Kdysi jsem při občasném oživování elektroniky velmi toužil mít termokameru. Byla to doba, kdy se používaly mimo jiné tantalové blokovací kondenzátory. Osazovaly se ručně. Takový tantal při přepólování někdy vydržel i hodiny, než, jak se říkalo, „odešel a zlostně za sebou prásknul dveřmi“. S termokamerou přitom stačil jeden pohled na zapnutou desku (nemám na mysli mini destičku, představte si desku s 500 až 1000 součástek), a bylo jasno. Cena termokamery ovšem tehdy konkurovala novému BMW. Dnes jsme na tom lépe, a tuto věcičku si můžeme i půjčit, na den za 500 až 1000,- Kč. V dnešním díle si ukážeme, jaké má tento přístroj využití ve vývoji venkovní elektroniky. Nejdříve ale splníme slib z minulého dílu…

Věčná otázka: černý, nebo světlý elox?

… a nebo také zlatý, růžový, modrý, zelený…

Tepelná emisivita všech těchto eloxů je v podstatě stejná. Je to ten samý oxid hliníku, jen různě obarvený – a to barvivy, které nemají žádný efekt pro tepelné záření. Pro odpověď tedy musíme přijmout nějaký další rozměr hodnocení. Může jím být např. estetika výrobku, nebo očekávání zákazníka – někdo nemusí vědět, že existuje i světlý elox, očekává černý, a jinou barvou může být znepokojen. Pak je vítězem černá. Někdy ale výrobku hrozí, že bude pracovat na slunném místě. Potom vítězí bílá nebo žlutá varianta. Přírodní světlý elox poznáme od neošetřeného hliníku „šlusmetrem“. Pozor - chladiče, prodávané v metráži, bývají zpravidla neeloxované.

Zdroj obrázku TGlobalCorp

Skleníkový efekt – aneb jak neupéct svůj výrobek

Podobně jako planeta Země, také náš výrobek může trpět skleníkovým efektem. To znamená, že pohltí sluneční záření, ohřeje se, ale vzniklého tepla se nedovede efektivně zbavit. Tomu se samozřejmě snažíme vyhnout (pokud nevyrábíme solární ohřev vody). Z povrchů, které mají tuto zvláštní vlastnost, a kterým se tedy raději vyhneme, jmenujme tzv. černý chrom.

Poznamenejme však, že „černý chrom“ je také označení módního odstínu černé, podobně jako (odstíny) antracit, grafit apod. a v tom případě je to syntetická barva jako každá jiná, s emisivitou cca 0,98. Lakýrníci mi asi neodpustí, že jsem právě hodil do jednoho pytle všechny ty akrylové, uretanové, alkydové atd. barvy, ale z hlediska tepelné emisivity tam nevidím rozdíly.

Tepelnou emisivitu mnoha materiálů lze nalézt v následující tabulce:

https://www.design1st.com/Design-Resource-Library/engineering_data/ThermalEmissivityValues.pdf

Dnešní téma: Termokamera

Začínáme: termokamera neměří teplotu!

Úvodní rada: po zapnutí termokamery si vždy zkontrolujte, případně správně nastavte číslo, obvykle je v rohu na displeji – ukazuje předpokládanou emisivitu pozorovaného povrchu. Obvykle to bývá 0,98, ale mohlo by se stát, že předchozí uživatel, nebo váš mírně škodolibý kolega, nastavil jiné číslo. Termokamera totiž měří intenzitu tepelného záření, a tu následně přepočítá na teplotu povrchu, právě na základě zadané emisivity! Výslednou teplotu (v místě záměrného kříže, případně max. a min. teplotu v obrázku, spočítá. A údaj je samozřejmě pravdivý, pouze pokud má sledovaný objekt právě tu nastavenou emisivitu.

Zdroj obrázku: Flir.eu

Co se tedy stane, pokud jsou v pozorovaném prostoru plochy s jinou, obvykle nižší emisivitou?

První laický dojem nám říká, že takový objekt se bude na snímku jevit jako chladnější. Je to ale pravda? Ne vždy. Povrch s nízkou emisivitou totiž odráží teplo, které na něj dopadá z okolí! Takže, pokud termokameru zaměříte např. na velký, vyleštěný nerezový plech, uvidíme na displeji jakousi osobu, která cosi drží (ano, termokameru) - právě děláte své selfie. Předpokládejme však, pro jednoduchost, že pozorovaný předmět má emisivitu 0,5, a je matný. To znamená, že odrazí polovinu dopadajícího tepelného záření, a zbytek je vlastní tepelná emise povrchu. Kamera zná přibližnou teplotu okolí, takže „něco“ přičte nebo odečte, ale má to vliv na přesnost. Čím je nižší emisivita povrchu, tím je nižší podíl vyzařování měřeného povrchu na celkovém záření, a tedy i nižší přesnost měření. Proto na kovové povrchy někdy lepíme malé čtverečky izolepy, která má emisivitu 0,98, a tak získáme přesnější výsledek.

Jak určit tepelnou emisivitu materiálu termokamerou?

Pokud nám nejde o extrémní přesnost, ale potřebujeme si např. vybrat lepší ze dvou materiálů, nebo se ujistit, že jsou oba stejně dobré, termokamera je správná volba. Potřebujeme vzorky našich neznámých materiálů zahřát, ideálně na maximální teplotu, kterou bude mít náš výrobek. A samozřejmě všechny na stejnou teplotu. K tomu můžeme použít například masivní kus hliníku, nebo kovovou nádobu s horkou vodou. Nalepíme (co nejtěsněji k sobě) naše vzorky, plus referenční se známou emisivitou (třeba obyčejnou izolepu), tu nejlépe na víc místech (pro kontrolu, že teplota je všude stejná). Nyní se schováme, abychom svojí tělesnou teplotou co nejméně ovlivnili výsledek (třeba za desku s dírou jen na kameru) a pořídíme snímek. Materiál s vyšší „teplotou“ – o němž ovšem víme, že v reálu vyšší teplotu nemá – je ten, který má vyšší emisivitu. Jeho emisivitu pak určíme (přesný výpočet neuvádím, protože je poměrně složitý) interpolací z vzorků, jejichž emisivitu známe.

Obrázek z levné termokamery. Zdroj: Youtube

Poslední dobou se dají koupit velmi levné termokamery. Obrázek je sice neostrý a rozlišení malé, ale pro porovnání dvou vzorků nebo nalezení nejteplejšího místa určitě stačí. 
Termokameru můžeme v nouzi nahradit i bezkontaktním teploměrem. Potřebujeme ale takový, který laserem ukazuje přesné místo měření.

Další použití termokamery

Pozorováním celého, pracujícího výrobku termokamerou odhalíme horká místa na jeho povrchu. Ta vzniknou, pokud jsou například vnitřní zdroje tepla (měnič, procesor…) špatně rozmístěná (blízko sebe), prozradí nám, kudy teplo „teče“ ven, na které straně displeje pracují LEDky backlightu, apod. Pokud chceme změřit teplotu povrchu kvůli dotykové teplotě, termokamera nám ukáže přesné místo, kde máme dotykovou teplotu měřit.

Modrá barva na tomto obrázku neznačí extra studená místa, ale povrchy s nízkou emisivitou a otvory.
Zdroj: Flir.eu

Pozorováním pracující, ale nezakryté elektroniky můžeme snadno objevit přehřívající se součástky. Termokamera nám tedy ukáže, kam nalepit čidla, abychom změřili maximální teplotu uvnitř výrobku. O tom ale až příště.