bezkontaktní měření teploty přístroji a termokamerami testo - praktické aplikace termokamer

Praktické aplikace termokamer

Ing. Jan Sova, Centrum termografie http://www.centrumtermografie.cz

Seminář ČMS: Bezkontaktní měření teploty

přístroji a termokamerami TESTO 2013

http://www.centrumtermografie.cz/

http://www.centrumtermografie.cz - odborné školení v termografii

Termografie

Bezdotykové měření teplotních polí – snaha o více či

méně přesné určení teplotních polí na povrchu předmětů

(velký problém vzhledem k nejistotám měření, viz dále)

Srovnávací termografie – vyhodnocování rozdílů

„zdánlivých teplot“ u stejných objektů různého stavu za

stejných podmínek, někdy může být požadavek i na

přibližné stanovení teplot (90 % procent aplikací

termografie)


Chyby měření


Chyb měření

Zdánlivá odražená teplota

Emisivita

Vlastní vyzařování a útlum atmosféry

Chyby interpretace

Nevhodná volba měřicí techniky

Nevhodné podmínky měření

Nejzásadnější

zdroje chyb Vyplývají z

rovnice

termografie

Způsobeno nevhodným

postupem při měření,

měřicí technikou,

interpretací výsledků

apod.


Chyby měření

Termografické měření je zatíženo třemi hlavními zdroji

chyb, které vycházejí z rovnice termografie:

• emisivita – nejproblematičtější zdroj nejistot, může způsobovat

chyby o velikosti desítek a více procent

• odražená zdánlivá teplota – také velmi problematická, naštěstí

méně pro materiály s vysokou emisivitou (stavební)

• vliv atmosféry – lze často úplně zanedbat

• vlhkost

• teplota

• vzdálenost



Bod [°C]

Sp1 20.0

Sp2 18.6

Sp3 20.8

Osoba odrážející se ve skle (váš lektor). Jak

uvidíte dále, sklo není (pro někoho možná

překvapivě) zdaleka nejlepším „odražečem“

(a jeho emisivita je poměrně vysoká).



Bod [°C]

Sp1 19.8

Sp2 19.1

Ve viditelném spektru je tabule poměrně málo

odrazivá, ve spektru v němž měří termokamera,

je tabule mnohem více odrazivá (než ve

viditelném spektru).



Oblast [°C]

Ar1 27.0

Ar2 12.2

Ar3 20.8

Bod [°C]

Sp1 12.2

Sp2 27.0

Toto je již praktický příklad. Lesklá kovová plocha vodovodního potrubí snadno

odráží tepelné záření, které vyzařuje motor (má vysokou odrazivost).

Průměrná teplota

v oblasti


Vliv emisivity

Bod [°C]

Snímek vlevo (ԑ = 0.95) 32.3

Snímek vpravo (ԑ = 0.30) 56.5

Nevhodně nastavená emisivita může mít

velmi zásadní vliv na přesnost měření.

V tomto případě způsobuje zcela

nepřijatelnou chybu.

ԑ = 0.95 ԑ = 0.30


Názorný vliv emisivity

Povrchová teplota zatepleného panelového domu je přibližně homogenní. Na

termogramu se však zdá, že místa s nápisem jsou až o 5°C chladnější. Tato chyba

měření je způsobena rozdílnou emisivitou barev nápisu oproti barvám zdiva.


Tabulka emisivit při 25 °C

Materiál emisivita

azbestová deska 0,96

beton neopracovaný 0,97

cihla, červená normální 0,93

cihla, šamot 0,85

omítnutá zeď 0,95

dřevo 0,98

hliníková fólie, nezoxidovaná 0.04

chrom, leštěný 0,10

měď, leštěná 0,02

měď, oxidovaná 0,60

Tabulka je pro vlnové délky 8μm až 14μm. Orientační hodnoty emisivit pro různé

materiály. Všimněte si vysoké emisivity stavebních materiálů a nízké emisivity

neoxidovaných kovů.

Pozor! U každé tabulky

emisivit musí být určeno,

pro jakou vlnovou délku

(či rozsah vlnových délek)

a teplotu (či rozsah teplot)

je stanovena. Bez tohoto

údaje tabulku nelze

použít.


Přenos atmosférou

Přenos atmosférou je ovlivněn především množstvím

molekul vody a oxidu uhličitého, které pohlcují

infračervené záření v různých vlnových délkách.

Atmosféra je navíc plynné těleso o jisté teplotě, které

vyzařuje tepelné záření.

V praxi proto měříme:

• relativní vlhkost,

• tloušťku atmosférického sloupce mezi termokamerou

• teplotu atmosféry.


Závislost emisivity na vl. délce

Se změnou teploty se povrch tělesa z daného materiálu může stát pro danou

vlnovou délku záření pohltivější či naopak méně polhtivý.


Chyby interpretace

„Ofuk“ způsobený netěsností v

okenní spáře - stavební závada.

Snížený tepelný odpor. Vedení

tepla okenní mříží – důsledek

konstrukčního řešení.


Malá citlivost termokamery

Chybou může být volba termokamery s nedostatečnou citlivostí (NETD).

Příliš malá citlivost termokamery může způsobit „utopení“ podstatných

detailů v šumu.

Představte si analogové rádio, které je naladěno na stanici, jejíž signál je

příliš slabý v porovnání s vlastním šumem rádia.


Teplotní citlivost, NETD

Ilustrace vlastního šumu IČ

systému „přeskakování barev“ je

především digitalizovaný šum z

IČ převodníku a šum vzniklý

digitalizací.

𝑆𝑁𝑅 =𝑃𝑠𝑖𝑔𝑛á𝑙

𝑃š𝑢𝑚


Nedostatečné rozlišení

I nedostatečné

rozlišení vzhledem k

velikosti měřeného

detailu může vést ke

značným chybám

měření.


Nevhodné podmínky měření

Na výslednou „kvalitu“ má vliv i řada dalších

okolních vlivů. Při nesprávné volbě okolních

podmínek mohou právě tyto vlivu způsobovat

největší „chybu měření“.

Bod [°C]

Sp1 4.4

Sp2 -3.8

Sp3 -10.4


Rovnice termografie

1. tepelné záření z okolí, které se bude odrážet od měřeného povrchu, 2.

povrch měřeného objektu, který je zdrojem měřeného tepelného záření, 3.

atmosféra, která jednak utlumuje (vlastní i odražení) tepelné záření z měřeného

povrchu, jednak sama vyzařuje tepelné záření, 4. objektiv termokamery


Rovnice termografie

Vlastní záření objektu, utlumené

atmosférou. Jediná část rovnice,

kterou měřit CHCEME!

Odražené zdánlivé záření z

okolního objektu, odražené od

povrchu měřeného objektu.

Celkový zářivý

tok, který

dopadá na

detektor

termokamery

Vlastní vyzařování

atmosféry


Rovnice termografie

Vliv atmosféry je

pro řadu aplikací

zanedbatelný

(podržené

symboly)

Odražené

tepelné záření

Vlastní tepelné

záření měřeného

objektu

Vlastní tepelné záření objektu je to, co měřit CHCEME, odražené (tepelné)

záření je to, co nám způsobuje problémy a snahou je, co nejvíce jej

ELIMINOVAT. Čím méně je v celkovém součtu vlastní tepelné záření

měřeného objektu, tím větší chyby se při měření můžeme dopustit navzdory

snahy o její korekci stanovení odražené zdánlivé teploty, viz měření dále.


Diagnostika budov


Postup při měření

Zajištění vhodných podmínek, zajištění budovy

Změření vlhkosti a teploty v exteriéru i interiéru (zde

navíc rosného bodu), pokud měření trvá déle, je třeba

zaznamenávat i vývoj těchto veličin

Měření z exteriéru, nalezení problematických míst

Měření z interiéru, kontrola dotyk. teploměrem

• srovnání povrchových teplot s normou (ČSN 730540-2)

• srovnání povrchové teploty s teplotou rosného bodu

Srovnání s referenčními termogramy, vytvoření protokolu


Podmínky měření

Příklad povětrnostních podmínek při diagnostice budov

• rychlost větru do 5 m/s

• teplota od -20°C do +5°C

• bez slunečního záření a bez ovlivnění jasnou noční oblohou

• bez deště, sněžení či mlhy

• rozdíl vnitřní a vnější tepoty alespoň 15°C

• „stálé“ podmínky před měřením (dosažení ustáleného stavu)

Zajištění budovy

• vytopit (ale nepřetopit!!), vypnout vytápění před měřením

• nevětrat! (uzavřít okna)

• odtáhnout závěsy a nábytek (u problémových míst)


Podmínky měření

Většinou lze měření provádět od listopadu po (začátek)

března, tedy cca 4 měsíce v roce

Od února je třeba dávat pozor na vliv slunce (osvit - bude

ukázáno dále)

Měří se většinou v nočních a ranních hodinách (vliv

slunce)


Vlhkostní problémy

Bod [°C]

Sp1 19.8

Sp2 18.8

Sp3 23.9


Tepelně izolační problémy

Oblast Průměrná

teplota [°C]

Ar1 21.0

Ar2 15.2



Oblast Průměrná

teplota [°C]

Ar1 18.9

Ar2 21.1



Detail roletového překladu bez výplně.

Pokles průměrné teploty v oblasti roletového překladu

oproti okolnímu ostění o cca 5 °C. Vzhledem k velikosti

poklesu a plošnému rozsahu tepelného mostu nelze

daný detail zcela zanedbat a měl by být dodatečně

dořešen a to i s přihlédnutím ke skutečnosti, že se

nejedná o náročnou stavební úpravu.



Detail: levý horní roh místnosti sloužící jako odkládací a provozní; zobrazený horní kout je tvořen severní a západní stěnou a střechou, je tedy stykem 3 zvenku ochlazovaných konstrukcí



Teplotní anomálie: ve styku stěna - střecha je patrná

výskyt silného lineárního tepelného mostu, stejný efekt je

patrný i ve směru svislém. Po celé délce je povrchová

teplota na hranici výskytu plísně. V ploše zobrazené

obdélníkem Ar2 má zřetelné prokreslení spár

keramických tvarovek. Detail ukazuje bod s povrchovou

teplotou nižší než 11 °C. Prokreslené spáry a velmi nízká

teplota v hodnoceném koutu značí možný problém v

provedení tepelné izolace ETICS fasády.



Tepelný most v důsledku snížení tepelného odporu

vzduchovou mezerou roletového překladu okna.

Samozřejmě se nejedná ani o konstrukční závadu ani o

špatně provedený konstrukční detail.


Problémy se vzduchotěsností

Bod [°C]

Sp1 9.9

Sp2 21.0



Bod [°C]

Sp1 1.9


TZB – zatékání pod podlahou


TZB – zatékání pod podlahou

V podlaze, kterou jsme až nyní nedávno konečně odkryli byla nalezena díra v odpadním potrubí. Ta přesně kopírovala Vaše zjištění. Pro zajímavost zasílám i podrobnější informace a přikládám snímky, na kterých je vidět jasně příčina.

Ta zcela do detailu (dle místa co jsem si fixou označil přímo na místě při Vašem měření) odpovídala místu, které jsme nalezli.

V odpadním potrubí byla díra skrz, přičemž do sypké vrstvy pod potrubím se ze spodní strany potrubí vylévala voda a následně rozlévala do okolí, pod dřevěnou podlahu, která se následkem této prostupující vlhkosti vlnila. Dolů voda nezatékala díky hydroizolační vrstvě.

Problém se nám podařilo citlivě a s minimálním rozsahem zásahu do podlahy odstranit a nyní je i díky Vašemu měření závada odstraněna bez větších následků.


TZB – podlahové topení


TZB – podlahové topení

Zavzdušněné teplovodní potrubí, dva ze 6 okruhů mají

nedostatečnou teplotu, západní část obývacího pokoje je

proto výrazně chladnější


Teplotní faktor vnitřního povrchu

Pro hodnocení požadavků na vnitřní povrchovou teplotu

používá norma ČSN 730540-2 teplotní faktor vnitřního

povrchu. Jedná se o poměrovou veličinu, která je na

rozdíl od vnitřní povrchové teploty vlastností konstrukce a

nezávisí na působících teplotách.

Za hranici vyloučení vzniku plísní je pokládána relativní

vlhkost povrchu 80%. Pokud je povrchová relativní

vlhkost nižší, vznik plísní je prakticky vyloučen. Při vyšší

relativní vlhkostí je riziko naopak velmi značné.


Teplotní faktor vnitřního povrchu

Konstrukce a styky konstrukcí v prostorech s návrhovou

relativní vlhkostí vnitřního vzduchu menší než 60% musí

v zimním období za normových podmínek vykazovat v

každém místě takovou vnitřní povrchovou teplotu, aby

odpovídající teplotní faktor fRsi vnitřního povrchu splňoval

podmínku:

Splnění tohoto požadavku je prevencí rizika povrchové

kondenzace u výplní otvorů a růstu plísní u stavebních

konstrukcí.


Kritický teplotní faktor - tabulka

Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu pro návrhovou

relativní vlhkost vnitřního vzduchu 50%.


Kritický teplotní faktor - teploty

Teplota odpovídající kritickému teplotnímu faktoru

vnitřního povrchu pro návrhovou relativní vlhkost 50%.


Izoterma – jako stupeň závady

• S pomocí více izoterm lze stanovit

stupeň závady. Stupni je přiřazena jistá

barva.

• V termogramu jsou pak touto barvou

identifikována místa, kde bylo podle

naměřených hodnot dosaženo tohoto

stupně.

• Na termogramu vlevo jednotlivé barvy

zobrazují místa s relativní povrchovou

vlhkostí 70% až 80% (žlutá), 80% až

90% (modrá) a nad 90 % (červená).

stupeň relativní vlhkost barva

I. stupeň 70% až 80%

II. stupeň 80% až 90%

III. stupeň 90% a více


Prediktivní údržba


ČSN EN 18434-1

ČSN ISO 18434-1 – Monitorování stavu a diagnostika

strojů – Termografie – Část 1: Všeobecné postupy

Je národní verzí mezinárodní normy ISO 18434-1:2008

Norma je návodem pro použití infračervené termografie

(IČT), jako součásti programu pro monitorování stavu

strojů a jejich diagnostiku.


ČSN EN 18434-1


Diagnostika fotovoltaických panelů


FV panely

Panely musí splňovat kritéria daná

normou ČSN EN 61215

Je třeba počítat s tím, o jaký typ panelu se

jedná:

• Panely z krystalického křemíku

• monokrystalické

• Multikrystalické

• Tenkovrstvé panely

• CdTe

• a-Si

• …

• Více přechodové články

• DSSC

• Tenkovrstvé na pružném substrátu


FV panely

Elektrárna v provozu, intenzita slunečního záření alespoň

700 W/m2

Požadavky na termokameru: Dostatečná citlivost (NETD)

a dostatečné rozlišení

• alespoň rozlišení 120x120, teplotní citlivost alespoň 100 mK,

• lépe pak rozlišení 320x240 a teplotní citlivost 50 mK


Postup při diagnostice FV

Nalezení „hotspotu“

vizuální kontrola,

přibližné stanovení VA

charakteristiky

Exaktní stanovení VA –

flash tester

Stanovení závady např.

fotoluminescence

Základní snahou při diagnostice

fotovoltaického panelu je ověření

jeho VA charakteristiky. Výskyt

„hotspotu“ často signalizuje

závadu („nějakou“). V případě, že

je při kontrole na panelu nalezen,

je namístě změřit jeho

voltampérovou charakteristiku v

terénu (na to jsou speciální

přístroje). Pokud z tohoto měření

vzejde podezření, že výkon

panelu není dostatečný, následuje

kontrola v laboratoři pomocí flash

testeru, který zajistí opakovatelné

a normové podmínky testování VA

charakteristiky.


FV panel - závada

Závada

NEBYLA

nalezena

Hotspot –

evidentní

závada.

Teplota

hotspotu

bude

závislá na

inzitě

slunečního

záření!


Vizuální kontrola FV panelu

zlomený, prohnutý, nevyrovnaný nebo porušený vnější povrch

zlomené články

prasklé články

vadné spoje

dotek článků mezi sebou nebo s rámem

chyby lepených spojů

bublinky a chyby laminace

lepivé povrchy plastů

vadné vývody, živé části

Řadu závad FV panelu lze odhalit

pomocí fotoluminescence, viz dále


Flash tester

http://pasan.feld.cvut.cz –

laboratoř diagnostiky

fotovoltaických panelů FEL

ČVUT

Výstupem měření jsou tzv.

flashdata, které jsou určeny

minimálně výstupním špičkovým

výkonem, napětím naprázdno,

proudem nakrátko, pracovním

napětím, proudem, výkonem a

popřípadě účinností nebo fill

faktorem. Panely jsou testovány

za podmínek STC deklarované

normami IEC - intenzita 1 000

W/m2 ,AM 1,5, teplota 25 °C.

http://pasan.feld.cvut.cz/


Fotoluminescence

Fotoluminescence je schopna

odhalit defetky fotovoltaického

panelu, které nejsou vidět pohým

zrakem. Na levo je panel s řadou

prasklých fotovoltaických článků,

které vyniknou při měření

vlastního záření panelu IČT

kamerou citlivou v pásmu okolo

1000 nm

Termokamera Bobcat

Xenics SWIR InGaAs

camera


Aktivní termografie



Aktivní termografie využívá vhodně modulovaný zdroj

energie k ovlivnění měřeného objektu



V místě defektu sendvičové konstrukce chybí část izolační výplně. V důsledku

toho tato část jinak vede teplo (změnila se tepelná vodivost). Pomocí externího

zdroje tepelné energie lze tato místa za určitých okolností detekovat.

bezkontaktní měření teploty přístroji a termokamerami testo - praktické aplikace termokamer

Economy & Finance