý. Nebezpečí obloukového výboje je nejvyšší u zařízení nad 480 V. Hranice elektrické bezpečnosti je vzdálenost, ve které je pro prevenci popálenin způsobených elektrickým obloukem potřeba nosit ochranné pomůcky (viz Obr.3-2). Zatímco by elektrický okruh, který je opravován, měl být odpojen, existuje stále možnost, že blízké elektrické okruhy uvnitř hranice jsou stále pod proudem. Proto je potřeba nosit ochranné pláště a správné ochranné pomůcky pro ochranu před elektrickým obloukem. Vždy musí tedy být dodržena bezpečnost práce, protože následky úrazu elektrickým obloukem jsou velmi rozsáhlé, nebo rovnou smrtelné. Když je minimalizováno riziko úrazu obloukovým výbojem neotevíráním krytu, tak je také eliminováno mnoho výhod termografie, protože nelze vidět skrz kryty (viz Obr.3-3). Díky tomu je mnoho krytů vybaveno speciálním infrapropustným okénkem. Toto vylepšení může snížit riziko oblouku a poskytnout dobré výsledky měření. Když je potřeba kryty nebo dvířka otevírat k měření, je potřeba také opatrně vymyslet a dodržovat procedury, které při měření minimalizují nebezpečí obloukového výboje. Mezinárodní Agentura pro Ochranu před Ohněm (NFPA) 70E je jeden z několika standardů, který se při vývoji takových metod může použít. Hranice elektrické bezpečnosti Omezený přístup za hranici Vyhrazený přístup za hranici Zakákaný přístup Napětí (povolení Vystavený Vystavená pevná za hranici náhodného pohyblivý vodič součást průchodu) 0 – 50 V 51 – 300 V 10´ - 0´´ 3´ - 6´´ Předejít kontaktu Předejít kontaktu 301 – 750 V 10´ - 0´´ 3´ - 6´´ 1´ - 0´´ 0´ - 1´´ 751 – 15000 V 10´ - 0´´ 5´ - 0´´ 2´ - 2´´ 0´ - 7´´ Obr.3-2: Hranice elektrické bezpečnosti je doporučená vzdálenost, ve které je potřeba nosit ochranné pomůcky k prevenci popálenin možným elektrickým obloukem.

- 16 -

Obr.3-3: Když je potřeba kryty nebo dvířka otevírat k měření, je potřeba také opatrně vymyslet a dodržovat procedury, které při měření minimalizují nebezpečí obloukového výboje.

Rutinní elektrické prohlídky mohou být mnohem bezpečnější a efektivnější, když jsou prováděny týmově. Tým by měl obsahovat dva lidi, a to měřícího technika a kvalifikovanou osobu, která otevře kryt, změří zatížení a bezpečně zavře kryt po skončení prohlídky. Kvalifikovaná osoba je osoba, která má znalosti a zkušenosti spojené s konstrukcí a obsluhou elektrického zařízení a obdržela náležité bezpečnostní proškolení. Práce při inspekci budov je typicky méně riskantní. Ale přece jen existuje určité riziko při práci na lešení nebo v podkroví. Je třeba také dbát pozornosti při inspekci na probíhající stavbě. Technici pracující ve výrobním prostředí si musejí vždy dávat pozor na nebezpečí zakopnutí, pádu a nebezpečí v uzavřených prostorách. Světlé viditelné oblečení může být také požadováno v mnoha různých prostředích. Na střechách je potřeba dávat pozor na nebezpečí pádu nejen nepadnutím přes okraj střechy, ale také vlivem možné únavy materiálu střechy. Proto by práce na střeše neměla být nikdy prováděna o samotě. Mimo to se zavádějí zvláštní opatření i v noci. Technik může být oslepen zářivým displejem zobrazovače. Nehody se většinou stávají, když není práce na zařízení plánovaná, nebo když se změní náplň práce ale plán ne. Vždy by měl být tedy vypracován a dodržován plán bezpečnosti práce. Pokud se nějaké okolnosti změní, plán musí být náležitě přepracován. Vedení Bezpečnosti a Neškodlivosti Práce (OSHA) je americká vládní agentura, založená na základě smlouvy o bezpečnosti a neškodlivosti práce z roku 1970, která přikazovala zaměstnavatelům zajistit bezpečné pracoviště pro jejich zaměstnance. Např. OSHA požaduje, aby na pracovištích nehrozilo žádné nebezpečí, které by v případě nehody mělo za následek vážné zranění. Opatření OSHA prosazuje americká vláda a plány pro bezpečnost práce mohou být vyvíjeny na základě příruček OSHA.

- 17 -

Standardy a psané postupy inspekce Psané postupy inspekce jsou nezbytné k získání nejlepších výsledků. Např. zkoušet upéci koláč bez receptu by bylo o dost obtížnější, než když máte recept, podle kterého můžete postupovat. Psané postupy inspekce se mohou prakticky považovat za „recepty na úspěch“. Vytváření těchto „receptů na úspěch“ jako investice, nemusí být obtížné. Obvykle je užitečné zapojit malou skupinu jednotlivců, kteří mají náležité zkušenosti a praxi s inspekcemi v různých oborech. Jakmile je sepsán postup inspekce, měl by být důkladně a pravidelně kontrolován kvalifikovaným personálem, aby se zajistilo, že pořád představuje nejlepší způsob inspekce. Existuje mnoho standardů týkajících se kontrol, které poskytují základy pro jednoduché postupy inspekcí. Např. výbor profesionálů pracoval s oběma ISO i Mezinárodní Americkou Společností pro Testování Materiálů (ASTM), aby vyvinul několik přípustných standardů. Mezinárodní Americká Společnost pro Testování Materiálů (ASTM) je technická společnost a hlavní vývojář dobrovolných standardů, technických informací a služeb spojených s veřejným zdravím a bezpečností. ASTM se také podílí na spolehlivosti produktů, materiálů a služeb. Tyto standardy pomáhají určit výkon infračervených systémů. Také popisují nejlepší způsob inspekce izolací budov, úniku vzduchu, elektrických a mechanických systémů, střech a silničních přechodů (viz Obr.3-4). Organizace pro jiné standardy v jiných zemích mohou mít další pravidla, která se mohou použít. Např. mnoho jich má standardy, které se zabývají bezpečností práce přímo technika měřícího termokamerou elektrické systémy. Díky široké škále dostupných termálních zobrazovačů a širokému rozmezí jejich cen, se stala termografie velmi dostupnou. Ovšem organizace, které investují do vývoje kvalitních teplotních zobrazovacích systémů, procedur inspekce a kvalifikace personálu, mají značnou výhodu. Praktický budou mít z toho dlouhodobé výhody, které ostatní organizace mít nebudou.

Obr.3-4: Existují různé druhy termálních zobrazovačů určené k různým druhům aplikací a inspekcí.

- 18 -

4. Teorie v praxi Teorie termodynamiky a věda zabývající se jí jsou založeny na různých způsobech přenosu tepla mezi různými materiály. Termální zobrazovače zjišťují informace založené na principech termodynamiky. Technici musejí být srozuměni s omezeními termografie a termálních zobrazovačů při měření dat na různých konstrukcích, zařízeních a materiálech.

Základy termodynamiky Termodynamika je věda zabývající se způsoby přechodu, přeměny a ovlivňováním okolí tepelnou energií (teplem). K použití moderních infračervených zařízení je potřeba rozumět přechodu tepla a principům radiace. I když jsou moderní přístroje velmi sofistikované, stále nemohou samy myslet. Hodnota moderního vybavení je určena schopností technika interpretovat správně data, což vyžaduje praktické základní vědomosti o přechodech a radiaci tepla. Energie je schopnost provádět práci. Energie může nabývat mnoha různých forem. Např. uhlím poháněný elektrický generátor převádí chemickou energii z fosilního paliva na tepelnou energii spalováním. Ta pak produkuje mechanickou energii v parním generátoru, který ji dále převádí na elektrickou energii. Během těchto přeměn, ačkoli se hůře spoutává, žádná energie nezaniká. První termodynamický zákon říká, že při přeměně tepelné energie na práci nebo naopak, je množství práce a tepla vždy ekvivalentní. Výhodou termoměřičů je skutečnost, že vedlejší produkt při téměř všech přeměnách energie je teplo nebo tepelná energie. Energie nemůže být vytvořena nebo zničena, pouze přeměněna. Teplota je stav relativního oteplení nebo ochlazení těla v porovnání s jiným. Nevědomky porovnáváme teplotu našeho těla nebo okolní teplotu vzduchu s teplotou varu nebo tuhnutí vody. Druhý termodynamický zákon říká, že když existuje teplotní rozdíl mezi dvěma předměty (body), tepelná energie se začne přesouvat z teplejší oblasti (vyšší energie) do chladnější oblasti (nižší energie) dokud nenastane tepelná rovnováha. Přenos tepla se projeví buď přesunem elektronů, nebo molekulárníma vibracemi. To je důležité vědět, protože právě to se měří při měření teploty.

Způsoby přenosu tepla Tepelná energie se může přenášet třemi způsoby: vedením, prouděním a zářením (radiací). Každý tento způsob může být ustálený nebo proměnný. Během ustáleného přenosu, je přenos tepla konstantní v čase do všech stran. Např. plně zahřátý přístroj při konstantním zatížení přenáší pořád stejné množství tepla do svého okolí. Ve skutečnosti neexistuje něco jako dokonalý ustálený tepelný tok. Pořád existují malé výkyvy způsobené změnami v okolí, ale pro praktické účely se většinou ignorují. Vedení tepla je přenos tepla z jednoho objektu na druhý jejich přímým kontaktem. Proudění tepla je přenos tepla, který nastává při přenosu tepla mezi teplými a chladnými oblastmi ve vzduchu, plynech a kapalinách. Tepelná radiace nastává, při vyzařování energie (elektromagnetických vln) bez přímého přenosového média. Když se přístroj zahřeje nebo ochladí, teplo se průběžně přenáší. Pochopení těchto vztahů je pro termoměřiče důležité, protože přenos tepla je obvykle velmi spjatý s teplotou objektu.

- 19 -

Tepelná kapacitance Tepelná kapacitance je schopnost materiálu absorbovat a uchovat teplo. Když se teplo přenáší v různém množství z různých směrů, říká se, že se přenáší proměnlivě. Navíc protože jsou některé materiály proměnlivé, přenáší se různé množství energie v závislosti na jejich teplotě. Např. velmi málo energie je potřeba ke změně teploty vzduchu v místnosti v porovnání se změnou teploty vody o stejném objemu v plaveckém bazénu. Tepelná kapacitance popisuje kolik je potřeba přidat nebo odebrat energie materiálu ke změně teploty. Jak rychle nebo pomalu tato změna teploty nastane, také závisí na tom, jak se v materiálu přenáší teplo. Zatímco tepelná kapacitance, jak nazýváme spojení mezi teplem a teplotou, může být matoucí, může být přínosem pro termoměřiče. Např. nalézt hladinu kapaliny v nádrži je možné díky rozdílným hodnotám tepelné kapacitance kapaliny a vzduchu. Když se teplota nádrže mění, mohou se pak vyskytnout kapalina i vzduch o různých teplotách.

Vedení tepla Vedení tepla je jeho přenos z jednoho objektu na druhý jejich přímým kontaktem. Přenos tepla vedením se vyskytuje, až na pár výjimek u kapalin, kde molekuly přenášejí svou energii přímo na sousední chladnější molekuly, hlavně u pevných objektů. Např. vedení tepla nastane, když se dotknete hrnku horké kávy nebo chladného nápoje. Rychlost, s jakou probíhá teplený přenos, závisí na tepelné vodivosti materiálů a na teplotním rozdílu (ΔT) mezi nimi. Tyto jednoduché vztahy jsou popsány Fourierovým zákonem. Např. když držíte šálek horké kávy při použití rukavice, přenese se velmi málo tepla v porovnání s tím, kdybyste jej drželi v holé ruce. Teplý šálek kávy zase nepřenese tolik energie jako horký šálek, a to kvůli tomu, že teplotní rozdíl není tak velký. Podobně tak je za stejnou dobu na větší vzdálenost potřeba přenést větší množství energie. Tepelný vodič je materiál, který snadno přenáší teplo. Kovy jsou typické velmi dobré tepelné vodiče. Ovšem s různými materiály se může měnit i jejich tepelná vodivost. Např. železo je velmi méně vodivé než hliník. Tepelní izolant je materiál neschopný nebo velmi špatně tepelně vodivý. Často jsou to materiály jako izolační pěna nebo vrstvené oblečení, které obsahuje malé vzduchové kapsy, které zpomalují přenos tepla (viz Obr.4-1). Obr.4-1: Izolace se instalují na zdi k omezení přenosu tepla. Špatně nainstalovaná izolace nezabrání dostatečně přenosu tepla.

- 20 -

Tepelné proudění Tepelné proudění nastává přenosem tepla mezi teplejšími a chladnějšími oblastmi v tekutinách (kapalinách a plynech) a představuje masový pohyb molekul o různých teplotách. Např. bouřkový mrak je proudění, které nastává ve velkém měřítku, a při kterém teplý vzduch stoupá a chladný vzduch klesá. V menším měřítku se tepelné proudění odehrává při klesání chladného likéru v šálku horké kávy ke dnu. Tepelné proudění ze z části definováno vzdáleností a rozdílem teplot. Např. vodní chlazení na velkém motoru odebere více tepla než na malém motoru, díky jeho větší ploše. Jsou však i další činitele ovlivňující tepelné proudění, jako třeba rychlost proudění tekutiny, směr jejího proudění a stav povrchu objektu. Chlazení na motoru zanesené nečistotami neodvádí teplo tak efektivně jako čisté. Stejně tak jako u vedení tepla, má většina lidí dost zkušeností s tepelným prouděním, jehož principy jsou více popsány Newtonově zákoně o ochlazování. Přirozené tepelné proudění nastává, když teplejší tekutiny stoupají a chladnější klesají, jako např. v chladících trubicích olejových transformátorů (viz Obr.4-2).

Obr.4-2: Přirozené tepelné proudění nastává, když teplejší tekutiny stoupají a chladnější klesají, jako např. v chladících trubicích olejových transformátorů. Když je proudění vynucené např. pumpou nebo větrákem, jsou základní vztahy překonány, protože vynucené proudění může být o dost efektivnější. Když fouká vítr, cítíme vetší chlad, což je důkaz toho, že ztrácíme teplo rychleji, než když vítr nefouká. Vítr také silně ovlivňuje teplotu objektů kontrolovaných teplotními zobrazovacími systémy.

Tepelná radiace Radiace je přenos energie mezi objekty, který se odehrává za rychlosti světla pomocí elektromagnetické energie. Protože není potřeba žádné přenosové médium, může k tepelné radiaci docházet i ve vakuu. Příklad elektromagnetické energie je když cítíte teplo sálající ze slunce. Elektromagnetická energie je záření ve formě vln s elektrickými a magnetickými vlastnostmi. Elektromagnetická energie může nabírat několika forem zahrnujících např. světlo, rádiové vlny a infračervené záření. Hlavní rozdíl mezi všemi těmito druhy záření je jejich vlnová délka. Zatímco je lidské oko citlivé na vlnové délky známé jako viditelné světlo, termální zobrazovače jsou citlivé na - 21 -

vlnové délky infračerveného záření. Různě vlnové délky tvoří různé části elektromagnetického spektra. Stefan-Boltzmannova rovnice popisuje, jak se teplo pohybuje při vyzařování. Všechny objekty vyzařují teplo. Stejně jako u tepelného vedení a proudění závisí i u radiace množství energie na vzdálenosti a teplotním rozdílu. Čím teplejší je objekt, tím více tepla vyzařuje. Např. rozpálená kamna vyzařují větší množství energie, než chladná. Elektromagnetické spektrum je souhrn všech vlnových délek různých druhů elektromagnetické radiace (viz Obr.4-3).

Obr.4-3: Elektromagnetické spektrum je souhrn všech vlnových délek různých druhů elektromagnetické radiace.

Koncepce uskladnění energie Světlo a infračervené záření se chovají podobně při působení na různé materiály. Infračervené záření je odraženo některými typy povrchů, jako je kovový podklad pod kamny. Odraz teplých i chladných objektů je viditelný infračerveným zobrazovačem na některých površích, jako jsou lesklé kovy, kterým říkáme „tepelná zrcadla“. V několika případech infračervené záření prochází skrz různé povrchy, jako např. čočku termálního zobrazovače. Infračervené záření může být pohlceno jiným objektem, jako například rukou blízko horkých kamen. V těchto případech teplota změní výsledky, protože dochází k vyzařování (emitování) většího množství enrgie. - 22 -

Průchod označuje průnik energie materiálem nebo stavbou. Infračervené záření může být také absorbováno povrchem, což se projeví změnou teploty a emitováním většího množství energie z povrchu objektu. Absorpce je pohlcování vyzařované energie. Emitování je uvolňování energie vyzařováním. Přestože infračervené zobrazovací systémy jsou schopné měřit odražené, procházející, absorbované a emitované záření, pouze energie absorbovaná tělesem ovlivní teplotu jeho povrchu (viz Obr.4-4).

Obr.4-4: Záření se může odrážet, procházet, absorbovat nebo emitovat (vyzařovat).

K tomu všemu závisí také množství vyzářeného tepla z povrchu tělesa na tom, jak účinně daný povrch teplo vyzařuje. Většina nekovových materiálů, jako jsou barevné nátěry nebo lidská kůže, energii vyzařují efektivně. To znamená, že s jejich zvyšující se teplotou vyzařují úměrně více energie, jako např. kamna. Jiné materiály, povětšinou nenatřené, nebo velmi málo zoxidované kovy, jsou méně efektivní, co se týče vyzařování energie. Když se zahřeje holý kov, je patrné malé zvýšení vyzařované energie a je obtížnější vidět rozdíl mezi teplým a chladným místem na povrchu vlastníma očima nebo termálním zobrazovačem. Holé kovy mají typicky malou hodnotu emisivity (malou schopnost vyzařování). Emisivita je charakterizována číslem v rozmezí 0,0 až 1,0. Povrch s hodnotou 0,1 je typicky lesklá měď, která vyzařuje velmi málo energie v porovnání s lidskou kůží, která má emisivitu zhruba 0,98. Jedno z úskalí používání termálních zobrazovačů je, že zobrazují energii, která je lidským okem neviditelná. To může být občas matoucí. Nejenže povrchy s malou emisivitou, jako jsou kovy, vyzařují energii hůře, ale také se v nich odráží teplota okolí. Když je předmět skenován termálním zobrazovačem, zobrazovač ukáže na obraze kombinaci vyzářeného a odraženého infračerveného záření. K pochopení toho co je na obraze, musí technik rozumět tomu, co je na obraze energie vyzářená a co odražená. Několik dalších faktorů může ovlivnit emisivitu. Mimo s druhem materiálu se může emisivita měnit i se změnou stavu povrchu, teplotou a vlnovou délkou. Efektivní emisivita se také může měnit s úhlem pohledu (viz Obr.4-5). - 23 -

Není těžké popsat emisivitu většiny materiálů, které nejsou zrovna lesklé kovy. Mnoho materiálů bylo už popsáno a hodnoty jejich emisivit jsou v tabulkách, které by měly být používány pouze orientačně. Protože opravdová hodnota emisivity se může od těchto hodnot lišit, musí technici vědět, jak se měří aktuální hodnota emisivity (vid Obr.4-6). Dutiny, mezery a otvory emitují energii ve větší míře než povrch kolem nich. To samé platí i pro viditelné světlo. Např. zornička lidského oka je černá, protože se jedná o otvor a světlo, které jím projde je absorbováno. Když je povrchem absorbováno všechno světlo, říkáme, že je „černý“. Hodnota emisivity dutiny, která je sedmkrát hlubší než širší, se blíží k 0,98.

Obr.4-5: Emisivita může být ovlivněna typem materiálu, stavem povrchu, teplotou, vlnovou délkou a úhlem pohledu. Hodnoty emisivity běžných materiálů Materiál Emisivita* Hliník, leštěný 0,05 Cihla, běžná 0,85 Cihla, pálená, hrubá 0,94 Litina 0,81 Beton 0,54 Měď, leštěná 0,01 Měď, zoxidovaná do černa 0,88 Elektrikářská páska, černá plastová 0,95 Sklo 0,92 Lak nebo Bakelit 0,93 Barva, průměrná olejová 0,94 Papír, černý, matný 0,94 Porcelán, malovaný 0,92 Guma 0,93 Ocel, galvanizovaná 0,28 Ocel, silně zoxidovaná 0,88 Asfaltový papír 0,92 Voda 0,98 * Hodnoty emisivity všech materiálů se měří při teplotě 0 °C (32 °F), ale o mnoho se neliší od hodnot naměřených při pokojové teplotě. - 24 -

Obr.4-6: Hodnoty emisivity mnoha běžných materiálů jsou v tabulkách emisivit.

Teplota povrchu Díky tomu že u většiny objektů lze vidět pouze povrchová tepelná stopa (protože jsou neprůhledné), musí termoměřič správně interpretovat a analyzovat tyto tepelné stopy a přiřadit k nim vnitřní teploty objektu. Např. vnější zeď domu ukazuje na zobrazovači různé teploty, ale úkolem technika je přiřadit je k určitým místům a tepelnému výkonu domu. Aby se to dalo udělat správně, je potřeba rozumět tomu, jak teplo prochází různými materiály ve zdi. Během chladného počasí vychází teplo z vnitřku domu skrze zeď na její vnější povrch a ten se dostává při chladnutí do tepelné rovnováhy se svým okolím. To je přesně to, co vidí termoměřič zobrazovačem a musí správně popsat. Tyto vztahy mohou být občas docela složité, ale nejlépe se dají pochopit jednoduše při použití zdravého rozumu a základní znalostí problematiky.

Emisivita Kovy, které jsou nechráněné nátěrem, nebo nezoxidované se zobrazovačem velmi obtížně měří, protože vyzařují mnohem méně vlastní energie, než odrážejí energie z okolí. I když se jen díváme na tepelnou nebo přímo měříme, musíme tyto okolnosti brát v úvahu. U mnoha zobrazovačů se dá nastavit korekce pro emisivitu i odraz teploty okolí. Korekční tabulky pro emisivitu byly sestaveny pro mnoho různých materiálů. Zatímco mohou být korekční tabulky pro emisivitu užitečné při pochopení, jak se bude materiál chovat, ve skutečnosti i malá chyba při korekci materiálů s malou emisivitou vede k nepřijatelně vysokým chybám. Povrchy s malou emisivitou by měly být pro účely měření nějak ošetřeny, jako např. olepeny elektrikářskou páskou, nebo natřeny matnou barvou, což pak zjednoduší a zpřesní celkové měření teploty.

Přesnost měření teploty Přesnost moderních měřících přístrojů je poměrně vysoká. Při prohlížení povrchů s dostatečnou teplotou v použitém měřícím rozsahu a vysokou emisivitou, se přesnost měření pohybuje typicky kolem ±2 °C (3,6 °F) nebo 2% (ale samozřejmě se tato hodnota může lišit u různých modelů zobrazovačů). Navíc také díky tomu, že infračervené měřicí přístroje nepotřebují kontakt s měřeným objektem, je infračervená technologie velmi přesná. Protože jsou tato teplotní měření založená na detekci infračerveného záření, mohou následující faktory snížit jejich přesnost:    

Hodnota emisivity nižší než 0,6 Výkyvy nebo rozdíly teplot větší než ±30 °C (54 °F) Měření mimo rozlišení systému (cíl je velmi malý nebo velmi daleko) Zorné pole

Zorný úhel (Field Of View) Zorný úhel (FOV) je vlastnost zobrazovače, která určuje, jak velký obraz je schopen zachytit. Objektivy mají největší vliv na velikosti FOV nezávisle na velikosti zorného pole. Ovšem velké zorné pole poskytuje lepší náhled okolí nezávisle na použité optice v porovnání s menším zorným polem. V některých aplikacích, jako je měření venkovních objektů je velký FOV užitečný. Zatímco malé zorné pole poskytuje dostačující detail v budově, je např. u měření v transformovně potřeba detailu většího (viz Obr.4-7). - 25 -

Obr.4-7: Zorný úhel (FOV) je vlastnost zobrazovače, která určuje, jak velký obraz je schopen zachytit s daným objektivem.

Okamžitý zorný úhel (Instantaneous FOV) Okamžitý zorný úhel (IFOV) se používá k popisu schopnosti zobrazovače zachytit prostorový detail (prostorové rozlišení). IFOV se uvádí jako úhel v miliradianech (mRad). Při zachycení obrazu na detektoru skrze objektiv pomáhá IFOV určit velikost objektu při jeho známé vzdálenosti. Měření IFOV je měření, které určuje minimální velikost měřitelného objektu při dané vzdálenosti (viz Obr.4-8). Uvádí se jako úhel (v mRad), ale je typicky třikrát větší než IFOV. To je díky tomu, že zobrazovač zobrazovač potřebuje mnohem více informací k měření objektu, než k jeho zachycení. Je dobré rozumět a pracovat v prostorovém a měřícím rozsahu specifickém pro každý systém. Nedodržení může vést k nesprávnému měření nebo přehlédnutí detailů.

Vlivy prostředí Údaj naměřený na jakémkoliv povrchu, i když zdánlivě přesný, se může znatelně lišit od skutečnosti, když je teplotní rozdíl mezi viditelným povrchem a vnitřním zdrojem tepla vysoký, jako např. při vnitřní závadě na olejem chlazených elektrických zařízeních. Technik jednoduše neuvidí změnu na povrchu při vnitřní změně stavu. Překvapivě i např. šroubované elektrické spoje mají často velmi strmou teplotní závislost při malých fyzikálních rozdílech. Proto by se vždy měl dávat pozor při interpretaci tepelného obrazu na to, jak se na něm mohou projevovat vnitřní stavy zařízení.

- 26 -

Podobné zhoršení hodnot může nastat, když jsou vnější působící vlivy na objekt silné nebo neznámé, jako např. při měření střechy s nízkým sklonem, na které se při silném větru odpařuje vlhkost. Vlhkost pak není vidět, protože ve větru zmizí charakteristická tepelná stopa. Vlhké povrchy se také mohou špatně měřit při vysoké teplotě a při mrazu.

Obr.4-8: Měření IFOV je měřící rozlišení termálního zobrazovače, které popisuje, jak malý objekt je schopen měřit na danou vzdálenost. IFOV se dá přirovnat k zaznamenání vzdálené cedule, zatímco IFOV měření se dá přirovnat k jejímu přečtení, protože je tak bližší nebo větší.

- 27 -

5. Barevné tepelné snímky různých aplikací

- 28 -

- 29 -

- 30 -

- 31 -

- 32 -

- 33 -

- 34 -

- 35 -

- 36 -

- 37 -

- 38 -

- 39 -

- 40 -

- 41 -

- 42 -

- 43 -

6. Použití termografie Termografie a termální zobrazování může být použita v aplikacích jako např. inspekci elektrických a mechanických zařízení a kontrole budov. Elektrická zařízení zahrnují např. motory a systémy pro distribuci a transformaci elektrické energie. Mechanická zařízení zahrnují např. automatizované výrobní systémy. Kontrola budov zahrnuje např. kontrolu vlhkosti střechy, kontrolu izolace budovy, kontrolu prosakování vlhkosti a úniku tepla. Izolací je myšlen materiál ve zdech, stropech a podlahách, k tomu určený.

Elektrické aplikace Termální zobrazovače se nejčastěji používají k zjišťování závad na elektrických systémech, protože testování je bezkontaktní a rychlé. Většinou se porovnává pouze kvalita elektrických systémů, což znamená jednoduše porovnat tepelné obrazy podobných komponent. Tepelný obraz je snímek, zachycující v určitém čase úroveň vyzařovaného tepla z objektu. Např. u třífázových elektrických systémů je závada hned jasná, protože za normálních podmínek mají všechny tři fáze skoro vždy stejnou teplotu. Termografie je efektivní zejména proto, že závady na zařízeních mají často jednoduché, snadno rozpoznatelné tepelné stopy. Mimo to, tepelné známky možných závad jsou viditelné i v případě, že normální prohlídka řekne o závadě velmi málo, pokud vůbec něco. Možná závada označuje abnormální nebo podezřelý stav v zařízení. Ačkoliv možné závady nemusí být vždy odhalitelné, nebo jejich příčina špatně pochopena, není pochyb o tom, že teplo produkované na vysokých odporech typicky předchází elektrickým závadám. Když má jedna nebo více fází, nebo komponentů, rozdílnou teplotu i při normálním zatížení, může být přítomna možná závada. Např. velmi vysoký odpor se projeví zahříváním v bodě spoje. Nicméně při chybě, tedy bez napájení, mohou být komponenty chladnější. Otevřený kryt elektrického zařízení může vystavit technika různým nebezpečím úrazu. Většinou se nejedná o nebezpečí úrazu vlivem přímého styku s elektrickým zařízením, protože termografie je bezkontaktní, ale spíše o nebezpečí úrazu obloukovým výbojem, zvláště u napětí vyšších než 480 V. Např. otevření krytu zařízení může zažehnout oblouk, pokud je uvnitř vadný vypínač nebo přítomný hmyz nebo prach. To může vést k zažehnutí oblouku mezi fází a zemí. Po zažehnutí může oblouk dosáhnout teploty přes 16650 °C (30000 °F) za méně než půl sekundy. Pouze pověřený a zaškolený personál by měl otevírat kryty zařízení pod proudem. Termoměřiči by měli udělat vše, co mohou k pochopení a minimalizaci nebezpečí obloukového výboje. Mezinárodní stanovy poskytují detailní informace potřebné k minimalizaci nebezpečí spojených s elektrickým obloukem. Tyto informace obsahují poučení o nebezpečí, procedurách provádění inspekcí a pojednání o nezbytných ochranných pomůckách (PPE – personal protective equipment). PPE jsou navrženy pro minimalizaci možného poškození způsobeného obloukovým výbojem a typicky zahrnují ochranu očí, hlavy, kůže a rukou (viz Obr.6-1). Postupy inspekcí elektrických systémů jsou založeny na zdravém rozumu, technologii a dobrém cviku údržbáře. Pokud je to možné, měly by být elektrické součásti pod proudem a kontrolovány přímo termálním zobrazovačem. - 44 -

Příležitostně se musí provádět i kontrola z nepřímého pohledu, jako třeba zakrytovaný motor, nebo zakrytovaný stropní jeřáb. I když to může být nezbytné, jako např. u stropního jeřábu, nedoporučuje se to u běžných měření. Pokud nemůže být kryt odstraněn, nemusí data z měření odhalit potřebné detaily. Přístup k některým přístrojům může být tak složitý a/nebo nebezpečný, že je třeba dalších opatření. Další metody kontrol mohou vyžadovat použití malého kukátka, nebo infrapropustného okénka, k poskytnutí pohledu do uzavřeného prostoru. Dají se však použít i jiné technologie, jako např. ultrazvuk.

Obr.6-1: PPE typicky zahrnují ochranu očí, hlavy, kůže a rukou minimalizací možného poškození způsobeného intenzivním žárem a jiných nebezpečí elektrického oblouku. Je dobré správně umístit infrapropustné okénko tak, aby byly všechny součástky zařízení viditelné. Infrapropustné okénkuje malé zařízení, instalované na kryty elektrických zařízení, propouštějící infračervené záření, které se pak dá měřit termálním zobrazovačem, bez nutnosti dále otevírat kryt zařízení (viz Obr.6-2).

Obr.6-2: Infrapropustné okénko umožňující průchod infračerveného záření do termálního zobrazovače bez potřeby otevření krytu.

- 45 -

Je možno také použít zařízení detekující ultrazvukové kmity. Ultrazvukové kmity jsou zvuk, který vytváří vadné elektrické spoje. Je mimo slyšitelný rozsah, ale může být zaznamenán speciálními zařízeními k tomu určenými. Dokonce i mikrojiskření ve spoji produkuje zjistitelné ultrazvukové kmity, díky prasklinám nebo malým dírkám v krytu. Během kontroly se obzvlášť dává pozor na elektrické spoje. Elektrické spoje jsou místa kontaktu, které snadno podléhají zahřívání, vlivem přechodového odporu a jsou tak hlavním zdrojem systémových závad. Nerovnoměrné zatížení fází může být taky odhaleno. To je sice často považováno za běžné, např. u světelných okruhů, ale může to vyústit k velmi drahým závadám jiných elektrických systémů, jako např. u elektrického motoru, který vlivem přetížení jednoho okruhu přijde o jednu fázi. Ačkoliv jsou termální zobrazovače široce používané v elektrických aplikacích, často se používají neefektivně nebo nesprávně. Potenciální problém může být přehlédnut, nebo špatně pochopen. Mnoho jiných faktorů, než jen samotný problém, může ovlivňovat teplotu povrchu zaznamenanou termálním zobrazovačem. Mimoto, vztah mezi závadou a zahříváním, zvláště pak po určitém čase, není vždy správně pochopen. Je dobře známo, že teplota elektrických spojů se v závislosti na zatížení mění. Teplo vycházející z vysokého přechodového odporu je předvídatelné (I2R), ale teplota které dosáhne už moc ne. Kvůli tomu některé standardy doporučují provádět inspekci při 40% zatížení, nebo při nejvyšším možném zatížení. Zvláštní pozornost by se měla věnovat nerovnoměrnostem, nalezeným při nízkém zatížení, kde se zatížení s budoucím používáním zvýší. Když se kryty zařízení nedají snadno otevřít a jsou zahřáté, jako např. u zakrytovaného stropního jeřábu, teplotní rozdíl mezi daným problémovým místem a povrchem krytu bude obvykle velmi velký. Teplota povrchu, i tak malá jako 2,8 °C (5 °F), může např. u zakrytované sběrnice znamenat vnitřní závadu. U olejem chlazených zařízení, jako např. transformátorů, se vyskytují podobné (nebo i vyšší) teplotní rozdíly. Pozor se musí dávat obzvláště u venkovních inspekcí, kdy vítr dosahuje rychlosti více než 8 km/h (5 mil/h). Např. teplá místa zařízení by měla být porovnána s tím, jak by vypadala za bezvětří. Některé nepravidelnosti mohou zchladnout, než se zklidní vítr. Podobné vlivy mohou nastat i uvnitř závodu, když se nechá dlouho otevřený kryt před nadcházející kontrolou. Správná kontrola se provádí co možná nejrychleji a nejbezpečněji hned po otevření krytu. Prohlížení displeje při venkovním měření může být občas obtížné. Světelné podmínky mohou způsobit nechtěné oslnění, snižující schopnost efektivně vidět každý zachycený jemný detail. Kontrola venkovních zařízení se nemusí nutně provádět v noci, ale jasné slunečné počasí se také může projevit zkreslením teploty povrchu, což se stává hlavně u tmavých objektů. - 46 -

Získání použitelných tepelných údajů elektrických systémů nemusí vždy být tak snadné, jak to vypadá. I se správnými tepelnými údaji je mnoho techniků používá nesprávně při určování závad. Např. teplota není vždy ukazatelem závažnosti problému, protože ji může mnoho faktorů změnit. To však mnoho techniků neodradí od názoru, že teplejší objekt, v porovnání s chladnějším, vždy znamená závažnější problém. Podobně také bývá občas špatný názor, že závada neexistuje, pokud není zařízení nebo součástka dostatečně horká. Musí se tedy dávat pozor při měření výkladu naměřených tepelných dat k získání maximálních výhod termografie. Spíše než určování priorit na základě teploty je užitečnější zvážit, jak všechny parametry působí a ovlivňují daný komponent. To se dá snadno provést pomocí testovacích nástrojů, nebo formálně analýzou původu poruchy pomocí různých nástrojů k analýze. Výhody správně provedené tepelné inspekce jsou velké a společnosti jsou díky nim schopny prakticky eliminovat neplánované odstávky výroby způsobené elektrickými závadami.

Elektromechanické a mechanické aplikace Elektromechanické a mechanické aplikace pokrývají širokou škálu zařízení. Tepelné zobrazování se ukázalo být nedocenitelné při kontrole zařízení, jako jsou motory, rotační zařízení a parní okruhy. Každý tepelný obraz se porovná s předchozím a zaznamenají se jakékoliv změny v zařízení. Technik musí mít dostatek znalostí o přenosech tepla, aby rozuměl funkci a závadám zařízení. Motory se kontrolují termálně, protože jsou velmi náchylné na selhání vlivem tepla. Např. vyosení nebo nerovnováha motoru se u něj projeví přehříváním. Zatímco pohled na teplotu povrchu motoru může být užitečný, vnitřní změny teploty nejsou vždy hned zjevné. Může být užitečné měřit teplotu motoru průběžně v závislosti na čase, nebo ji porovnat s podobně pracujícím motorem. To může např. odhalit, jestli je motor zanesen prachem, nebo funguje na jednu fázi a přehřívá se tak. Také se může kontrolovat tepelná stopa ložisek motoru. Pokud jsou např. ložiska motoru o hodně teplejší než samotný motor, ukazuje to na možný problém, který je potřeba se dále zaměřit. Podobně je tomu u spojky a hřídele motoru, který by při běžné práci měl mít zhruba teplotu okolního vzduchu (viz Obr.6-3). Je užitečné použít i jiné druhy testování, jako je analýza vibrací a kontrola vinutí motoru ve spojení s termografií.

Obr.6-3: Ložiska a hřídele motoru by při normální práci měly mít zhruba teplotu okolí.

- 47 -

Termografie se ukázala být obzvláště efektivní při kontrole nízko otáčkových rotačních zařízení, jako jsou např. dopravníky, u kterých mohou být jiné metody nepoužitelné nebo nespolehlivé. Složitější přístroje, jako jsou turbíny, převodovky a výměníky tepla, se také dají kontrolovat termálním zobrazovačem. Ovšem žádají si znatelně vyšší investici do měřícího vybavení, která se pak pomalu vrací s každou kontrolou.

Průmyslové aplikace Tepelná kontrola se obvykle provádí při monitoringu zařízení, schopných vydržet vysoké teploty, což jsou prakticky žáruvzdorná zařízení. Technik údržby je např. schopen použít teplotní data k zjištění stavu izolace, nebo vypočítání povrchové teploty, která by mohla způsobit selhání. Referenční kontrola je kontrola, prováděná za účelem stanovení referenčního stavu zařízení, při dodržení normálních pracovních podmínek. Srovnávací kontrola je kontrola, prováděná po referenční, za účelem získání dat k jejich porovnání. Změny v závislosti na čase často poskytují preventivní informace. Ty mohou technikovi napovědět, při porovnání podobností a rozdílů, něco o stavu zařízení. Referenční kontrola by se měla provést jako první před nadcházející srovnávací kontrolou. Tyto kontroly by měly být naplánovány v závislosti na poruchovosti a stavu zařízení. Výsledkem monitorování změn je velké zlepšení schopností aktivní údržby a to se projeví zkrácením neplánovaných odstávek a snížením ceny následných oprav. Všechny typy tepelných izolací mohou být kontrolovány jednoduše hledáním anomálií v tepelném obraze. Jedná se o izolace parovodů, kabeláže a různých potrubních systémů. Naneštěstí mnoho druhů izolačních systémů má nátěrem neošetřený kovový povrch, který degraduje termograficky naměřená data. Tepelné stopy jsou dost nejasné u nátěrem neošetřených lesklých kovových objektů, kvůli jejich malé emisivitě a vysoké odrazivosti. Nejběžnější využití termografie je měření výšky hladiny pevných, kapalných a plynných látek v zásobnících jako např. nádržích a silech (viz Obr.6-4). Ačkoliv mnoho nádrží má různé příslušenství ke zjištění výšky hladiny materiálu v nich, jimi získaná data jsou často nepřesná vlivem nesprávné funkce snímačů, nebo naopak přesná, ale potřebují nezávisle potvrdit správnost. Rychlost s jakou tyto materiály mění svou teplotu v čase, závisí na množství tepla přivedeného do nádrže a na rozdílu tepelných kapacit pevných, kapalných a plynných látek v nádrži. Teplota se nejrychleji mění u plynů. Např. slunce dokáže způsobit zaznamenatelnou změnu teploty v plynem zaplněné části nádrže během pár minut. Pevné, kapalné a plynné látky při zahřívání mění svou teplotu různě rychle. Dokonce vnitřní nádrž může obsahovat nějaké tepelné výkyvy, které mohou odhalit různou výšku hladiny.

- 48 -

Obr.6-4: Nejběžnější využití termografie je měření výšky hladiny materiálů v zásobnících jako např. nádržích a silech. Zkušený technik dokáže často nalézt hladinu i v neizolovaných nádržích. Když je použita izolace, může trvat déle, než se objeví tepelná stopa. Zjišťování hladiny pak může být urychleno nebo vylepšeno jednoduše zavedením ohřevu materiálu, nebo ochlazováním atmosféry nad ním pomocí klimatizace. Např. jednoduchým kropením vody do vodní nádrže a počkáním pár minut, než povrch nádrže změní teplotu, by mělo stačit k odhalení hladiny vody. Nakreslením nebo nalepením vertikální čáry na nádrž se dá snadno pro potřeby měření hladiny upravit malá emisivita lesklých kovových povrchů.

Diagnostika budov Teplotní zobrazování se dlouho používá k různým způsobům diagnostiky obytných i užitkových budov. Diagnostika budov zahrnuje kontrolu vlhkosti střechy, kontrolu izolace proti energetickým únikům a únikům teplého vzduchu a detekci vlhkosti. Stejně jako u jiných aplikací termografie je i při inspekci budov k úspěšnému měření potřeba mít znalosti o přenosu tepla a o tom, jak konstrukci budov. Kontrola užitkových budov může být komplikovanější než u budov obytných. Kontrola vlhkosti střechy Z mnoha důvodů spojených s designem, instalací a údržbou střech s nízkým sklonem, se u těchto střech začínají vyskytovat problémy už během jednoho či dvou let od instalace. Tyto střechy jsou konstruovány jako rovná (neprofilovaná) deska s pevnou izolací a voděodolným nátěrem. I když okamžité škody spojené s prosakováním mohou být vysoké, škody způsobené vlivem dlouhodobého zadržování vlhkosti jsou obvykle ještě větší. Jakmile vlhkost prosákne do střechy, - 49 -

zůstane tam zachycená a způsobuje poškození a celkovou degradaci střešního systému. Nalezením a výměnou vlhké střešní izolace je eliminována podpovrchová vlhkost a životnost střechy může být velmi prodloužena. Kontrola vlhkosti střešní izolace je nedestruktivní (viz Obr.6-5). Vlhká tepelná izolace má vyšší tepelnou kapacitanci než suchá izolace. Např. po teplém slunečném dni během bezvětří navečer střecha rychle chladne. Rychlé chladnutí střechy zanechává vlhkou izolaci teplejší v porovnání se suchou. Jakmile jsou tyto stopy viditelné, je možné i velkou střechu zkontrolovat velmi rychle při zaznamenání všech známek vlhké izolace. Pokud je to nezbytné, může přítomnost vlhkosti potvrdit i jinými tradičnějšími metodami, ale ty jsou často pomalé a destruktivní. Časový úsek vymezený pro kontrolu může být za vhodných podmínek prodloužen i dlouho do noci. Možnost zachycení přesné tepelné stopy zobrazovačem závisí na stavu a typu prohlížené izolace. Absorpční izolace, typicky používané u střech s nízkým sklonem, jako jsou např. skelná vata, „dřevěná vlákna“ a expandovaný perlit, poskytují jasný tepelný obraz. Neabsorpční izolace, které se často používají u jednorázových střešních systémů, se kontrolují mnohem obtížněji a to díky malému množství absorbované vody. Mnoho jednorázových střech je pokrytých hrubou vrstvou kamene, který poskytuje omezený tepelný obraz. Tepelné stopy jsou ovlivněny i dalšími různými podmínkami než jen podpovrchovou vlhkostí. Povrch střechy musí být suchý, protože odpařování sníží solární ohřev. Silný večerní vítr zase může rychle smazat tepelnou stopu. Konstrukce a stav střechy také ovlivňuje tepelné stopy. Např. západní obvodová zeď může vyzařovat teplo do střechy dlouho do noci. Speciální střešní štěrk zůstává déle teplý a dříve opravované místa se mohou lišit na snímku od ostatních. Porozuměním těchto prvků a jejich dopadům na tepelnou stopu je klíčové k úspěšné kontrole. Ideálně se střechy kontrolují krátce po jejich instalaci k určení základní tepelné stopy. Další kontrola by se měla provést po jakékoliv potenciálně poškozující události, jako je např. silná bouře, tornádo nebo hurikán. Když se objeví prosakování vlhkosti, následně rychle provedená infračervená kontrola může pomoci odhalit přesné místo a rozsah poškození izolace. Při provádění inspekce střechy se musí dávat velký pozor na bezpečnost. Práce na střeše by se nikdy neměla provádět o samotě. Technici jsou neustále vystaveni nebezpečí, vlivem přivyknutí očí na méně osvětlený displej zobrazovače, čímž hůře vidí více osvětlenou střechu vlivem oslnění. Předběžná denní vizuální kontrola, stejně jako samotné zjišťování stavu střechy, také skrývá toto riziko.

- 50 -

Obr.6-5: Kontrola vlhkosti střechy je nedestruktivní a termálním zobrazovačem snadno proveditelná. Kontrola izolace budovy Termografie je ideální pro kontrolu přítomnosti a kvality izolace. Je široce používaná konzultanty energetiky, hlavními investory a závodovými kontrolory. Izolace se v budovách používá především ke kontrole přechodů tepla ať už ve formě ztrát nebo příjmů. Když izolace chybí, je poškozená, nebo prostě nefunguje jak má, zvyšuje se výdej energie a výdaje za ni, při klesání komfortu v budově. I když je důležité omezit nadměrné energetické ztráty, dobře naplánované tepelné kontroly mohou také zvýšit pohodlí v budově a vést k nižším výdejům energie. Další závady, které je tepelná inspekce schopna odhalit, jsou např. nechtěné prosakování vody nebo srážení vlhkosti, vytváření ledu na střeše a zamrzání potrubí. Termografie také pomáhá kontrolovat cirkulaci vzduchu v udržovaných místnostech a kontrolovat instalaci akustické izolace. Problémy s izolací jdou typicky snadno odhalit při rozdílu vnitřní a vnější teploty aspoň o 10 °C (18 °F). Např. za teplého počasí se chybějící izolace projeví na snímku zevnitř jako chladnější místo a na snímku zvenčí jako teplejší a za chladného počasí zase naopak. Je dobré vědět, jaká izolace je použita, protože každá má jinou tepelnou stopu a časovou konstantu. U většiny kontrol je potřeba měření zevnitř i z vnějšku budovy, avšak silnější vítr nebo přímé slunce mohou velmi znesnadnit vnější měření. Tyto vlivy se sice projeví i při měření zevnitř, méně znatelně, protože působí nepřímo. Měření za velmi chladného počasí se může také omezit pouze na - 51 -

měření zevnitř. Za příznivých podmínek je pro zkušeného technika odhalení chybějící, poškozené, nebo nesprávně instalované izolace, stejně jako rámů izolace, pomocí termálního zobrazovače docela snadné. Kontrola úniku tepla Významné úniky tepla z a do budov dokážou zvýšit náklady na vytápění, ventilaci a chlazení až o polovinu. Úniky tepla jsou typicky způsobené rozdíly tlaku v budově. Rozdíly tlaku mohou být způsobeny jak větrem, tak prouděním tepla, nebo vadným nebo špatně nastaveným klimatizačním systémem. Rozdíly tlaku pohání vzduch skrz možné netěsnosti v budově. Netěsnosti v tepelných izolacích jako jsou praskliny u rozvodů elektřiny nebo potrubí jsou často velmi malé a snadno přehlédnutelné. Typicky i malý tepelný rozdíl vnitřní a vnější teploty, jako je 3 °C (5 °F) dokáže odhalit úniky tepla. Vzduch samotný nejde vidět, ale zanechává charakteristickou jemnou rozmazanou tepelnou stopu (viz Obr.6-6). Za teplého počasí je tato tepelná stopa viditelná v interiéru jako chladný pruh, nebo v exteriéru ve tvaru květu v místě úniku. Pohyb vzduchu je také možno zaznamenat v dutinách vnějších nebo vnitřních izolací zdí.

Umělými změnami tlaku vzduchu mohou být tepelné stopy úniků vzduchu zvýrazněny, směřovány a zesíleny. Toho se dá dosáhnout například pomocí klimatizačního systému.

- 52 -

Kontrola vlhkosti Vlhkost si snadno najde cestu do budovy a způsobuje pak degradaci stavebních materiálů. Body průniku jsou typicky vadné konstrukční spoje nebo sváry. Vlhkost se také může objevit vlivem kondenzace. Ta nastává při procházení teplého vzduchu do chladnějších dutin v konstrukci budovy. Další zdroje vlhkosti jsou záplavy, podzemní vody a prosaky z potrubních a zavlažovacích systémů. Ve všech těchto případech je tepelná stopa vlhkosti často velmi dobře viditelná, zvláště když jsou vhodné podmínky k odpařování povrchové vlhkosti. V tom případě se povrch zobrazí jako chladný a vlhký materiál, v porovnání se suchým, bude mít vlivem větší tepelné kapacitance vyšší teplotu. Musí se ovšem dát pozor na to, jestli je za daných podmínek vlhkost vůbec viditelná. Proto se doporučuje při nalezení podezřelé oblasti použít k ověření správnosti snímku i měřič vlhkosti. Kontrola užitkových budov Zatímco kontrola obytných budov je relativně jednoduchá a přímočará, u velkých užitkových budov to neplatí. Nicméně návratnost investice do porozumění problematiky velkých budov je díky využitelnosti naměřených dat velká. Ke správnému pochopení, jak hodně se ovlivňují jednotlivé části budovy, je klíčové, aby měl technik přístup ke konstrukčním detailům budovy a aby jim rozuměl. Úniky vzduchu, prosakování a kondenzace vody jsou nejběžnější problémy vyskytující se u užitkových budov. Termální zobrazovač je mocný nástroj na zjišťování mnoha druhů závad spojených s velkými budovami. Pokud je to možné, měly by se velké budovy kontrolovat už během stavby při dokončování jednotlivých podlaží, což umožní odhalení konstrukčních chyb ještě před dokončením a zařízením celé budovy.

- 53 -

7. Inspekční metody Technici používají tři základní metody kontroly pomocí termálního zobrazovače, a to porovnávací, výchozí a směrnicovou. Výběr metody záleží na typu kontrolovaného zařízení a na požadovaném druhu informace o něm. Každá z těchto metod může být účinná, použije-li se pro správnou aplikaci.

Porovnávací termografie Technici vyvinuli mnoho metod pro stále větší množství aplikací. Základní metoda používaná v mnoha tepelných aplikacích je porovnávací metoda. Porovnávací termografie je proces, při němž technik pro zjištění stavu zařízení jej porovná s druhým, stejným zařízením, za stejných podmínek. Pokud je porovnávací termografie vhodně a správně použita, naznačí často rozdíly mezi porovnávanými zařízeními jejich stav. Kvantitativní měření v porovnání s kvalitativním vyžaduje více znalostí o proměnných ovlivňujících radiometrická měření. Kvantitativní termografie je měření obsahující radiometrické teploty. Kvalitativní termografie naproti tomu radiometrické údaje neobsahuje. Je dobré určit před kontrolou přípustnou toleranci stavu zařízení a během práce v ní zůstat. Základní trénink a pokročilé zkušenosti s měřením přenosu tepla termálním zobrazovačem jsou potřeba k pochopení kvantitativní termografie. Termografie je většinou porovnávací práce. Porovnáním stejných objektu je často jednoduché odhalit problém. Trénink a zkušenosti jsou nezbytné ke správnému zpracování, protože se musí počítat s mnoha proměnnýma. Aby byla porovnávací metoda efektivní, při porovnávání technik eliminovat všechny proměnné. Velmi často není tento jednoduchý požadavek splněn kvůli různým okolnostem spojeným s kontrolou nebo špatnými návyky technika. V závěru jsou pak data neprůkazná nebo zavádějící. Musí se dávat pozor při určování jednotlivých vlivů ovlivňujících pozorovanou tepelnou stopu. Např. snímek třífázového jističe ukazuje jednu fázi teplejší než ostatní (viz Obr.7-1). Pokud je jistič rovnoměrně zatížen, tak je zahřívání zřejmě zapříčiněno přechodovým odporem v místě připojení. Avšak pokud změříme multimetrem zatížení např. 30/70/30 A, bude spíše na vině nerovnoměrné zatížení fází.

- 54 -

Obr.7-1: Porovnávací metoda může být použita u třífázového elektrického jističe a odhalit zahřívající se fázi.

Termální zobrazovač sám o sobě nedokáže „přečíst“ tepelný obraz. Tato schopnost je kombinací schopnosti, zkušenosti a vytrvalosti technika při správném používání zobrazovače, spolu s dalšími daty ke správné interpretaci snímku. Samozřejmě špatná diagnóza výjimek může vést k poškození nebo ztrátě cenných zařízení. Při použití porovnávací termografie je užitečné mít co možná nejvíce znalostí o kontrolovaném objektu. Jsou to znalosti o konstrukci, základní funkci, známých příčinách závad, směru proudění tepla nebo historii používání objektu. Protože tyto znalosti nejsou všechny vždy ihned dostupné, musí se na ně technik být schopen jasně zeptat majitele nebo údržbáře zařízení. Důležitější než klást otázky, je pro technika pozorně poslouchat odpovědi. Mnoho techniků toto zanedbává a následkem toho je jejich práce méně kvalitní. Komunikační schopnosti jsou pro technika stejně důležité jako technické, zvláště při práci na neznámém zařízení.

Výchozí termografie Výchozí kontrola se provádí k určení referenčního stavu zařízení, pracujícího za normálních podmínek a se správně obsluhujícím personálem. Je důležité určit, co jsou normální a co požadované provozní podmínky to pak použít u měření výchozího tepelné stopy, ke které se budou přirovnávat v budoucnu změřené snímky. Často je výchozí tepelná stopa rovnoměrná nebo odpovídající v určitém směru vlastní struktuře pozorovaného objektu. Např. po instalaci motoru a jeho uvedením do běžného chodu se pravděpodobně v následných snímcích objeví změny tepelné stopy (viz Obr.7-2).

- 55 -

Směrnicová termografie Další metoda tepelné kontroly je známa jako směrnicová termografie. Směrnicová termografie je proces používaný techniky k porovnání distribuce teploty ve stejných objektech v průběhu času. Směrnicová termografie se používá ve velké míře zvláště k inspekci mechanických zařízení, kde mohou být normální tepelné stopy dosti složité. Je také užitečná při pomalém časovém tepelném projevu závady. Směrnicová termografie se dá použít např. u kontroly stavu žáruvzdorné izolace, nebo k optimálnímu naplánování odstávek dopravních vozíků (viz Obr.7-3). Pro technika je důležité rozumět všem proměnným u kontrolovaného zařízení. Také musí rozumět principům funkce různých systémů a získat zkušenosti v oboru odhalování závad. Pokud jsou data pečlivě nasbírána a změny pochopeny, mohou tyto metody velmi přesně odhalit průběh výkonu zařízení. Ovšem je důležité si pamatovat, že směrnicová termografie spíše naznačuje, než předvídá budoucí stav.

- 56 -

- 57 -

8. Analýza, podávání zpráv a dokumentace Mimo schopnost správně používat termální zobrazovač, spadá do práce technika i analýza, podání zprávy a dokumentace k měřenému zařízení. Ke správnému zvládnutí těchto úkolu jsou dostupné speciální nástroje pro analýzu.

Analýza kontroly Termografie vysoce závisí na schopnosti technika provést kontrolu správně, nasbírat všechna možná s ní související data a správně interpretovat výsledky. Proměnné, se kterými technik počítá, mohou být různé a četné. Kvůli tomu musí být technik dostatečně zkušený a vyškolen k provádění tepelné kontroly. Technici mohou mít osvědčení 1., 2. a 3. úrovně, kde 1. úroveň značí nejnižší a 3. úroveň nejvyšší osvědčení. Podle formálně zavedených stanov v termografii je technik 1. úrovně způsobilý k měření údajů, ovšem pouze pod dozorem technika 2. úrovně. Ten je způsobilý k interpretaci naměřených dat a sepisování zpráv měření. Techniky provádění kontrol pak musejí mít pevně stanovená pravidla v souladu s průmyslovými standardy. K určování těchto pravidel je způsobilý technik 3. úrovně.

Podávání zpráv a dokumentace Po správném vyhodnocení naměřených dat může být požadována jasná a srozumitelná komunikace formou psané zprávy měření. Část tohoto procesu může vyžadovat seznámení zákazníka se schopnostmi a omezeními tepelné zobrazovací technologie a jejím významu. Nakonec zpráva často obsahuje předepsané akce k napravení všech problémů odhalených při tepelné kontrole. Technik také obvykle poskytuje dodatečné informace obsahující místo problému, diagnózu a doporučené kroky k odstranění problému. Technik poskytuje klíčové informace z tepelné kontroly, které musejí být spojeny s dodatečnými údaji z jiných měření nebo testů, plánováním údržby a oprav a analýzou nákladů, než se může dojít ke konečným závěrům. Proto jsou spolu s technickými dovednostmi potřeba i dovednosti komunikační. Zprávy měření mohou mít různou podobu a obsahovat mnoho dat. Ovšem pokaždé by měly obsahovat následující informace:         

Jméno technika Značku, model a sériové číslo termálního zobrazovače Aktuální vlivy okolí, jako např. rychlost větru, směr větru, množství srážek a relativní vlhkost a teplotu vzduchu Stav systému, jako je velikost zátěže a pracovních cyklů Identifikace a lokalizace kontrolovaných nebo testovaných zařízení nebo jejich součástí Seznam kritických zařízení, které nebyly kontrolovány nebo testovány s uvedením důvodu Nastavení parametrů zařízení, jako např. emisivita a teplota pozadí Tepelné a jim odpovídající i viditelné snímky všech kontrolovaných a testovaných zařízení Sekci k následnému vložení teplotního snímku následně provedené opravy - 58 -

Dokumentace také musí být předvedena způsobem, který nedegraduje její obsah, ale naopak jasně podtrhne její význam. Nejlepší zprávy měření obsahují přirozeně uspořádané informace k lepšímu popisu tepelných a viditelných snímků (viz Obr.8-1). Může být užitečné mít přístup k několika různým předlohám zpráv. Např. jednoduchá předloha zprávy může být použita pro dokumentaci úspěšných oprav kontrolovaných nebo testovaných zařízení. Specializovaná předloha zprávy může být použita u konkrétních zaměření tepelné kontroly. Po zpracování zprávy měření by se mělo klíčovému personálu předat několik jejich kopií ať už v papírové nebo elektronické formě. Elektronické kopie by měly být před rozesláním ochráněny proti možným nepovoleným úpravám, např. uložením do PDF formátu. Hodnotná tepelná měření a testy mohou být často získána zaměřením se na individuální problémy v užším měřítku. Např. informace spojené s činností specifické značky přístroje mohou být zaznamenána a v budoucnu použita budoucími uživateli. Zároveň se správným zacházením s termálním zobrazovačem, musí být technik schopen analyzovat a zpracovat naměřené výsledky do zprávy měření. Tato schopnost je nezbytná k vypracování dobré pověsti pracovníka za dobře odvedenou práci. Zprávy měření poskytují nejlepší možná doporučení po kontrole.

- 59 -

9. Zdroje informací o termografii Zdroje informací mohou být použity k získání dodatečných informací o termografii a termálních zobrazovačích, jako např. o aktualizacích zařízení, bezpečnostních nařízeních, školících seminářích a výukových nástrojích a profesionálních organizacích zabývajících se standardy, přičemž všechny tyto informace mohou být získány v elektronické nebo tištěné podobě.

Zdroje informací Značné množství informací tykajících se termografie a termálních zobrazovačů je dostupné všem uživatelům z různých zdrojů. V průmyslových aplikacích a kontrolách budov se tato technologie používá více než 40 let. Ačkoliv mnoho profesionálů, jako technici údržby a elektrikáři, se teprve o této technologii termografie a jejích výhodách dozvídají. Díky vývoji nových informací se aplikační okruh termografie v posledních několika letech rapidně zvětšil. Buďte ovšem opatrní, protože některé informace spojené s termografií, obzvláště ty zveřejněné na internetu, nemusí být přesné. Je velmi doporučováno se naučit základy termografie ze zdrojů, jako např. odborných publikací a těch, uvedených níže. Taky je důležité číst opatrně při čerpání z neznámých zdrojů. Zdroje informací obsahují standardy, online zdroje, knihy a tištěné materiály a informace podávané profesionálními organizacemi.

Standardy Standard je zavedené doporučení nebo postup, vyvinutý profesionály. Standardy poskytují soubor přípustných kritérií, podle kterých by měla být práce prováděna. Zatímco dodržování průmyslových standardů je dobrovolné, je dobré dodržovat schválené všeobecné standardy. Standardy jsou vytvářeny na základě práce různých průmyslových expertů a jsou dostupné skrze různé organizace (viz Obr.9-1). Ty mohou být cenným zdrojem informací o různých aspektech termografie. On-line zdroje On-line zdroje jsou zdroje informací dostupně skrze internetové připojení. Tyto zdroje informací poskytují různé návody pro studenty, termoměřiče a techniky. Dodatečné informace jsou typicky dostupné přímo u výrobců jednotlivých zařízení, organizací zabývajících se standardy, výukových materiálů a profesionálních společností. On-line zdroj může např. obsahovat fórum, kde zkušení zástupci jednotlivých firem mohou „chatovat“ s uživateli odstraňování závad a poskytování užitečných rad.

- 60 -

Knihy a tištěné materiály Knihy a tištěné materiály jsou hmatatelné zdroje, na které je možno se pak odkazovat. Slouží ke zvětšení znalostí jakéhokoliv jedince používajícího termografii a infračervenou technologii za účelem testování a kontroly. Celkově je dostupných mnoho informačních knih a tištěných materiálů. Profesionální organizace Profesionální organizace je společnost, poskytující informace a výuku ohledně termografie skrze publikace, cvičné kurzy semináře. Termoměřiči a technici jsou vedeni k zapojení do různých profesionálních organizací. Toto členství pomáhá jednotlivcům získat povědomí o nejnovějších technologiích, trendech a změnách v průmyslu. Zapojení do profesionální organizace poskytuje nové možnosti a pomoc v získávání znalostí o procesech v termografii, nejnovějších nástrojích a metodách testování/kontroly. Organizace zabývající se standardy American Society for Nondestructive Testing (ASNT) 1711 Arlingate Lane PO Box 28518 Columbus, OH 43228 614-274-6003 www.asnt.org ASTM International (ASTM) 100 Barr Harbor Drive PO Box C700 West Conshohocken, PA 19428 610-832-9598 www.astm.org Canadian Standards Association (CSA) 5060 Spectrum Way Suite 100 Mississauga, ON L4W 5N6 www.csa.ca Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 1828 L Street NW Suite 1202 Washington, DC 20036 202-785-0017 www.ieee.org Internacional Electrotechnical Commision (IEC) 3, rue de Varembe‘ PO Box 131 CH-121 Geneva 20 Switzerland www.iec.ch Internacional Organization for Standardization (ISO) 1, ch. de la Voie-Creuse Case postale 56 CH-1211 Geneva20, Switzerland +41 22 749 01 11 www.iso.org National Fire Protection Association (NFPA) 1 Batterymarch Park Quincy, MA 02169 617-770-3000 www.nfpa.org Obr.9-1: Standardy jsou zavedená doporučení nebo postupy, vyvinuté profesionály a jsou dostupné skrze různé organizace.

- 61 -

10. Další příbuzné technologie Spolu s termografií, se ke kontrole a zjišťování závad průmyslových a užitkových zařízení, používají další příbuzné technologie a metody analýzy. Tyto metody obsahují vizuální a sluchovou kontrolu, elektrickou analýzu a ultrazvukovou analýzu, analýzu vibrací, mazání a analýzu opotřebení. Mohou se provádět samostatně k odhalování závad zařízení, nebo po použití termálního zobrazovače k potvrzení naměřených výsledků.

Vizuální a sluchová kontrola Vizuální a sluchová kontrola je analýza výskytu problému a zvuku pracujícího zařízení k označení součástí, které potřebují provést údržbu nebo opravu (viz Obr.10-1). Vizuální a sluchová kontrola je nejjednodušší způsob preventivní údržby prováděný u zařízení nevyžadující žádné vybavení nebo nástroje. Nejefektivnější je tam, kde je pro trénovaného technika údržby potenciální problém zjevný. Jsou zaznamenány nezvyklé pracovní charakteristiky a naplánována údržba zařízení. Vizuální kontrola může být zavedena např. do procesu odhalování jemných prasklin kovových povrchů pomocí barviva. Kov je kompletně očištěn a posprejován barvivem, které se usadí v malých prasklinách nebo důlcích na povrchu objektu. Přebytečné barvivo je následně odstraněno k odhalení těchto vad.

Elektrická analýza Elektrická analýza je metoda analýzy využívající měřících a monitorovacích zařízení ke kontrole kvality napájení elektrických zařízení a jejich výkonu (viz Obr.10-2). Elektrické měřicí přístroje mohou být instalovány za účelem měření minimálního a maximálního napětí, kontroly napětí mezi fázemi a kontroly podpětí a podproudu. Také mohou sloužit ke kontrole kvality napájení citlivých elektronických zařízení. Jedna z nejběžnějších aplikací elektrické analýzy je analýza obvodů motorů. Analýza obvodů motorů (MCA) je typ elektrické analýzy, který je možný provádět za chodu i při vypnutém zařízení. Oba způsoby testování poskytují včasné odhalení defektů motorů, jejich obvodů a trakce.

Ultrazvuková analýza Ultrazvuková analýza je metoda analýzy využívající vysokofrekvenční zvuk k odhalení možných závad. Citlivé poslechové zařízení převádí pak tento normálně neslyšitelný zvuk na signál vnímatelný - 62 -

člověkem. Tento signál může odhalit mimo jiné i nadměrné zahřívání elektrických spojů, úniky ve vzduchových a parních vedeních a tření ložisek a mnoho dalšího.

Analýza vibrací Analýza vibrací je monitorování vibračních charakteristik individuálních součástí k odhalení stavu zařízení. Opotřebené součásti pravidelně způsobují selhání přístroje. Také produkují zvýšené množství vibrací a hluku, který může být izolován. Analýza vibrací je nejběžnější monitorovací technika používaná u rotačních zařízení.

Analýza mazání Analýza mazání je technika preventivní údržby odhalující přítomnost kyselin, nečistot, paliva nebo částic uvolněných opotřebením v mazacích olejích a zkoumající tyto substance k předvídání selhání zařízení. Analýza mazání je plánována a prováděna pravidelně. Ze stroje se odebere vzorek oleje k zjištění stavu mazacích částic. Tyto vzorky se obvykle posílají na analýzu do specializovaných laboratoří.

Analýza opotřebení Analýza opotřebení se zabývá zkoumáním částic uvolněných opotřebením do mazacích olejů. Zatímco se analýza mazání zabývá kontrolou stavu mazacích olejů, analýza opotřebení se zaměřuje na analýzu velikosti, množství, tvaru a složení částic uvolněných opotřebením různých součástí. Díky tomu se dá odhadnout stav zařízení. Normální opotřebení nastává při pravidelném kontaktu více částí. Zvýšení množství a velikosti částic v oleji odhalí opotřebení součásti a předvídá tak možné selhání.

- 63 -