3. Teplota vzduchu
Teplotu vzduchu považujeme za
nadřazený faktor stájového mikroklimatu, neboť rozhoduje o hodnotách některých
ostatních faktorů (vlhkost, proudění vzduchu), případně zásadně ovlivňuje hodnocení
působení těchto faktorů na živý organismus (např. vyšší hodnotu proudění
vzduchu můžeme považovat za žádoucí v případě zvýšené teploty prostředí,
zcela negativně ji však posuzujeme v případě, je-li teplota prostředí pod
optimální hranicí – zvýšená hodnota ochlazování zvířat).
Teplota je hlavním klimatickým
faktorem, který nutí organismus živočichů se stálou tělesnou teplotou, aby
přizpůsoboval produkci a výdej tepla stavu prostředí, což může v extrémních
případech ovlivnit užitkovost, nebo dokonce zdraví zvířat.
Homoiotermní, neboli stálotepelní
živočichové si udržují relativně stálou teplotu těla proto, aby rychlost
biochemických reakcí v těle příliš nekolísala a aby byly neustále k dispozici
všechny fyziologické funkce, které živočich potřebuje k normálnímu životu a
obraně. Mají tedy vyvinutou složitou funkci, nazývanou termoregulace, jejíž
pomocí organismus udržuje stálou tělesnou teplotu. Té je možno dosáhnout jedině
při vyrovnané tepelné bilanci organismu. Teplota prostředí je téměř vždy nižší,
než tělesná teplota zvířat, a proto se z fyzikálního hlediska jedná převážně o
přechod tepla z těla zvířete do prostředí. Vliv teplot prostředí na
homoiotermní organismus znázorňuje obrázek č.2.
Obrázek č.2 Vliv teplot prostředí na
homoiotermní organismus
Ze studií vyplývá, že rozsah
termoneutrální zóny je ovlivněn převládajícími teplotami prostředí a dobou
jejich působení. Při dlouhodobém vystavení zvířat neutrálním a nízkým teplotám
dojde k rozšíření termoneutrální zóny a posunu směrem k nižším
teplotám prostředí a naopak (Louda aj., 2000). Pro skot jsou uváděny hodnoty
termoneutrální zóny obvykle od -10 až
do +
Termoregulace homoiotermních
organismů probíhá na třech úrovních, a to reflexní, fyzikální a chemické.
Reflexní termoregulace se spouští na
základě informací z tepelných receptorů, uložených hluboko v kůži.
Informace jsou předávány do termoregulačního centra v hypotalamu. Na
jejich základě termoregulační centrum zajišťuje funkce sloužící buď
k redukci tepelných ztrát a zvýšení tepelné produkce v prostředí
chladném, nebo zvyšují výdej tepla a snižují tepelnou produkci v horkém
prostředí.
Do reflexní termoregulace zahrnujeme
tři pochody a sice regulaci přítoku krve, změnu účinné plochy povrchu těla a
regulaci izolační vrstvy, styčné se vzduchem.
V chladném prostředí dochází
k vasokonstrikci malých cév v kůži, což je řízeno centrem
v hypotalamu a vasomotorickým centrem v prodloužené míše. Dále
dochází k vasodilataci hluboko uložených cév, extrapyramidálním systémem
se spouští reflex svalového třesu, zvyšuje se metabolická činnost jater,
produkce ACTH a TSH, aktivizuje se dřeň nadledvin a podněcuje se tělesný pohyb
jedince.
V prostředí vysokých teplot
dochází k vasodilataci malých cév v kůži, což umožňuje zvýšený výdej
tepla radiací a kondukcí. Dále dochází k vasokonstrikci hlouběji uložených
cév, zrychluje se srdeční činnost, aktivizuje se reflex pocení, dochází
k větší evaporaci, omezují se metabolické procesy a snižuje se volní (vůlí
ovládaná) aktivita.
Při změně účinné plochy povrchu těla
za vysokých teplot prostředí se zvířata snaží vystavit co největší část povrchu
těla chladnějším plochám. Zvířata vyhledávají vlhké betonové podlahy nebo
vlhkou zem, stín apod. V chladném prostředí naopak zmenšují styčnou
účinnou plochu na minimum, zvířata se schoulí, shlukují se a tisknou se
k sobě.
K regulaci izolační vrstvy
dochází např. zježením srsti, což je důsledek reflexního stažení
pilomotorických svalů. Tím se vytvoří okolo těla zvířat vzduchová izolační
vrstva, chránící organismus před nadměrnými ztrátami tepla. Ztráty tepla se
mohou reflexní termoregulací snížit až o 70% (Kursa, 1998).
Existují různé fyzikální a chemické
mechanismy, které zajišťují výdej tepla z organismu. Mezi mechanismy
fyzikální termoregulace patří:
1) Evaporace – což je odpařování vody z povrchu těla, plic a dýchacích cest.
Tato forma výdeje tepla je velmi účinnou složkou termoregulace, zvláště při
teplotách nad
2) Radiace (vyzařování) – nastává při rozdílných teplotách
dvou předmětů, které se vzájemně nedotýkají. Z povrchu těla vyzařuje teplo
k okolnímu chladnějšímu prostředí. Suchý vzduch radiační teplo
(infračervené záření) nepohlcuje, zatímco vlhký vzduch ano. Je-li teplota
okolních ploch (stěny, stropy, podlahy, příp. topná tělesa) vyšší než teplota
povrchu těla, je teplo tělu vyzařováno. Nastává radiace kladná, která se
uplatňuje jako forma klimatizace. Intenzita radiace je závislá na velikosti
rozdílu teplot mezi povrchem těla a povrchem jiného předmětu a také na jejich
vzdálenosti.
3) Kondukce (vedení tepla) – jde o přímé předávání tepla mezi
molekulami dvou předmětů, jejichž teplota je rozdílná. Ke kondukci dochází
především při ležení zvířat na podlaze, proto mají velký význam tepelné izolace
stájových podlah, zejména podlah nepodestýlaných. U vyhřívaných podlah dochází
ke kladné kondukci.
4) Konvekce (proudění) – při konvenci je teplo přiváděno nebo
odváděno proudícím vzduchem. Předávání tepla je závislé na rychlosti proudění
okolního vzduchu, jeho vlhkosti a rozdílu teplot.
Chemická termoregulace se spouští,
jestliže v chladném prostředí klesá teplota tělesného jádra. Při poklesu
této teploty pod teplotu kritickou se uvolňují glykogenové rezervy a zvyšuje se
energetický metabolismus za současného zvýšení potřeby kyslíku. Při vyšších
teplotách se naopak metabolismus snižuje, tím se sníží i oxidační pochody a
spotřeba kyslíku, což může vést až ke snížení užitkovosti.
U skotu se odhaduje výdej tepla
přibližně v poměru: evaporace 20%, radiace 10% a konvekce 70%.
Teplota vzduchu ve stáji je základní
charakteristikou tepelného režimu a je vždy výsledkem tepelné bilance stájového
prostředí. Bilance tepla je pak určována současným působením dvou složek. A to
produkcí tepla uvnitř stáje a tepelnými ztrátami do venkovního prostředí.
Hlavním zdrojem produkce tepla ve
stájích je především teplo vydávané zvířaty. Vydané teplo je závislé na
množství přijímané potravy. Při trávení dochází k přeměně energie
akumulované v potravě v jiné formy a při těchto transformacích se
uvolňuje teplo. Také proto platí, že čím intenzivnější je zátěž organismu, tím
větší je potřeba energie a tím více
tepla se vyprodukuje a tělo se více zahřívá.
Dalším zdrojem produkce tepla ve
stájích je pak teplo přiváděné do stáje zvenčí obvodovými konstrukcemi,
vzduchem při větrání, osluněním nebo i případnými umělými zdroji při vytápění.
Významným tepelným zdrojem může být za určitých okolností také podestýlka.
Produkce tepla (zejména hlubokou podestýlkou) příznivě ovlivňuje ztráty tepla
kondukcí z ležících zvířat. Na druhé straně však může zvýšená teplota
uvnitř podestýlky mít významnou roli při vývoji parazitóz u chovaných zvířat.
Tvorbu a výdej tepla souhrnně
vyjadřuje rovnice tepelné bilance organismu:
M – produkce tepla
EV – evaporace
RA – radiace
KD – kondukce
KV – konvekce
KR – vyrovnání tepla přijatého krmiva
a nápoje
Produkce tepla (M) je u daného druhu
závislá na metabolické aktivitě, která souvisí s výživou a užitkovostí
zvířete. Výdej tepla závisí na vnějším prostředí, klimatické adaptaci,
konstrukci staveb a použitých technologiích (Kursa, 1998).
Pro každý druh a kategorii zvířat
existuje určité rozmezí teplot vnějšího prostředí, ve kterém je termoregulace a
látková výměna minimálně zatěžována (pásmo tepelné rovnováhy). Při pohybu
zvířat v chladném prostředí si zvířata zachovávají teplo vasokonstrikcí
malých cév v kůži a současnou vasodilatací hlubokých cév, aktivitou
kosterního svalstva (pohyb, třes, křik), zvýšenou diurézou atd. Zvýší-li se
teplota prostředí, dojde nejprve ke zvýšení výdeje tepla (vasodilatace kožních
cév a vasokonstrikce hlubokých cév, pocení atd.). Dále nastupují mechanismy
omezující metabolické děje a tím i tvorbu tělesného tepla (Klabzuba, 2002).
Opatření k zajištění
požadovaných teplot:
- dodržení plánovaného počtu zvířat,
tj. hustoty obsazení dle projektu
- patřičná tepelná izolace stavby podle
výpočtu tepelné bilance stáje
- větrání podle stavu venkovního počasí
Teplotou vzduchu se rozumí teplota
stanovená teploměrem, chráněným před radiací (teplota stanovená ve stínu).
3.4.1. Historie měření teploty
Dnes jsou teploměry snad nejznámějším
fyzikálním přístrojem. Ale ještě před několika staletími byly zcela neznámé. Teplota
se určovala podle tělesných pocitů, při výrobě kovů a keramiky se lidé řídili
barvou rozžhavených předmětů nebo roztavením kovů.
Teprve na samém začátku 17. století Galileo Galilei, slavný profesor univerzity v Padově v
Itálii, využil tepelné roztažnosti vzduchu k měření teploty. Tento primitivní
teploměr byl tvořen tenkou skleněnou trubičkou dlouhou asi 30 cm a zakončenou
baňkou. Baňku zahřál rukou a "teploměr" (říkalo se mu vzduchový termoskop)
vložil otevřeným koncem trubičky do nádobky s obarvenou vodou. Chladnoucí
vzduch se smršťoval a vlivem tlaku okolního vzduchu na hladinu voda vnikala do
trubičky. Po vychladnutí přejímala baňka teplotu okolního vzduchu a výška
vodního sloupce v trubičce se měnila podle změn objemu vzduchu v baňce, který
se zase měnil podle teploty vzduchu. Na rozdíl od dnešních teploměrů při
oteplení hladina klesala a při ochlazení stoupala. Přístroj ještě neměl
stupnici.
Po Galileim experimentovali s
podobnými teploměry Otto von Guericke a Gaspar Schott. Zdokonalili termoskop tím, že použili uzavřeného systému se
dvěma baňkami na koncích spojovací trubička ve tvaru U, v níž byla tekutina.
Ještě v témže století se objevují
teploměry, v nichž teploměrnou látkou je kapalina. Zřejmě první sestrojil roku
1631 francouzský lékař Jean Rey,
který použil jako teploměrnou látku vodu. Nevýhodou tohoto teploměru byla malá
roztažnost vody. Proto se hledaly jiné vhodné tekutiny. Jako nejvhodnější se
ukázaly líh a rtuť. První lihový teploměr sestrojil roku 1641 toskánský
velkovévoda Ferdinand
II. V té době sice teploměry již měly stupnice, ty však nebyly
jednotné, takže údaje změřené jednotlivými teploměry se nemohly porovnat. První
teploměry s "normalizovanou" stupnicí byly sestrojeny až kolem roku
1650.
Kromě jednotné stupnice bylo také
nutno stanovit její počátek. Anglický fyzik Robert Boyle stanovil v r.
1664 u svého teploměru jako základní bod stupnice teplotu tajícího ledu. V roce
1665 určil další stálý bod stupnice holandský vědec Christian Huygens.
Byla to teplota varu vody při normálním tlaku ovzduší (tj. 1013 hPa, neboť jak
víme, s klesajícím tlakem klesá i bod varu vody). A tak Huygens
navrhl, aby se za základ stupnice teploměru vzala buď teplota tání ledu nebo
teplota varu vody, čímž vlasně navrhl způsob používaný dodnes.
To však nebránilo Danielu Gabrielu
Fahrenheitovi, který
začal o nějakých 50 let později vyrábět lihové a posléze i rtuťové teploměry v
Holandsku, aby si svérázně vybral za počátek stupnice svých teploměrů teplotu
směsi ledu, vody a salmiaku. Za horní základní teplotu stanovil teplotu
zdravého člověka a označil ji číslem 96. Vzdálenost mezi oběma teplotami
rozdělil na 24 dílů a každý z nich pak ještě na další 4, aby tak konečně dostal
stupně. Teplota tání ledu je na této stupnici označena 32 a teplota varu vody
číslem 212. Je s podivem, že takto komplikovaně zkonstruovanou a zcela
nelogickou stupnici dodnes používají v např. v USA. Rozumnější René de Réamur, pařížský
zoolog, navrhl stupnici s nulou při teplotě tání ledu a s hodnotou 80 při
teplotě varu lihu (později tato hodnota odpovídala teplotě varu vody).
Švédský matematik a geodet Anders Celsius zavádí
do měření desítkovou soustavu, kde teplota varu vody má číslo 0 a teplota tání
ledu číslo 100. Jméno toho, kdo později tyto hodnoty obrátil tak, jak je známe
a používáme dnes, nebylo s jistotou zjištěno. Jednotkou této stupnice, jak
víme, je teplotní stupeň Celsiův (°C).
Všechny tyto teploměry jsou založeny
na stejném principu, na teplotní roztažnosti látek (kapalin) a proto se jim
říká dilatační. Celsiem byl jejich vývoj prakticky ukončen. V dalších letech byly už jen
modifikovány jednotlivé druhy. Např. teplota nad bodem varu rtuti (356 °C) až
do 1100 °C se měří rtuťovým teploměrem, u něhož se kapilára plní např. dusíkem
a teploměr je zhotoven z křemenného skla. U lékařských rtuťových teploměrů (35
až 42 °C) je kapilára nad nádobkou se rtutí zúžena, takže se v tomto místě při
poklesu teploty rtuťový sloupec přetrhne a teploměr tak stále ukazuje maximální
naměřenou teplotu (před dalším použitím se musí "sklepnout").
Později se objevily teploměry také na
jiných fyzikálních principech. Například odporové teploměry měří teplotu změnou elektrického odporu vodiče nebo
polovodiče (termistoru), termoelektrické
teploměry jsou založeny na termoelektrickém jevu, kdy změnou teploty spoje
dvou různých kovů se mění vzniklé termoelektrické napětí. Teplotu lze měřit i
bezdotykově, např. pomocí tzv. infrateploměrů, které měří záření vysílané tělesy do
okolí (na stejném principu pracují i známá světelná infračidla a bohužel i
naváděné střely). Všechny tyto teploměry mohou mít kromě klasické analogové
stupnice také stupnici digitální a hlavně mohou mít elektrický výstup, což
umožňuje elektrické zpracování naměřených hodnot nebo přímo automatizované
řízení procesu.
3.4.2. Stupnice používané k vyjadřování teploty
V tabulce
č.1 jsou uvedeny dnes používané teplotní stupnice
Tab. č.1
|
Stupnice |
Označení |
Rozsah |
|
Celsiova |
°C |
0 – 100 |
|
Fahrenheitova |
°F |
32 – 212 |
|
Réamurova |
°R |
0 – 80 |
|
Kelvinova |
K |
- 273,16 |
Přepočet
mezi jednotlivými stupnicemi:
t [°C] =
5/4 t [°R] = 5/9 [t (°F) – 32] = t [K] – 273.16
Podle principu, na základě kterého
přístroj detekuje okolní teplotu používáme v současné době nejčastěji tyto
skupiny teploměrů:
1. Kapalinové – v současné době
zřejmě nejrozšířenější skupina teploměrů. Jejich funkce je založena na
roztažnosti kapaliny – obvykle rtuť, obarvený líh, toluen, kreozotový olej atd.
Jedná se o dostatečně přesné a cenově dostupné řešení. Výhodou kapalinových
teploměrů je poměrně rychlá reakce kapaliny na změnu teploty, nevýhodou pak
téměř výhradní (až na malé výjimky) použití pouze pro ambulantní způsob měření.
2. Kovové (bimetalové) – teploměry,
které na měření teploty
využívají bimetalový
(dvojkovový) pásek složený z dvou kovů s různými činiteli tepelné roztažnosti. Při změně teploty se pásek
ohýbá a tento pohyb se přenáší na ručičku přístroje. Jedná se poměrně časté
řešení, jehož nevýhodou je pomalá reakce bimetalového pásku na změny teploty.
3. Plynové – založeny na roztažnosti
plynů. Jde o velice přesné přístroje, které však více než v oblasti měření
mikroklimatu nacházejí uplatnění jako kalibrační prvky, či pro agresivní měřené
látky v chemii, petrochemii, zpracovatelských technologiích, stavbě přístrojů a
potravinářském průmyslu.
4. Elektrické a termoelektrické -
termoelektrické teploměry využívají k měření teploty termoelektrických článků.
Termoelektrický článek je tvořen dvěma vodiči z různých kovových materiálů
A a B, které jsou na obou koncích spolu vodivě spojeny (viz
obr.č.3). Jestliže teplota Jm jednoho spoje bude různá od teploty J0 druhého spoje, vzniká
termoelektrické napětí a obvodem prochází termoelektrický proud.
V zjednodušené formě můžeme závislost
termoelektrického napětí na teplotě vyjádřit lineárním vztahem:
E = aABJm + aBAJ0 = aAB(Jm - J0)
kde aAB je
koeficient závislý na materiálech použitých kovů, přičemž platí, že aAB = - aBA
Jejich využití je v současné
době velmi rozšířené (vzhledem k jejich
finanční dostupnosti), a to nejen
v lékařství, ale i v zemědělské praxi. Jde o jedno z nejčastějších řešení
v případě registračního způsobu měření teploty prostředí.
5. Infrateploměry (bezkontaktní) – měří
tepelné záření (infračervené spektrum), vysílané tělesy do okolí. Jde o velmi
přesné přístroje, pomocí kterých můžeme rychle a bezkontaktně stanovit nejen povrchovou
teplotu zvířat a stájových konstrukcí, ale i průměrnou teplotu stájového ovzduší.
6. Termovize - k bezpečnému měření
povrchových teplot předmětů využívá termovize infračervené záření, které je pro
nás neviditelné. Rozložení a průběh teploty se zobrazuje a zaznamenává
prostřednictvím termovizní kamery. Pomocí tohoto zařízení lze infračervené
záření zachytit a uložit ve formě teplotních pixelů, takzvaného termogramu. Je
možné měřit i teploty povrchů vzdálenějších či nepřístupných součástí.
Následný rozbor teplotního pole umožňuje posoudit stav monitorovaného
prostředí. Vzhledem k vysokým pořizovacím nákladům je prozatím tato
technologie pro použití v podmínkách živočišné výroby vzácností.
3.4.4. Teploměry vhodné k měření
teploty ve stájovém prostředí
K měření teploty vzduchu ve
stájovém prostředí se nejčastěji používají:
· nástěnné
aj. kapalinové teploměry:
zavěšují se vhodně ve stájovém prostoru (na sloupech apod.), ne však na stěně
· maximový
nebo miniový rtuťový teploměr (samostatně) nebo maximominimální
teploměr Sixův) k zjišťování extrémních, tj. nejnižších a
nejvyšších teplot v průběhu kratšího období, zpravidla extrémně zimního
nebo letního počasí, teploty se odečítají v době, kdy se extrémní hodnoty
nepředpokládají (nejlépe v dopoledních hodinách).
· psychrometr
aspirační (Assmanův):
nejvhodnější a nejrychlejší metoda pro ambulantní měření teploty a současně i
relativní vlhkosti vzduchu ve stájích
· teploměry
termistorové (elektrické, digitální): např. Thermophil firmy Ultrakust, ARM-Therm, Testoterm aj.,
které rovněž umožňují rychlé a přesné měření zpravidla několika
mikroklimatických veličin
· elektrické
zapisovací teploměry vícestopové (s více čidly): používají se k registračnímu měření
· dotykové
(kontaktní) teploměry, zpravidla elektrické (dnes i
digitální): k měření povrchových teplot stěn, podlah nebo podestýlky
· k registračnímu měření teploty
vzduchu se u nás používá termograf, resp.
lépe pro současné měření relativní vlhkost termohygrograf (např. THGF METRA aj.): vhodné pro měření ve
stáji a venku v meteorologické budce. Nevýhodou měření termohygrografy ve
stájích může být, že není možné umístit je vždy přesně do životní zóny zvířat –
rozdíly lze však korigovat podle kontrolních měření psychrometrem (Zeman,
1994).
3.4.5. Maximominimální teploměr Sixův
3.4.5.1. Popis přístroje a jeho
funkce (video)
Jedná se o jednoduchou skleněnou
U-trubici, která je na obou koncích rozšířena v baňky. Teploměrnou
kapalinou bývá nejčastěji kreozotový olej nebo toluen, tedy čirá kapalina
uzavřená v U-trubici. Není jí tedy rtuť, jak by se na první pohled mohlo
zdát. Rtuť sice je součástí teploměru, ale slouží pouze jako převodní
mechanismus, který převádí pohyby teploměrné kapaliny z jednoho raménka
U-trubice do druhého (viz obrázek č.4).
Obrázek č.4 Maximominimální teploměr
dle Sixe
V případě zvýšení okolní teploty
dojde k ohřátí teploměrné kapaliny v levé baňce U-trubice, tedy i
zvětšení jejího objemu a následné expanzi směrem dolů. Expandující teploměrná
kapalina před sebou tlačí převodní rtuťový sloupec, a to do pravé poloviny
U-trubice (označené jako MAXIMA). V opačném případě (snížení teploty
prostředí) se teploměrná kapalina v levé části U-trubice ochlazuje,
smršťuje se a vytahuje s sebou rtuťový převodník do levé poloviny
teploměrné trubice (označená jako MINIMA). Aby si teploměr „zapamatoval“
extrémní hodnoty nízkých a vysokých teplot, jsou v obou částech U-trubice
umístěny nad rtuťovým převodníkem dvě kovové zarážky (ve tvaru špendlíku),
jejichž rozšířená část těsně přiléhá na vnitřní průměr trubice a zabraňuje tedy
jejich samovolnému pohybu. K pohybu zarážek tedy dochází pouze na základě
tlaku posunovaného rtuťového sloupce. Při změně pohybu rtuťového sloupce na
druhou stranu tedy zarážky zůstávají v poloze poslední extrémní teploty –
pravá zarážka ukazuje nejvyšší a levá nejnižší naměřenou teplotu za sledované
období. Po odečtení extrémních teplot je nutné vrátit zarážky opět do kontaktu
s rtuťovým převodníkem, a zahájit tak další měřící cyklus. Tato činnost se
provádí pomocí magnetu, který je součástí přístroje. Magnet přiložíme těsně na
U-trubici v místě kovové zarážky a opakovaně s ním pohybujeme ve
směru ke rtuťovému sloupci, až do dosažení přímého kontaktu zarážky se rtutí.
3.4.5.2 Výhody a nevýhody přístroje
Jedná se o poměrně levné, avšak
dostatečně přesné řešení, které umožňuje chovateli při jednom odečtení získat
současně 3 hodnoty:
1. Nejvyšší teplotu za sledované období
(poloha zarážky v pravé části U-trubice)
2. Nejnižší teplotu za sledované období
(poloha zarážky v levé části U-trubice)
3. Okamžitou teplotu (poloha obou konců
rtuťového teploměru)
Obsluha přístroje je velmi snadná a
nenáročná, totéž se týká i jeho údržby, která spočívá v občasném vyčištění
přístroje od prachu a jiných mechanických stájových nečistot.
Nevýhodou maximo-minimálního Sixova
teploměru je absence ochrany čidel před radiací. Tuto skutečnost je nutno
respektovat při výběru měřících stanovišť, kdy je nutné zvolit místo
s celodenní nedostupností přímého slunečního záření (případně zhotovit
jednoduché stínítko z kartonu či tenkého plechu), a dále vyvarovat se jeho
umístění poblíž lokálních zdrojů tepla.
3.4.5.3. Zásady používání a kalibrace
Kalibrace přístroje se neprovádí, je
však nutno v pravidelných (nejlépe měsíčních) intervalech ověřit funkčnost
teploměru, a to nejlépe porovnáním okamžitě ukazované hodnoty obou konců
rtuťového převodníku s jiným přesným (nejlépe kapalinovým) teploměrem. Při
nešetrném zacházení totiž může dojít k i okem poměrně obtížně
postižitelnému narušení rtuťového sloupce, a tím k ovlivnění měřených
hodnot. Vhodná je též pravidelná kontrola funkce kovových zarážek – při delším
používání přístroje se obrušují, ztrácí kontakt s vnitřním povrchem U-trubice
a mají tendenci samovolně klesat v teploměrné kapalině – opět se
v tomto případě jedná o možné ovlivnění výsledků. V případě zjištění
závad přístroj neopravujeme, problém se řeší výměnou teploměru.
3.4.6.1. Popis přístroje a jeho
funkce (video)
Termohygrograf je přístroj, který
slouží k paralelnímu zápisu časového průběhu změn teploty a relativní
vlhkosti vzduchu. Používá se zejména v meteorologii, ale díky robustní
konstrukci jej lze též úspěšně využít i v dosti náročných podmínkách, tedy
i ve stájovém prostředí. Na zadní části vně přístroje jsou umístěna měřící
čidla, která jsou mechanicky chráněna perforovaným plechem. K měření
teploty se využívá bimetalového teploměru (horní čidlo), pro měření vlhkosti je
v dolní části přístroje použit vlasový svazek (u typu THG 874 – viz
obrázek č. 5) či případně opracovaná membrána z ovčího střeva (u typu THG
852 – viz obrázek č. 6).
V případě měření vlhkosti jde
tedy o princip založený na hygroskopické metodě, při které se k měření
používá materiál, pohlcující vzdušnou vlhkost a na základě této pohlcené
vlhkosti mění své mechanické (pružnostní) charakteristiky. Čidla přístroje
pracují v následujícím rozsahu:
teplota: -35°….+45°C, vlhkost:
0%....100%. Přesnost měření se u teploty uvádí v rozsahu 0,5°C až 1°C, u
relativní vlhkosti 2 – 3%.
Pohyby teplotního a vlhkostního čidla
jsou přenášeny do vnitřní části přístroje a přes zvláštní převodní mechanismus
převáděny na zapisovací ramena (viz obrázek č.7).
Obrázek č.7 Vnitřní uspořádání
termohygrografu
Na koncích těchto ramen se nachází zapisovací
zařízení. Toto zařízení může být dvojího typu:
1. U starších typů přístrojů se
k zapisování používá nádobka s psacím hrotem (viz obrázek číslo 8).
Do nádobky se nalévá černá barva (nejlépe směs černé tuše s glycerínem,
zabraňujícím rychlému vyschnutí), která se přes psací hrot dostává na záznamový
papír (princip plnícího pera). Výhodou tohoto způsobu zápisu jsou velmi nízké
provozní náklady, značnou nevýhodou je však nutnost v pravidelných
intervalech sledovat množství a kvalitu barevné náplně v nádobkách.
2. U modernějších typů termohygrografů
je k záznamu použito kompaktní jednorázové zapisovací zařízení s hrotem,
naplněné lihovou barvou. (viz obrázek č. 9). Toto zapisovací zařízení pracuje
na principu lihové fixy. Uvedený způsob zápisu přináší značnou výhodu pro
obsluhu přístroje, díky odpadající údržbě, nevýhodou je však ekonomická
nákladnost a jednorázové použití (nemožnost recyklace).
Obrázek č.8 Detail
staršího typu zapisovacího zařízení
Obrázek č.9 Detail automatického snímatelného záznamového
pera
Vlastní zápis naměřených dat se
provádí na speciální papír s horizontálně oddělenými sekcemi pro zápis
teploty a relativní vlhkosti vzduchu (viz obrázek č.10). Záznamový graf je dále
vertikálně rozdělen na 7 částí, které jsou označeny názvy dnů v týdnu a
každá část je dále rozdělena na 12 částí (rozdělení dne v intervalu dvou
hodin). Graf je umístěn na otočném válci, jehož pohon zajišťují mechanický
(přístroj nese označení M) nebo elektrický bateriový hodinový strojek (typové
označení přístroje E).
Obrázek č.10 Registrační papír pro termohygrograf týdenní
3.4.6.2. Výhody a nevýhody přístroje
Výhodou přístroje je jeho kompaktní a
poměrně jednoduché provedení, které společně s dostatečnou přesností
měření zajišťují možnost jeho dlouhodobého a spolehlivého používání. Kvůli
možnosti poškození čidel či vlastního těla přístroje je nemožné přístroj
umístit přímo mezi zvířata do jejich životní zóny. Rovněž nelze přístroj použít
na stanovištích, na kterých předpokládáme přímé sluneční záření nebo
v blízkosti jiných zdrojů radiace.
Nevýhodou je vysoce pracný „ruční“
způsob vyhodnocování naměřených dat ze záznamu a nutnost pravidelné týdenní
údržby a kalibrace přístroje. Rovněž finanční náklady na pořízení a provoz
přístroje nejsou zanedbatelné. Např. v katalogu většiny dodavatelů pro rok
2008 se cena přístroje s elektrickým hodinovým strojkem (označení E)
pohybuje okolo 16 000,- Kč bez DPH, varianta s mechanickým hodinovým
strojkem (M) až 18500,- Kč bez DPH. Cena 1 ks záznamového snímatelného pera,
jehož životnost je v závislosti na okolních podmínkách 3 – 6 měsíců se
pohybuje mezi 200 – 250,- Kč bez DPH a cena 100 ks registračních papírů
přibližně 700,- Kč bez DPH. Přesto je registrační termohygrograf i
v dnešní době poměrně obvyklým řešením monitorování mikroklimatických
podmínek ve stájích pro hospodářská zvířata.
3.4.6.3. Zásady používání a kalibrace
(video)
Zejména starší typy termohygrografů
jsou poměrně náročné na údržbu, a z tohoto důvodu je nutné dbát na
následující typy údržby:
Týdenní údržba přístroje
Tzv. týdenní údržba přístroje
zahrnuje především následující úkony:
a) výměnu papírové registrační pásky
na otočném válci
b) natažení mechanického hodinového
strojku válce (u typů označených písmenem M)
c) doplnění barvy u přístrojů
používajících k záznamu nádobku, či kontrola stavu zapisovacího snímatelného
záznamového pera (při zeslabení zapisovací stopy je nutné pero co nejdříve
vyměnit)
d) očištění přístroje od prachu,
případně jiných mechanických nečistot. K čištění přístroje je možné použít
nejlépe štětec s jemným vlasem případně flanelovou navlhčenou utěrku.
Kalibrační údržba přístroje
Zahrnuje pravidelnou kontrolu správné
funkčnosti obou čidel (kalibrace by měla být prováděna dle našich zkušeností
přibližně v měsíčních intervalech - „měsíční údržba přístroje“).
a) Kalibrace teplotního čidla
Ke
kalibraci teplotního čidla je vhodné přenést přístroj ze stáje do
prostředí se stabilní teplotou (kancelář, šatna, atd.). Bimetalový teploměr má
totiž při detekci teploty poměrně značné zpoždění, a v prostředí
s většími výkyvy teploty vzduchu by tato skutečnost vedla nepřesné
kalibraci. Po přenesení přístroje do vytemperované místnosti umístíme do
blízkosti teplotního čidla jiný přesný teploměr (vhodný je klasický rtuťový
nebo lihový teploměr) a po vyrovnání teplot přístrojů (ideálně po 30 minutách,
ne méně jak po 20 minutách) provedeme seřízení zapisovacího ramene na
požadovanou hodnotu. Seřízení provádíme pomocí kalibrační a aretační matice na
zadní straně přístroje (viz obrázek č.11).
Obrázek č.11 Detail
aretační a kalibrační matice termohygrografu
b) Kalibrace vlhkostního čidla
Pro kalibraci čidla určeného
k měření vlhkosti nelze použít podobného postupu jako u čidla teplotního.
Vzdušná vlhkost je velmi proměnlivý faktor, a i v nepatrných prostorových
odstupech můžeme zjišťovat poměrně rozdílné hodnoty, navíc běžně používané
vlhkoměry jsou zatíženy větší chybou (2-5%). Kdybychom tedy ke kalibraci
použili jiného vlhkoměru, můžeme jednak naměřit rozdílné hodnoty vlhkosti i
v blízkosti obou čidel, navíc v případě, že by chyby obou vlhkoměrů
působily v jednom směru, výsledná chyba přístroje po takové „kalibraci“ by
byla neúnosně velká. Principem správné kalibrace je vytvoření konstantních a
definovatelných vlhkostních podmínek v bezprostředním okolí čidla a jeho
následné seřízení. Za tímto účelem se vlhkostní čidlo důkladně obalí navlhčenou
a vyždímanou plátěnou nebo flanelovou utěrkou. Při manipulaci s textiliemi
je nutné zabránit přímému kontaktu textilie s čidlem, nebo stékání vody
z utěrky na čidlo. Po obalení čidla se v jeho okolí začne zvyšovat
díky odpařování vody z utěrky relativní vlhkost a zapisovací rameno začne
na tuto skutečnost reagovat pohybem směrem nahoru. Takto obalené čidlo je nutné
ponechat bez manipulace po dobu 30-45 minut, což je čas dostatečný
k dosažení 100% vlhkosti v jeho okolí. V průběhu kalibrace čidla
můžeme opatrně utěrku přiměřeně zvlhčovat vodou. Po uplynutí stanovené doby
provedeme seřízení zapisovacího ramene na hodnotu 97 – 98% relativní vlhkosti.
Seřízení opět provádíme pomocí kalibrační a aretační matice na zadní straně
přístroje.
3.4.7. Data loggery Comet pro záznam teploty
3.4.7.1. Popis
přístrojů a jejich funkce (video)
Teploměry - data loggery jsou určeny
k záznamu teploty, případně v kombinaci se signálem o stavu kontaktu. Záznam je
prováděn do energeticky nezávislé elektronické paměti. Údaje lze kdykoli
přenést do osobního počítače přes rozhraní USB, RS232, Ethernet nebo GSM modem
pro další zpracování.
Hlavní oblasti použití teploměrů:
· přeprava a skladování potravin
(registrační teploměry splňují požadavky ČSN EN 12830
pro přepravu a skladování zchlazených a zmrazených potravin).
· potravinářský a pivovarnický průmysl
(HACCP)
· přeprava, skladování a výroba léčiv
· transfůzní stanice, lékárny
· kontrola vytápění, ventilace,
chlazení
· technologické provozy, sklady
surovin, materiálu, zboží
· muzea, galerie, archivy, knihovny
· chov zvířat, pěstování rostlin
· energetický management budov
· výzkum a vývoj
· laboratoře (GLP)
Dataloggery dodávané na náš trh
firmou Comet (www.cometsystem.cz)
pracují obvykle v rozsahu
provozních teplot – 30°C až + 80°C, s
výrobcem udávanou přesností
měření + 0,4°C a
rozlišením údaje o teplotě 0,1°C. Přístroje pracují s nastavitelným
intervalem záznamu v rozsahu 10 s až 24 hod. Celková kapacita paměti
přístroje je 32 000 hodnot teploty (v necyklickém záznamu).
U přístroje je možno navolit dva typy
záznamu:
1. necyklický – po zaplnění paměti se
záznam zastaví
2. cyklický – po zaplnění paměti se
nejstarší hodnoty nahrazují novými.
Přístroje jsou napájeny lithiovou
baterií 3,6V , rozměru AA. Typická životnost baterie při provozu v teplotách -5
až +35°C se pohybuje mezi 5 – 7 lety, při častém provozu mimo tento rozsah je
životnost až o 25% nižší (životnost baterie v trvalém on-line režimu
s intervalem záznamu jedné minuty je garantována na 1 rok). Tyto datové
loggery jsou poměrně malé (výrobce uvádí rozměry loggerů s displejem 93 x
64 x 29mm, u loggerů bez displeje 93 x 64 x 26mm), což umožňuje jejich
bezproblémové použití.
3.4.7.2. Výhody a
nevýhody přístrojů
· v ceně přístroje je kalibrační list
od výrobce
· rychlý přenos dat do PC (zcela
zaplněná paměť 32000 teplot za cca 30s)
· variabilita připojení k počítači -
RS232, USB, Ethernet, GSM modem
· možnost trvalého připojení k
počítači, data lze stahovat i během záznamu
· velký dvouřádkový displej se
speciálními znaky, vypínatelný
· volitelně lze zobrazovat i minimální
a maximální naměřené teploty (nulování min/max teplot z PC nebo magnetem)
· každému kanálu lze nastavit teplotní
alarm se 2 mezemi, který je indikován na displeji nebo svítivkou
· lze zvolit 2 režimy alarmu: průběžný
nebo s pamětí (zjištěný alarm je indikován trvale až do jeho vynulování)
· robustní vodotěsné pouzdro, snadná
montáž s možností uzamčení
· nízký odběr, životnost baterie až 7
let, snadná vyměnitelnost baterie
· indikace zbývající životnosti baterie
· standardní čidlo teploty je
Pt1000/3850ppm, lze přepnout na externí sondy Ni1000/6180ppm v rozsahu -50 až
+150°C
· měření teploty lze kombinovat se
záznamem stavu kontaktu (např. otevření/zavření dveří) - typ S0841
· teploměr lze zapínat/vypínat: on-line
z připojeného PC, dodaným magnetem, typ S0841 změnou stavu na binárních
vstupech. Automatický start loggeru lze z PC nastavit na měsíc dopředu (zadáním
data a času)
· lze také nastavit režim, kdy záznam
běží pouze, je-li měřená teplota mimo nastavené meze alarmu
· každý teploměr lze označit textem s
popisem - maximálně 32 znaků
· každému kanálu lze přiřadit text s
popisem - maximálně 16 znaků
· ochrana heslem před neoprávněným
zásahem do nastavení teploměru
3.4.7.3. Zásady používání a kalibrace
(video)
Při
umístění přístrojů na měřící stanoviště je nutno dbát, aby nedošlo ke kontaktu
přístroje s vodou, zejména tlakovou (např. proud vody při umývání povrchu
stáje). Výrobce sice uvádí, ochranu čidel před vlivy dočasného ponoření do
vody, při dlouhodobější expozici, případně při působení tlaku vody je ochrana
čidla neúčinná. V případě nutnosti umístit přístroj do prostředí, kde
očekáváme výskyt většího množství vody (např. po konstrukci stékající voda při
kondenzaci par), je vhodné čidlo chránit jednoduchým plechovým nebo plastovým
krytem.
Přístroje
je nutné kalibrovat nejméně 1x ročně u výrobce. Ke kalibraci se používá metoda
porovnání měřením, při podmínkách
měření: teplota 23°C (+ 3°C)
a relativní vlhkost 40 % (+
20%). Použité etalony pro kalibraci:
Přesný teploměr F200, 008408/01+J0295A-1-2, Simulátor
Pt1000/3850ppm, Pt003.
Použité etalony jsou navázány na
Český metrologický institut a DKD Testo (relativní vlhkost).
Dataloggery se dodávají v provedení bez displeje a s displejem,
v obou případech s možností snadné instalace na stěnu se
zabezpečením.
Příklady dataloggerů:
Obrázek č.12 Teploměr R0110 s držákem na stěnu
Obrázek č.13 Jednokanálový teploměr s vnitřním čidlem
S0110
Obrázek č.14 Jednokanálový teploměr pro záznam teploty z jedné
externí sondy S0111
Obrázek č.15 Čtyřkanálový
teploměr pro záznam teplot ze čtyř externích sond, včetně alarmů S0141
Pro
vyhodnocení naměřených dat z dataloggerů slouží jednoduchý a přehledný
program, který lze kdykoliv volně stáhnout z webových stránek výrobce
(program je volně šiřitelný). Program umožňuje ovládání všech funkcí teploměru a prohlížení a tisk
záznamu ve formě tabulek a grafů. Naměřené teploty lze exportovat do formátu
dbf nebo txt pro další zpracování.
Po
jednoduché instalaci umožňuje software získat veškeré základní informace o záznamníku,
což ukazuje následující obrázek:
Obrázek č.16
Informace o záznamníku
Jak je uvedeno na obrázku č.17,
v záložce nastavení lze nastavit veškeré požadované parametry záznamu,
zejména požadovaný interval záznamu, volbu typu záznamu (cyklický nebo
necyklický), nastavit ruční ovládání záznamníku pomocí magnetu, atd.
Obrázek č.17 Nastavení parametrů záznamu
V požadovaných
intervalech lze ze záznamníku stahovat uložená data ve formě tabulkové, viz
obrázek č. 18
Obrázek č.18 Tabulková forma dat stažených z dataloggeru
nebo
grafické, jak vyplývá z obrázku č.19