Ako vybrať správnu termokameru

Tak, ako pri kupovaní nového fotoaparátu, postupujme aj pri výbere termokamier. Svojimi zákonitosťami, technológiou a logikou celého konceptu sú si veľmi podobné. Termokamerou fotíme a natáčame objekty rovnako ako s fotoaparátom. Dnes mnohí z nás pre rýchlu a relatívne kvalitnú fotografiu používame smartfón, ale profesionáli ocenia takzvanú „zrkadlovku“.

Čo je to termokamera a s tým spojená veda infračervená termografia a termogram?

Infračervená termografia
Je to vedný odbor, ktorý sa zaoberá analýzou rozloženia teplotného poľa na povrchu telesa a to bezkontaktným spôsobom. Úlohou termografie je analýza infračervenej energie vyžarovanej telesom. Termografickým meracím systémom je možné zobraziť teplotné pole meraného objektu, ale len na jeho povrchu.

Termokamery
Umožňujú zobraziť infračervené žiarenie telesa tak, aby ho bolo možné vidieť (vizualizácia). Výstupom z termovíznej kamery je infračervená snímka. Odborne termogram, resp. termovízna snímka. Rádiometrické termokamery potom užívateľovi umožnia určiť teplotu v jednotlivých bodoch termogramu. Určenie teploty však nie je ľahké. Závisí na niekoľkých parametroch. Jedným z hlavných parametrov je emisivita telesa. Ideálne čierne teleso má emisivitu 1, lesklé telesá majú emisivitu veľmi malú (až 0,1). 

Termogram 
Alebo termovízna snímka, resp. infračervená snímka je obraz vytvorený termokamerou. Infračervené žiarenie je pre ľudské oko neviditeľné, a preto sa termovízne snímky vizualizujú za použitia okom viditeľných paliet, ktoré priraďujú farbu rôznym teplotám (rôznemu množstvo tepelného toku). Rovnakú snímku tak možno zobraziť v odlišných farebných paletách, a tým zviditeľniť alebo zdôrazniť iné miesta.

Ako zvoliť tú najlepšiu termokameru?

Doba ide dopredu a je viac než dobré mať prehľad o tom, ako si prácu uľahčiť, či dokonca ju úplne nechať na nástroje alebo stroje. Termokamera vám tu zaručene pomôže. Než začneme rozoberať technické parametre, je potrebné si ujasniť 2 základné veci:

1. K čomu presne budem termokameru využívať?
Určenie aplikácie je to najdôležitejšie. Pracujem na inštaláciách elektronických prístrojov, na vývoji zariadení alebo osadzujem dosky plošných spojov?
2. Čo mi termokamera má a môže priniesť?
Ak už vieme, na aký účel budeme termokameru používať, zoznámime vás s niekoľkými informáciami, podľa ktorých si dokážete vybrať tú najlepšiu termokameru pre vašu potrebu.

Tvar a design ideálne pre prácu
Štandardná termokamera sa drží v jednej ruke, je zaistená remienkom na ruke alebo pripevnená na statíve. Výber je veľký. Vreckový model veľkosti peňaženky s pevnou základňou, odolné priemyselné termokamery alebo miniatúrne modely v kombinácii so smartfónom. Niektoré modely prinášajú väčšiu praktickosť pri transporte, iné zase stabilnejšie riešenie.

Vzdialenosť od meraného objektu, rozlíšenie a teplotný rozsah
Najpodstatnejšie technické parametre sú:
- vzdialenosť od meraného objektu (v metroch)
- rozlíšenie snímača (v pixeloch)
- teplotná škála ( v °C), v ktorej chceme merať

Častými aplikáciami sú:

- meranie klimatizačných jednotiek či únik tepla pri budovách
- meranie na elektrickom rozvádzači
- meranie na DPS s osadenými SMD súčiastkami

Klimatizačné jednotky alebo budovy:
Väčšinou sa jedná o veľké zariadenia, z pohľadu dnešnej "minielektroniky", preto bude stačiť merať na vzdialenosť niekoľkých metrov od zariadenia. Teplota sa tu bude pohybovať okolo izbových teplôt a požiadavka na rozlíšenie je tu nižšia ako v ďalších uvedených aplikáciách. Plusom je jednoduchá manipulácia s daným prístrojom.

Merania na elektrických rozvádzačoch:
Na prvý pohľad je tu vidieť väčšie i menšie prvky, súčiastky (ďalej ako objekty). Jednoducho nie je možné určiť, či treba merať veľké či malé objekty na dlhšie alebo kratšie vzdialenosti. Bude to chcieť nejaký univerzál. Z hľadiska teploty je možné nájsť deštrukcie daných objektov či skraty v rozvádzači. Myslíme na to, že sa v tomto prípade môžeme dostať aj na hodnotu 100°C a viac. Veľmi cenená vlastnosť je odolnosť proti prípadnému pádu a odolnosť prístroja ako takého.

Meranie na DPS s osadenými SMD súčiastkami:
Detail a citlivosť sú parametre číslo jedna. Ostro zamerať SMD súčiastku s veľkosťou 1x0,5 mm je ťažká úloha, ale nie neriešiteľná. Meranie nebude prebiehať na viac ako 20cm, iba v prípade, že budeme chcieť zamerať celú DPS. Hodnoty prúdu sa nepohybujú v desiatkach Ampérov ako pri rozvádzači, preto nebude skrat tak dramatický, ale aj v tomto prípade sa môže teplota pohybovať až do 100°C. Opäť je veľkým plusom stabilná základňa s možnosťou fixného zaistenia DPS aj termokamery.

Technické parametre

Jednoduché, základné rozdelenie:

Rozlíšenie snímača
Rozlíšenie určuje, koľko pixelov bude snímať daný objekt, t.j. čím viac pixelov, tým väčšia presnosť obrazu a kvalita merania. Téma o rozlíšení, pixeloch, pomeroch strán nám môže byť známa z oblastí o kvalite videí či výberu televízora. 

Rozlíšenie je spravidla od 80x60 pixelov do 640x480 pixelov v pomere 4: 3. Slušné rozlíšenie pre kvalitné snímky sa získajú od hodnoty 160x120 pixelov.
3 skupiny "Rozlíšení":

• 80x60 pix., 120x90 pix. základná trieda
• 160x120 pix., 220x165 pix., 240x180 pix. stredná trieda
• 260x195 pix., 320x240 pix. a 640x480pix. profesionálna trieda

Vylepšením bežného rozlíšenia môže byť "Super-rozlíšenie". Jedná sa o softvérovú úpravu pri profesionálnych termokamerách. Všetky vymenované rozlíšenia nájdete na našej stránke.

Teplotný rozsah
Rozsah sa pohybuje od mínusových teplôt (-25°C) po niekoľko úrovní teplôt kladných. U nás v eshope  nájdete termokamery v kladnej úrovni od +150°C až do +1200°C.
Ak rozdelíme tieto teplotné rozsahy do skupín, opäť máme 3 skupiny:

• do 250°C základná trieda
• do 650°C stredná trieda
• do 1200°C profesionálna trieda

Vzdialenosť od meraného objektu, fixné alebo manuálne ostrenie
Ohnisková vzdialenosť alebo vzdialenosť zaostrenia je v základných termokamerách s fixným zaostrovaním spravidla 0,15m alebo 0,45m.
S manuálnym zaostrovaním je možné túto vzdialenosť lineárne (ručne) nastavovať rovnako ako pri objektívoch.
Pre termokamery z vyšších tried sa dajú dokúpiť objektívy "Makroobjektív" pre meranie na procesore, "Širokouhlý" objektív pre meranie na ťažko prístupných miestach alebo "Teleobjektív" s 2-násobným či 4-násobným priblížením pre meranie rozvodu elektrickej energie mimo obce (v distribučnej sústave).

• Fixné ostrenie – základná trieda
• Manuálne, ručné ostrenie 0,15-0,45m – stredná trieda
• Výmenný objektív a manuálne, ručné ostrenie na každom z nich -  profesionálna trieda

Zorný uhol 
Tento parameter úzko súvisí s ohniskovou vzdialenosťou. Čím väčšia je ohnisková vzdialenosť, tým je zorný uhol menší. Zorný uhol sa nepriamo úmerne mení so vzdialenosťou od meraného objektu.
Pohybujeme sa na škále od 24° vertikálne až do 55° vertikálne. Túto hodnotu dokážeme zásadne zmeniť radom objektívov.

Citlivosť
Jeden z hlavných parametrov pre detailné merania. Teória hovorí,  že"teplotná citlivosť vyjadruje, aké najmenšie teplotné rozdiely na povrchu čierneho telesa je termokamera schopná zaznamenať". Čím je citlivosť vyššia, tým je presnejšie meranie.
Tento parameter je spravidla priamo úmerne zvolený výrobcom k hodnote rozlíšenia, preto nie je potrebné ho zásadne riešiť pre prvotný výber. Nie je tak rozhodujúci ako napríklad rozlíšenie alebo teplotný rozsah.

Emisivita 
Emisivita je optická vlastnosť materiálu, ktorá popisuje, aké množstvo svetla sa vyžiarilo z materiálu v pomere k množstvu, ktoré na rovnakej teplote vyžaruje čierne teleso. Čierne teleso je ideálne teleso, ktoré pohlcuje všetky žiarenia. Súčasne je tiež ideálny žiarič - žiarenie čierneho telesa je maximálne a závisí len od teploty. Spektrálne rozloženie intenzity vyžarovania čierneho telesa je dané Planckovým zákonom. Emisivita sa nastavuje na termokamere manuálne. Ako pri základných, tak aj pri profesionálnych termokamerách tu nie je rozdiel (tabuľka emisivity) .

Zdieľanie vašej práce a ďalšie funkcie
Okrem kvalitného výsledku z vášho merania je potrebné premyslieť celú aplikáciu aj z hľadiska "mimo termokameru".
Ako sa bude obraz spracovávať? Je potrebný tento výsledok posielať zákazníkom? Pracujem vo vývoji a chcem výsledky vidieť v reálnom čase na svojom PC?
Všetky vyššie uvedené otázky možno realizovať a docieliť tak efektívnu prácu.

Zoznam softwaru k PC:
Fluke Connect
Fluke SmartView
Flir Tools
Flir Tools+
a ďalšie

Konkrétne produkty

Klimatizačná jednotka alebo budovy:
Vhodným produktom z našej ponuky je Flir C3. Ponúka rozlíšenie snímača 80x60 pixelov a teplotný rozsah -10°C ... +150°C. Ohnisková vzdialenosť je 1m MSX od meraného predmetu, fixný objektív. Výhodou je dotykový displej, jednoduché ovládanie, veľkosť tohto zariadenia, WiFi pre konektivitu v kombinácii so softvérom Flir Tools - spracovanie obrazu v PC.
Konkurenciou je Flir One Pro. Menšou konštrukciou a parametrami vedie nad Flir C3, ale po uložení termografického obrázku do PC už ho nie je možné ďalej spracovávať. Iné aplikačné oblasti: solárne panely, vlhkosť v skladoch, únik tepla, rozvod tepla pri kotle na pevné palivo a ďalšie.

    Základná trieda
   Teplotný rozsah: -10…+150°C
    Rozlišenie: 80x60 pix.
    Objektív: Fixný, nevýmenný
    Iné: Dotykový displej, Wi-Fi, Flir Tools

    Prečo odporúčame?
     - Malé rozmery a hmotnosť 130g
     - Odolnosť
     - Wi-Fi + Flir Tools

Merania na elektrických rozvádzačoch:
Je to univerzál. Zlatá stredná cesta. Fluke TiS 45 je prvá termokamera s manuálnym ostrením v tejto kategórii. S týmto prístrojom sa dokáže jednoducho vysporiadať napríklad s rozvodom elektrického prúdu, kontrolou zahrievania mechanických častí, kontrolou motorov. Objektív je nevýmenný. 

Stredná trieda
Teplotný rozsah: -20…+350°C
Rozlíšenie: 160x120 pix.
Objektív: Manuálny, nevýmenný
Iné: Fluke Connect

Prečo odporúčame?
- Univerzál pre akékoľvek merania
- Manuálne nastavenie ohniskovej vzdialenosti
- Nadštandardné príslušenstvo vrátane továrenskej kalibrácie

Meranie na DPS s osadenými SMD súčiastkami:
Pre detailné merania sa človek nezaobíde bez pevného podstavca či statívu. Flir ETS 320 dokáže na vzdialenosť niekoľkých milimetrov vykazovať skvelé výsledky.
Vďaka svojej stabilite sa neprejavuje na finálnom obrázku žiadne rozmazanie. Pri tejto termokamere oceníte aj sledovanie priebehu v reálnom čase spoločne so záznamom. Preto je vhodná pre aplikácie, kde sledujeme teplotu meraného zariadenia v určitom časovom úseku po jeho zapnutí (zmeny teplôt na DPS a ich vzájomné ovplyvňovanie).

Stredná až profesionálna trieda
Teplotný rozsah: -20…+250°C
Rozlíšenie: 320x240 pix.
Objektív: Manuálny, nevýmenný
Iné: Flir Tools, Sledovanie reálneho priebehu

Prečo odporúčame?
- Pevná základňa
- Obraz priamo na PC v reálnom čase, sledovanie priebehu spätne
- Nezávislé na batérii

Najväčšia chyba pri výbere a pri ovládaní termokamery

Nie je chybou vziať si výkonnejší prístroj pre nie príliš špecifické merania. Chybou je, ak zvolíte prístroj so základnými parametrami pre ťažšie aplikácie. Nepoužijete predsa mobilný telefón s VGA fotoaparátom na fotografickú súťaž. Neodporúčame vám merať SMD súčiastky základnou triedou termokamier, nedosiahnete uspokojivé výsledky.
Ďalšou chybou býva meranie sklenených alebo extrémne hladkých, lesklých povrchov. Používateľ tu môže zmerať samého seba s termokamerou v ruke (odraz obrazu pred merajúcim). Ak sa plánuje termokamera využiť pre meranie týchto povrchov, je vhodné daný objekt začierniť alebo inak zdrsniť. Ak to nie je možné, takúto technológiu (termovíziu) neodporúčame použiť.

Pre prvú skúsenosť s termokamerou odporúčame investovať maximálne do strednej triedy termokamier. Pri výbere zvážte oveľa viac parametrov ako len rozlíšenie či teplotný rozsah. 

Ak potrebujete pomôcť s výberom, neváhajte nás kontaktovať na info@soselectronic.sk