Среди методов измерения температуры можно выделить два основных: измерение температуры контактным и бесконтактным способом. Однако контактные термометры во многих случаях оказываются слишком медленными для измерения температуры в реальном масштабе времени, кроме того, объект измерения может быть расположен в труднодоступном месте. Применение портативных инфракрасных пирометров позволяет избежать этих проблем. Пирометры обеспечивают мгновенные точные измерения и предельно просты в эксплуатации. При этом отсутствует контакт с горячими поверхностями или движущимися объектами. Фактически не существует лучшей, недорогой аппаратуры для диагностики и выявления не-больших проблем до того, как они превратятся в серьезные.
Принцип действия пирометра (бесконтактного термометра) заключается в измерении силы теплового излучения, исходящего от объекта преимущественно в диапазонах видимого света и инфракрасного излучения.
Так как ассортимент предлагаемых как зарубежных, так и отечественных приборов весьма велик и, как правило, адаптирован под конкретные цели, то при выборе следует четко определиться, какой тип пирометра необходим для планируемых измерений. Стационарные пирометры дают весьма точные результаты и очень богаты функционально, однако они не предназначены для проведения измерений «на лету» и «в поле». Такие пирометры требуют калибровки и настройки, проверки на моделях АЧТ (абсолютно черное тело), и, несмотря на высокую надежность, точность и безошибочность измерений, а также удобство представления результатов, такой пирометр затруднительно всегда иметь под рукой. В условиях производства здорово выручают компактные переносные термометры, которые позволяют мгновенно получать значения температуры, причем на приемлемом уровне точности. К тому же при выборе между портативным и стационарным промышленным пирометром не последнюю роль играет цена, которая значительно выше у промышленных приборов.
Рассмотрим основные технические характеристики пирометров , на которые следует в первую очередь обращать внимание при выборе.
Первый момент - диапазон температур, величину которых планируется контролировать. Здесь в основном играет роль область применения и задачи по измерению температуры. Если необходимость использования пирометра ограничена, например, проведением энергетического аудита помещений и других измерений в условиях окружающей среды, то вполне удовлетворительным будет диапазон температур от -30 до +50 °С. Если пирометр предполагается использовать в целях контроля температуры на промышленных объектах, здесь уже нужны пирометры, способные работать с температурами, которые в несколько раз превышают указанные выше. Стоимость пирометра зависит в том числе и от данного параметра.
Второй момент, на который стоит обратить внимание, - разрешающая способность по температуре. Фактически это точность показаний пирометра, поскольку эта величина характеризует наименьшую разность температур, воспринимаемую пирометром. Обычно существует ряд второстепенных условий, влияющих на точность получаемых результатов, и степень их влияния может выражаться от сотых долей градуса до нескольких градусов.
Рис. 1. Пирометр Pro"sKit MT-4003
Рис. 2.
При выборе пирометра имеет смысл изучить такой параметр, как показатель визирования. От его величины во многом зависит цена прибора. Показатель визирования - это отношение диаметра пятна контроля прибора на объекте измерения к расстоянию до объекта и обозначается D:S. Пятно контроля - это минимальный диаметр излучающей площади, которая необходима для контроля температуры. Таким образом, пирометром с более высоким показателем визирования возможно измерение температуры объекта меньшего по своим геометрическим размерам. Для точного измерения температуры размеры объекта должны превышать размер пятна контроля прибора. Например, если пирометр имеет показатель визирования 1:100, это означает, что на расстоянии 10 м пятно контроля будет составлять всего 10 см, на расстоянии 2,5 м - 2,5 см.
Также обязательная характеристика для всех полупроводниковых приборов - диапазон рабочих температур. Этот параметр характеризует температурные условия, в которых прибор сможет функционировать нормально и изменения температуры не повлияют на метрологические качества прибора. В выборе пирометра с учетом этой характеристики следует учесть возможность калибровки прибора, предусматривающей возможность компенсации теплового удара, а также сохранение точности измерений во всем диапазоне рабочих температур при резкой смене температуры окружающей среды с субъективно теплой на холодную и наоборот.
Кроме всех вышеперечисленных характеристик имеет смысл обратить внимание на условия отображения информации. Как правило, любой современный пирометр снабжен ЖК-дисплеем, на котором отображаются данные измерения. Для непериодических замеров этого, как правило, бывает достаточно.
Что касается эргономики современных дистанционных инфракрасных термометров, то практически все они обладают удобной формой корпуса и управлением. Самая распространенная форма корпусов - пистолет. Такое исполнение прибора наиболее удобно для работы.
У большинства моделей пирометров кнопки меню и дисплей расположены к пользователю - это позволяет управлять им одним только пальцем руки. Курок в этих приборах исполняет роль кнопки «старт». В нажатом состоянии обычно производится сканирование поверхности, после отпускания срабатывает функция удержания данных на дисплее.
В таблице представлены технические характеристики недорогих бюджетных моделей пирометров четырех производителей: Pro"sKit, AXIOMET, MASTECH и HIOKI одного класса. Из особенностей рассмотренных моделей пирометров можно отметить следующие: пирометр Pro"sKit MT-4003 (рис. 1) не самый удобный в управлении. Все кнопки меню расположены на боковой части корпуса. Одной рукой будет сложно им управлять. Но поскольку на панель вынесены пять кнопок, а не три, как у HIOKI, единицу измерения температуры можно менять, не входя в меню. Еще одно немаловажное отличие Pro"sKit MT-4003 от HIOKI и AXIOMET заключается в отсутствии функции сохранения полученных измерений в память.
Таблица
Технические характеристики моделей недорогих бюджетных пирометров
| Технические характеристики | HIOKI 3419-20 | Pro"sKit MT-4003 | AXIOMET AX-7530 | MASTECH MS6530 |
| Функция | Инфракрасный, дистанционный измеритель температуры | Прецизионное бесконтактное измерение температуры. Измерение температуры с помощью термопары К-типа (контактный метод) | Прецизионное бесконтактное измерение температуры |
|
| Лазер | IEC60825-1:1993 + A1:1997 + A2:2001 CLASS 2 LASER | Лазер 2-го класса безопасности, мощность | Лазер 2-го класса безопасности, мощность |
|
| Диапазон измеряемой температуры | от -35 до +500 °C | От -30 до +550 °C | От -32 до +480 °C (пирометр), от -50 до +1370 °C (термопара К-типа) | От -20 до +537 °C |
| Точность | ±10% значения ± 2 °C в диапазоне от -35 до -0,1 °C ± 2 % значения, или ± 2 °C в диапазоне от 0 до +500 °C | ±(2 °C/4 F) в диапазоне от -30 до +100 °C ±2 % значения в диапазоне от 101 до +550 °C | ± 5 °C в диапазоне от -32 до -20 °C ± 1,5% значения, ± 2°C в диапазоне от -20 до +200 °C ± 2,0 % значения ± 2 °C в диапазоне от 200 до +480 °C | ± 2,5 °C в диапазоне от -20 до +50 °C ±1,5 % значения, ±1°C в диапазоне от 50 до +537°C |
| Дискрета измерения | 0,1 °C (0,2 F) | 0,5/1 °C (автоматический выбор), 1 F | 0,1 °C (0,1 F) | 0,1 °C (0,1 F) |
| Рабочее расстояние | От 60 см до 30 м | До 12 м |
||
| Спектральная характеристика | От 6 до 14 мкм | От 6 до 14 мкм | От 8 до 14 мкм | От 8 до 14 мкм |
| Визирование | Лазер 1 мВт (max), красный | Лазер 1 мВт (класс 2), красный | Лазер 1 мВт (класс 2), красный |
|
| Показатель визирования | D:S = 8:1 | D:S = 10:1 | D:S = 13:1 | D:S = 12:1 |
| Компенсация теплового излучения | От 0,17 до 1,00 с дискретой 0,01 | От 0,1 до 1,00 с дискретой 0,01 | 0,95 |
|
| Время непрерывной работы | Приблизительно 55 ч. (марганцевая батарея). Приблизительно 80 ч. (щелочная батарея) с включенным лазером и отключенной подсветкой | Приблизительно 9 ч. при включенном лазере и подсветке | ||
| Дополнительные функции | Отображение мах/min значения, функция сигнализации выхода температуры за пределы установленных границ, подсветка дисплея, сохранение измерений в памяти (50 значений) | Отображение мах/min значения, функция сигнализации выхода температуры за пределы установленных границ, подсветка дисплея | Отображение мах/min значения, функция сигнализации выхода температуры за пределы установленных границ, подсветка дисплея, сохранение в память до 20 измерений | Отображение мах/min значения, подсветка дисплея |
| Габариты (Ш х В х Д) | 46 х 172 х 118 мм | 42 х 148 х 105 мм | 56 х 175 х 118 мм | 56 х 190 х 162 мм |
| Масса | 220 г | 157 г (с батареей) | 290 г (с батареей) | 267 г (с батареей) |
Среди всех рассмотренных пирометров дисплей AXIOMET AX-7530 (рис. 2) отображает, пожалуй, больше всего параметров и установок одновременно. Коэффициент теплового излучения, текущая температура, единица измерения, индикатор лазерного прицела, индикатор заряда батареи плюс еще одна строчка с параметрами меню. На дне ручки пирометра есть разъем для подключения контактной термопары К-типа. Пирометр MASTECH MS 6530 (рис.3) отличается своими размерами. По сравнению с остальными моделями он более габаритен, ручка значительно длиннее, а дисплей намного больше. MASTECH MS 6530 обладает самой скромной функциональностью. ЭтПоказатель оптического разрешения самый большой в пирометре AXIOMET AX-7530 (13:1), а наименьший в HIOKI 3419-20 (рис. 4) (8:1).
В плане эргономики пирометры AXIOMET AX-7530 и HIOKI 3419-20, безусловно, лидируют. Приятные цвета корпуса, удобная форма и управление говорят в пользу этих моделей.
После проведения сравнения инфракрасных пирометров одного класса видно, что самый дорогой пирометр уступает по своим техническими показателями более дешевым моделям. Это можно объяснить классом прибора. Все-таки - японец! К его исполнению и функциональности нет никаких претензий.
В этом классе измерительных приборов сложно проследить зависимость стоимости от технических параметров. Ощутимая разница видна при сравнении их с профессиональными пирометрами, у которых оптическое разрешение достигает 50:1, а диапазон измерения доходит до 1250 °С и есть возможность синхронизации с ПК. Но их цена, соответственно, в разы превышает стоимость бюджетных моделей.
Все электроприборы работают за счет прохождения через них электрического тока, который дополнительно нагревает проводники и оборудование. При этом в нормальном режиме эксплуатации создается баланс между повышением температуры и отводом ее части в окружающую среду.
При нарушениях качества контактов ухудшаются условия прохождения тока и повышается температура, которая может стать причиной неисправности. Поэтому в сложных электротехнических устройствах, особенно на высоковольтном оборудовании предприятий энергетики, осуществляется периодический контроль нагрева токоведущих частей.
Для устройств, находящихся под высоким напряжением, измерения осуществляются бесконтактным методом на безопасном расстоянии.
Принципы дистанционного измерения температуры
У любого физического тела происходит движение атомов и молекул, которое сопровождается . Температура объекта влияет на интенсивность этих процессов и о ее величине можно судить по значению теплового потока.
Бесконтактное измерение температуры основано на этом принципе.
Источник обследования с температурой «Т» излучает в окружающее пространство тепловой поток «Ф», который воспринимается тепловым датчиком, удаленным от источника тепла. После него преобразованный внутренней схемой сигнал выдается на информационное табло «И».
Приборы измерения температуры, осуществляющие ее замер по инфракрасному излучению, называют инфракрасными термометрами либо сокращенным названием «пирометры».
Для их точной работы важно правильно определить диапазон измерения на шкале электромагнитных волн, который составляет область примерно 0,5?20 мкм.
Погрешность пирометров зависит от комплекса факторов:
- поверхность наблюдаемой площади объекта должна быть в зоне прямого обзора;
- пыль, туман, пар и другие предметы между тепловым датчиком и источником тепла ослабляют сигнал, как и следы загрязнения на оптике;
- структура и состояние поверхности исследуемого тела влияют на интенсивность инфракрасного потока и показания измерителя температуры.
Влияние третьего фактора объясняет график изменения коэффициента излучения? от длины волны.
Способность инфракрасного излучения Фs черного материала берется за основу сравнения других изделий и принимается равным 1. Коэффициенты всех остальных реальных веществ ФR становятся меньше 1.
На практике пирометры пересчитывают излучение реальных объектов на показатели идеального излучателя.
Также на измерение оказывают влияние:
длина волны инфракрасного спектра, на которой проводится замер;
температура исследуемого вещества.
Как устроен бесконтактный измеритель температуры
По способу вывода информации и ее обработки приборы удаленного контроля нагрева поверхностей подразделяют на:
пирометры;
тепловизоры.
Устройство пирометров
Условно состав этих приборов поблочно можно представить:
инфракрасным датчиком с оптической системой и зеркальным световодом;
электронной схемой, преобразующей полученный сигнал;
дисплеем, на котором отображается температура;
кнопкой включения.
Поток теплового излучения фокусируется оптической системой и зеркалами направляется на датчик первичного преобразования тепловой энергии в электрический сигнал с величиной напряжения, прямо пропорциональной инфракрасному излучению.
Вторичное преобразование электрического сигнала происходит в электронном устройстве, после которого измерительно-счетный модуль осуществляет вывод информации на дисплей, как правило, в .
На первый взгляд кажется, что пользователю для замера температуры удаленного объекта достаточно:
включить прибор нажатием на кнопку;
навести на исследуемый объект;
снять показания.
Однако, для точного измерения необходимо не только учесть факторы, влияющие на показания, но и правильно выбрать расстояние до объекта, которое определяется оптическим разрешением прибора.
Поскольку эти характеристики прямо пропорциональны между собой, то для точного измерения температуры необходимо не только правильно навести прибор на объект, но и подобрать расстояние для выбора площади измеряемой зоны.
Тогда оптическая система будет обрабатывать тепловой поток от нужной поверхности без учета влияния излучения окружающих предметов.
С этой целью усовершенствованные модели пирометров оснащаются лазерными целеуказателями, которые помогают навести термодатчик на объект и облегчить определение площади контролируемой поверхности. Они могут иметь разные принципы работы и обладать неодинаковой точностью наведения.
Коаксиальный способ лишен этого недостатка - луч лазера совпадает с оптической осью прибора и точно указывает центр измеряемой площади, но не определяет ее границы.
Указание размеров контролируемого участка предусмотрено в целеуказателе с двойным лазерным лучом . Но при маленьких расстояниях до объекта допускается ошибка, вызванная первоначальным сужением области чувствительности. Этот недостаток сильно проявляется на объективах с короткофокусным расстоянием.
Целеуказатели с кросс-лазером улучшают точность работы пирометров, оснащенных объективами с коротким фокусом.
Одиночный круговой лазерный луч позволяет определить зону контроля, но он тоже обладает параллаксом и завышает показания прибора на коротких дистанциях.
Круговой точный лазерный целеуказатель работает наиболее надежно и лишен всех недостатков предшествующих конструкций.
Пирометры отображают информацию о температуре методом текстово-цифрового вывода на дисплей, которая может дополняться другими сведениями.
Устройство тепловизоров
Конструкция этих измерительных приборов температуры напоминает устройство пирометров. У них в качестве приемного элемента потока инфракрасного излучения работает гибридная микросхема.
Она своим фоточувствительным эпитаксиальным слоем через сильнолегированную подложку воспринимает ИК поток.
Устройство приемника тепловизора с гибридной микросхемой показано на картинке.
Все приемы работы с тепловизором выполняются так же, как и с пирометром, но на его экране выводится картинка электротехнического оборудования, представленная уже в переработанном цветовом диапазоне с учетом состояния нагрева всех деталей.
При сравнении работы пирометра и тепловизора можно увидеть разницу:
пирометр определяет среднюю температуру в контролируемой им области;
тепловизор позволяет оценить нагрев всех составных элементов, расположенных в наблюдаемой им зоне.
Особенности конструкций бесконтактных измерителей температуры
Описанные выше устройства представлены мобильными моделями, позволяющими выполнять последовательные замеры температуры на многих местах работы электрического оборудования:
вводах силовых и измерительных трансформаторов и выключателей;
контактах разъединителей, работающих под нагрузкой;
сборках систем шин и секций высоковольтных распределительных устройств;
в точках соединения проводов воздушных линий электропередач и других местах коммутации силовых цепей.
Однако, в отдельных случаях выполнения технологических операций на электрооборудовании сложные конструкции бесконтактных измерителей температуры не нужны и вполне можно обойтись простыми моделями, установленными стационарно.
В качестве примера можно привести метод измерения сопротивления обмотки ротора генератора при работе с выпрямительной схемой возбуждения. Поскольку в ней наводятся большие переменные составляющие напряжения, то контроль ее нагрева осуществляется постоянно.
Схемы, работающие по этому принципу, отличаются относительной простотой и надежностью.
В зависимости от назначения пирометры и тепловизоры подразделяют на устройства:
высокотемпературные, предназначенные для измерения сильно нагретых объектов;
низкотемпературные, способные контролировать даже охлаждение деталей при морозе.
Конструкции современных пирометров и тепловизоров могут оборудоваться системами связи и передачи информации через с удаленными компьютерами.
Пирометр – это аппарат для определения теплового состояния тел бесконтактным способом. Появились эти приборы в середине 60-х годов ХХ века. Принцип их работы основан на инфракрасном приёмнике, который производит измерения количества тепловой энергии, излучаемой телом, путём построения сравнительных параллелей. Результатом анализа являются величины температуры нагрева или охлаждения объектов исследования. Открытие этого метода позволило расширить диапазон для измерения температур как твёрдых, так и жидких тел.
Пирометры и принцип их работы
Изначально под пиротермометрами (пирометрами) для измерения температуры бесконтактным методом подразумевались приспособления, предназначенные для определения теплового состояния сильно нагретых предметов визуально, по яркости и цвету . Со временем эти приборы претерпели качественные изменения. Появились инфракрасные радиометры, которые могут диагностировать не только высокие, но и достаточно низкие (от 0º С и ниже) температуры. Они определяют мощность излучения тепла объектом в зоне инфракрасных электромагнитных волн и видимого света.
Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом принято классифицировать как:
- оптические – определяют температуру разогретого тела визуально, без вспомогательных устройств, сравнивая его цвет с цветом нити эталона;
- цветовые или мультиспектральные — определяют температуру методом сравнения теплового излучения тела в различных спектрах;
- радиационные – используют пересчитанный показатель мощности теплового излучения для определения температур. Пирометры, производящие измерения в пределах широкой полосы спектральных излучений, называются пирометрами полного излучения.
Тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, являются источником тепла. Оптические (яркостные) пирометры дистанционно определяют температуру сильно нагретых (до свечения) объектов, ориентируясь на их тепловое излучение в видимой части спектра. Оптическая часть этих приборов состоит из телескопа с объективом и окуляра. Перед окуляром находится красный световой фильтр. Вольфрамовая нить лампочки термометра расположена в фокусе объектива.
Степень нагрева объекта сообщает определённый цвет его излучению, что и даёт возможность диагностировать тепловое состояние объекта путём сравнения цвета его излучения с цветом накала нити в окуляре прибора. Ориентиром для контроля температуры по тепловому излучению принято считать «чёрное тело», которое имеет наибольшую энергию излучения при данной температуре по сравнению с другими телами. Такими пирометрами, в основном, пользуются для измерения температур тел от 300ºС до 6000ºС, хотя для этого метода верхний предел не ограничен.
Принцип действия цветовых (мультиспектральных) пирометров основан на сравнении количества энергии излучения двух узких монохроматических видимых участков спектра. В отличие от оптических, показатели цветовых аппаратов практически не зависят от колебаний коэффициента излучающих возможностей тел, зависящих от их температуры, состава и качества поверхности. Наиболее интересными на сегодняшний день являются цветовые пирометры на фотоэлементах.
Если вас интересует покупка инфракрасных пирометров то советую обратить внимание на компанию Конрад, одного из лидеров измерительной электроники.
Самыми широко используемыми аппаратами в сфере пирометрии являются инфракрасные пирометры или радиометры, в которых взят за основу метод радиационной пирометрии. Они более чувствительны, хотя менее точны, находят все длины волн видимого света. Их технические характеристики определяются:
- оптическим разрешением;
- диапазоном определяемых температур;
- измеряемым разрешением;
- быстротой действия;
- точностью измерений;
- коэффициентом излучения (переменный – фиксированный);
- способом нацеливания (прицел оптический или лазерный).
Чтобы получить точную величину теплового состояния исследуемого объекта, пользователь должен всего лишь навести аппарат на объект и нажать на кнопку. Тепловой луч фокусируется системой при помощи оптики и попадает на первичный термический конвертер. Электрический сигнал, который образуется на выходе, пропорционален температуре исследуемого объекта. Изменённый в электронном преобразователе (вторичном термическом конвертере), этот сигнал обрабатывается измерительно-счётным устройством и подаётся в виде цифрового результата на дисплей.
Измерения могут проводиться на любом расстоянии. Однако не следует забывать о погрешностях, которые могут возникнуть в случае несоответствия прозрачности среды или площади измеряемого пятна. Если диаметр пятна измерительного прибора меньше измеряемого предмета, то расстояние до объекта не влияет на точность измерений. Когда же диаметр пятна превосходит величину объекта, прибор может принимать излучения окружающих предметов, что снижает результативность его температурных показателей.
Визуализация температурных величин может выражаться в текстово-цифровом варианте, когда на дисплей выводятся показатели температуры в градусах, и графическим методом, когда элемент наблюдения виден в разложенном спектре температур (высокой, средней и низкой), выраженных различными цветами.
Бесконтактные пирометры различают по температурному диапазону на низко- и высокотемпературные
. Низкотемпературные предназначены для измерения температур тел даже в области отрицательных значений. Высокотемпературные бесконтактные термометры используются в случаях, когда накал сильно нагретых предметов нельзя оценить «на глаз». Их возможности сильно смещены в сторону верхних границ измерений.
Пирометрия в нашей жизни
Современное производство контрольно-измерительных приборов может предложить покупателю пирометры для измерения температуры бесконтактным методом — стационарные и переносные.
Переносные пирометры часто предназначены для работы в тяжёлых промышленных и климатических условиях . Они обладают большим оптическим разрешением, что даёт возможность мониторинга теплового состояния объектов величиной от 5 мм. Пиротермометры переносные могут использоваться в любой промышленной сфере, как для контроля температуры, так и для отслеживания сложных технологических циклов, связанных с определёнными температурными режимами. Как правило, датчики стационарных пиротермометров имеют выход на ПК.
Обычно их применяют:
- в тепловой энергетике;
- в электроэнергетике;
- на железнодорожном транспорте;
- в пожарной безопасности и контроле;
- в лабораторных исследованиях;
- с целью сканирования холодных и горячих точек;
- для контроля температур труднодоступных для человека объектов;
- для определения температур объектов, пребывающих в движении;
- в мониторинге систем кондиционирования, вентиляции и отопления.
Стационарные пирометры предназначены для эксплуатации в крупной промышленности, с целью непрерывного контроля за технологическим процессом в производстве металлов и пластиков . Их устанавливают там, где трудно или невозможно использовать контактные датчики температуры по соображениям безопасности персонала.
Областью их применения являются:
- металлообработка;
- металлургия, сталелитейное производство;
- нефтеперерабатывающая отрасль;
- керамическое и стекольное производство;
- производство цемента.
Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом в теплоэнергетике необходимы для точного и быстрого измерения температур в местах, где неэффективны другие способы измерений.
В электроэнергетике эти аппараты применяют для оценки нагрузки на кабельные линии, трансформаторы, качества теплоизоляции бойлеров, котлов, с целью контроля за пожарной безопасностью. Используют их также для контроля за температурой букс, важных узлов грузовых и пассажирских вагонов на железной дороге.
В металлообрабатывающей промышленности пирометры контролируют температуры прокатных станов, печей.
В строительстве пирометры определяют порывы в теплоизоляционных оболочках на теплотрассах, потери тепла в зданиях.
Способность пирометров реагировать на изменения инфракрасных излучений успешно используется для охраны зданий в датчиках движения.
При грузоперевозках они осуществляют контроль за хранением пищевых продуктов.
Благодаря компактности, удобству в эксплуатации и невысокой стоимости пиротермометры нашли своё место даже в быту. С их помощью можно измерить температуру тела, степень нагрева приготовляемых блюд, кухонной посуды.
Применяются достижения пирометрии и в космонавтике с целью контроля за опытами.
Измерение температуры поверхности является важным этапом при организации теплосбережения объектов, проведения ремонтных работ электронных устройств, строительных работ, различного вида контроля. Часто такого вида измерения провести термометром контактного типа не представляется возможным из-за скорости процесса, труднодоступности места измерения и т. п. Поэтому возникает потребность использовать прибор для измерения температуры бесконтактным методом. Такое устройство носит название пирометр.
Массовый выпуск пирометров начался в шестидесятых годах прошлого века. Первое переносное устройство было сконструировано и изготовлено на продажу в 1967 году, корпорацией Wahl США.
Название пирометр происходит от греческих слов жар и мерить. Это прибор, способный осуществлять измерения температуры тела бесконтактным способом. Принцип действия основан на анализе теплового излучения предмета.
При нагревании любое вещество имеет свойство излучать световые и тепловые лучи. Чем выше температура нагрева, тем сильнее излучение. Одним из видов излучения является инфракрасное. Так как яркость излучения связана с температурой, следовательно, определяя яркость, можно измерить и температуру.
Классификация устройств
Классифицируют устройства по следующим видам:
Технические параметры
- Оптическое разрешение. Это показатель, характеризующийся отношением площади области захвата к расстоянию до вещества. Этот параметр зависит от вида прибора и может лежать в пределах от 2:1 до 600:1. Чем показатель выше, тем лучше. При использовании вне профессиональной сферы такое разрешение составляет около 15:1.
- Диапазон работы. Зависит в первую очередь от характеристик датчиков, применённых в приборе. Его величина может лежать в границах от минус 35 до плюс 800 градусов.
- Точность. Эта величина характеризует границы изменения температуры при замерах и зависит от правильности калибровки прибора. В среднем величина точности пирометров составляет 1.5%.
- Коэффициент излучения. Это отношение мощностей абсолютно чёрного объекта к измеряемой поверхности, как правило, принимается около 0,95.
Вне зависимости от классификации, пирометры также могут снабжаться различными опциями. Например, возможностью подключения к персональному компьютеру, дополнительными источниками питания, запоминанию предыдущих измерений, часами, лазерным указателем, переключателем с Фаренгейта в Цельсия и т. п.
Подробные сведения об использовании имеющегося устройства можно получить из его паспорта и инструкции по применению. Укажем ниже общие рекомендации использования любого типа устройства .
Сама процедура измерения не должна вызывать затруднений. Требуется просто включить прибор, навести на измеряемый объект, нажать кнопку (курок) и прочитать на экране полученное значение.
Самостоятельное изготовление
Схемы на пирометры для измерения температуры бесконтактным методом сложны, монтаж плотный, калибровка требует наличия заводских приборов. В то время как стоимость готовых устройств в китайских интернет-магазинах приемлема для любого желающего.
Приобретая инфракрасный пирометр, следует удостовериться в том, что в наличии есть инструкция. Пирометр — это не простое устройство, поэтому самостоятельно разобраться с функциями будет проблематично. В инструкции описаны существенные пункты, необходимые для правильного использования. Приведём пример некоторых из них:
- наличие выходов и тип программного обеспечения;
- сведения о погрешностях;
- коэффициент инерции;
- возможности фокусировки;
- температурный градиент;
- величины рабочего спектра;
- величина излучения.
Хотя, в принципе, его изготовление своими руками возможно. Понимая, как работает пирометр, можно собрать устройство яркостного типа. Для этого понадобится:
- фотометрическая лампочка;
- окулярная линза;
- светофильтр;
- аккумулятор;
- реостат;
- миллиамперметр;
- труба.
На одном конце трубы устанавливается линза, которая и будет служить объективом. В середине устанавливается лампочка, а на другом конце окуляр. Лампочка соединяется с питанием через реостат и миллиамперметр.
Измерения проводят следующим образом . Объектив зрительной трубы направляют на исследуемый объект и добиваются максимальной резкости изображения. После этого подают питание с аккумуляторной батареи и реостатом выставляют накал нити, соответствующий яркости нагретой поверхности. Далее, используя показатель миллиамперметра, вычисляют температуру. Но для этого предварительно нужно составить эталонную таблицу соответствия температуры показателям миллиамперметра.
Светофильтры служат для снижения яркости излучения при высоких температурных значениях, а также для поглощения красной части спектра. Точность измерения таким пирометром будет невысока, хотя обычно она составляет около ± 2%.
Подведя итоги, отметим, что для измерения температур в труднодоступных местах лучше применять пирометр бесконтактный, инфракрасный . Термометр такого типа характеризуется надёжностью, но позволяет измерить температуру только в отдельной точке. При измерении температур на больших участках следует применять тепловизор. Хорошо зарекомендовавшими себя производителями пирометров считаются: Testo, Optris и Raytek, на них и стоит обратить внимание.
Дистанционное измерение температуры необходимо не только при контроле производственных процессов, но и является частью процесса наладки автономного отопления. После просчета удельной мощности нагревательных приборов и их монтажа необходимо проверить фактические температурные показатели. Лучше всего для этого применять инфракрасные пирометры.
Для измерения температуры поверхности материалов есть множество типов приборов. По своему применению они различаются на контактные и с дистанционным снятием показаний. Пирометры относятся к последнему классу устройств.
Принцип их работы основан на измерении тепловых волн, которые излучает нагретая поверхность. Общая схема устройства показана ниже:
Излучение попадает через раструб прибора на пирометрический датчик. В нем тепловая энергия преобразовывается в электрическую. Мощность получаемого сигнала зависит от температуры измеряемой поверхности – чем она выше, тем большая сила тока будет генерироваться датчиком. С помощью электронного преобразователя исходные данные выводятся на жидкокристаллический дисплей.
Главным условием проведения точного измерения является наложение пятна только на материал поверхности. В случае превышения площади значение температуры будет неточным. Оптическое разрешение – это величина отношения диаметра пятна прибора к расстоянию до объекта. В зависимости от модели оно может быть равным от 2:1 до 600:1. Последнее относится к классу профессиональных устройств, применяемых для снятия показаний нагрева поверхности в тяжелой промышленности. Для бытовых и полупрофессиональных пирометров оптимальный показатель равен 10:1.
Рабочий диапазон
Определяется параметрами пирометрического датчика. В большинстве случаев он составляет от -30°С до 360°С. Учитывая, что теплоноситель в системе отопления может иметь максимальную температуру до 110°С, для бытовых целей можно применять практически все виды пирометров.
Погрешность
Указывает степень колебаний значений температуры в зависимости от точности настроек устройства. В среднем допускаются отклонения около 2% от нормированного показания.
Коэффициент излучения
Это отношение мощности температурного излучения при текущей температуре к такому же параметру эталонного абсолютно черного тела. Для неблестящих материалов он составляет 0,9-0,95. Поэтому большинство устройств дистанционного измерения температуры настроены именно на это значение. Однако, если попытаться ими измерить степень нагрева поверхности блестящего алюминия, то значение на индикаторе будет значительно отличаться от фактического.
Как пользоваться
После приобретения прибора необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией. Несмотря на несложные правила эксплуатации, неправильные действия могут привести к значительным искажениям температурных значений. Порядок измерения степени нагрева материала с помощью пирометра:
- Включить устройство.
- Направить раструб на измеряемую поверхность.
- С помощью лазерной указки определить границу пятна измерения.
- После активации на экране появятся значения температур. В зависимости от модели они могут быть записаны в память устройства или будут заменены значениями следующих измерений.
Как видно, на практике пирометром может пользоваться каждый. Поэтому он становится обязательным прибором измерения для работников компаний, занимающихся проектированием и монтажом автономных систем отопления.
