Принцип работы пирометра, его устройство и основные виды.

Как правильно выбрать пирометр?

История развития

Бесконтактные дистанционные измерители температуры (пирометры) производятся уже много лет. Развитие в последнее время элементной базы позволило резко улучшить потребительские характеристики практически всех измерительных приборов, в том числе и пирометров. На рынок были выпущены не дорогие бытовые пирометры серии DT. Они надёжны и просты в эксплуатации, а цена младших моделей менее 1000 рублей! Небольшой вес, автономное питание, быстрота и точность работы – вот основные отличительные черты серии DT.

Виды пирометров

Перед покупкой пирометра, стационарного или портативного, следует точно представлять, с чем придется работать. Именно от этого будет зависеть, какой принцип работы и, соответственно, вид пирометра подойдет наилучшим образом.

Если предполагается исследовать, например, состояние водопроводной трубы или теплоизоляцию на стенах здания, то есть радиус охватываемого пятна будет достаточно большой, следует обратить внимание на инфракрасные устройства. Они отличаются тем, что оснащены дисплеем с цветным схематичным изображением поверхности в инфракрасном излучении (обычно данные об измерениях выводятся на экран в виде цифр).

Различаются модели с одноцветным и двухцветным изображением. Стоит отметить, что первые не подойдут для использования на предприятиях или строительных площадках, потому что точность измерений может ухудшиться от пыли. Не нужно их также применять для измерения температуры материала, который во время работы меняет свое агрегатное состояние (например, при разливке металла). В подобных условиях лучше воспользоваться двух- или трехцветными пирометрами. Они замеряют соотношение нескольких волн в разных цветовых спектрах и дают точные результаты, несмотря на присутствие в воздухе пыли, дыма или наличие препятствий (например, непрозрачному стеклу).

При выборе инфракрасного пирометра стоит также обратить внимание на длину волны. Эта информация указывается в карточке товара. Если длина волны от 6 до 14 микрон, тогда устройство предназначается для работы с камнем, землей, деревом, резиной, кабелем и тд. (такие приборы представлены в нашем магазине: ADA TemPro 1600 А00128). Если данный показатель превышает 14 микрон, оборудование применяется для диагностики металлов и более прочных материалов.

Совет: отражающие поверхности излучают короткие ИК волны, а неотражающие — длинные. Кроме того, при нагреве материал излучает более короткие ИК волны, поэтому если есть вероятность, что объект исследования имеет зеркальный эффект и может нагреваться, нужно выбирать пирометр, способный улавливать короткие лучи.

Для работы с мелкими предметами или определенными зонами (двигатель автомобиля, части конвектора или углы между стенами), стоит выбрать инфракрасные пирометры  с лазерным излучением. Они направляют луч в определенную точку, поэтому определяют температуру более локально. Приобретая такую технику, стоит помнить, что во время работы при дневном свете луч может быть плохо различим. В этом случае нужно воспользоваться пластиковыми очками, например, красного или темного цвета. Стоит отметить, что радиус наведения может быть разным в зависимости от формы прицела. Выделяют два вида прицела.

  • Точечные могут быть с одним или двумя лазерами. Если лазер один, на поверхности при наведении появляется одна небольшая точка. Такие устройства применяются при работе с большими расстояниями (до 20-30 метров). Если прибор оснащен двумя лазерами, при наведении нужная точка окажется на пересечении этих двух лучей. Такие приборы рекомендуется применять при необходимости точного определения цели. Оборудование такого формата представлено в нашем интернет-магазине: Testo 830-T3 может определять температуру даже пятнышка в 2 мм.
  • Техника с круглым прицелом предназначена для работы на небольшом расстоянии — до 7 метров. При наведении на предмет отражается мишень круглой формы. Таким образом удобно контролировать соответствие радиуса излучаемого пятна площади диагностируемого предмета. Если такой вариант исполнения Вас заинтересовал, предлагаем обратить внимание на модель пирометра Bosch PTD 1 0603683020.

Рассматривая представленный ассортимент, стоит также учитывать внешнее исполнение и вес устройства. Особенно это важно для тех, кто приобретает прибор для профессионального использования. Форма пирометра может быть различной — прямоугольной, круглой. Очень часто производители выбирают форму в виде пистолета, считая ее наиболее удобной. И с этим сложно поспорить, ведь при обхвате она повторяет форму руки. Очень часто рукоятка имеет резиновые накладки, чтобы избежать возможности выскальзывания во время работы, например, в дождь.

Если же Вы находитесь в поисках максимально компактного прибора, предлагаем присмотреться к модели техники X-Line pIRo-pocket Х00104. Пирометр можно положить в карман куртки или повесить на пояс в специальном чехле. Таким образом, устройство всегда находится под рукой и не мешает.

Будет интересно➡  Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры

Радиометры

Главная особенность таких приборов – радиационный способ измерения. Пирометр действует на ограниченном диапазоне инфракрасных лучей. Для удобства работы и точности снимаемых показателей оснащен лазерной указкой.

Имеет надежный корпус, в который встроены объектив, диафрагма, лампа, светофильтр, окуляр, милливольтметр, накал. Снятие показаний происходит за счет улавливания чувствительной частью прибора теплового излучения, исходящего от объекта. Под чувствительным элементом имеют в виду крестообразную пластину из платины, оснащенную двумя парами термопар. То есть когда элемент нагревается или охлаждается, соответствующее повышение или понижение температуры происходит на термопарах.

Благодаря светофильтру человеческое зрение полностью защищено от яркого света. Также пирометры делят на два вида в зависимости от метода прицеливания на объект: 1) оснащенные лазерным прицелом или 2) оптическим.

В зависимости от коэффициента излучения пирометры могут быть с постоянным или с переменным значением.

Исходя из функциональных возможностей, приборы бывают низко- и высокотемпературными. Первая группа справляется с замерами температуры до -30 градусов, вторая — свыше +400 градусов Цельсия.

Оптические

Чувствительны к конкретной полосе частот, то есть действуют в диапазоне спектра видимого света.

Внешне оптический пирометр – это устройство, состоящее из объектива, светофильтра, лампы, милливольтметра, реостата, монохроматического светофильтра, кольцевой ручки реостата и ручки прибора. Устройство эффективно в конкретном интервале волн.

Работает следующим образом. Луч от измеряемого объекта следует в прибор. Наблюдатель через окуляр проводит сравнение яркости объекта с яркостью луча. Это сопоставление проводят в монохроматическом свете, который образует светофильтр. Тянущаяся нить накаливается от аккумулятора, регулировка процесса происходит за счет реостата. Температурный показатель определяется по данным милливольтметра, так как он имеет соответствующую градуировку.

Оптические пирометры разделяют на:

  • Цветовые, сравнивающие яркость предмета с остальными областями спектра. Применимы, как минимум, для 2-х измеряемых участков.
  • Яркостные, которые также характеризуются как пирометры с пропадающей нитью. При работе сравнивается излучение, отходящее от поверхности объекта, с излучением нити, по которой идёт ток.

Принцип работы пирометра

Пирометр — это прибор, который бесконтактно производит измерение температуры разного рода тел и сред.  Он работает на основе измерения мощности теплового излучения объектов в диапазоне инфракрасного излучения, а также в области видимого света. Исходя из этого, можно определить основные характеристики пирометров:

  • оптическое разрешение;
  • настройка степени черноты тела.

Функции пирометров

Современные пирометры помогают не только получить данные о температуре конкретного объекта, но также обладают следующими возможностями:

  • Оснащение звуковой и визуальной сигнальной системой для оповещения по преодолению определенной границы.
  • Сохранение максимального и минимального показателей измерения.
  • Накопление и сохранение полученных данных.
  • USB порты для переноса данных на другой носитель.

Также стоит отметить, что пирометр способен получить точные данные от движущегося объекта. Он эффективен при работе с объектами, до которых невозможно дотронуться (небезопасно, либо они находятся на большом расстоянии). Прибор может зафиксировать температуру целого объекта или отдельного элемента.

Технические характеристики

Пирометр обладает рядом параметров, которые характеризуют его функциональность. Выбор желаемой модели аппарата осуществляется по их значениям. Обратимся к основным из них.

Оптическое разрешение

Оптическое разрешение или как его еще называют “Показатель визирования” – это отношение диаметра пятна визирования на поверхности объекта. Измерение температуры (излучения), с которого регистрируется пирометром, к расстоянию до объекта. Это можно представить себе так – конусный луч фонарика освещает поверхность и чем дальше поверхность, тем большее пятно засвечивается. То есть, с увеличением расстояния до измеряемого объекта большая поверхность измеряется.

Но как быть, когда необходимо измерить очень маленький объект в окружении других объектов, имеющих разные температуры? Ответ прост – коэффициент визирования (оптическое разрешение пирометра) должен быть максимальным (то есть конус «фонарика» должен быть очень узким в предельном значении – луча). Это достигается использованием качественной оптики или проще говоря объективом пирометра. Качество объектива пирометра напрямую влияет на его стоимость. Цена одинаковых пирометров с разными объективами (коэффициентами визирования) может отличаться в десятки раз.

Для точности визирования современные пирометры имеют лазерный указатель, который показывает центр измерительного пятна. Ни в коем случае нельзя эту точку воспринимать как область измерения температуры, поскольку в зависимости от оптического разрешения область измерения будет кругом, с центром в точке от лазерного луча, с диаметром от 1 сантиметра до 1 метра.

Степень черноты

Степень черноты тела или, как его называю иначе коэффициент излучения, характеризует прежде всего свойства поверхности объекта измеряемую пирометром. Этот показатель определяется как отношение энергии, излучаемой данной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Он может принимать значения от 0,1 до значений, близких к 1.

Для примера: если для окисленной стальной поверхности коэффициент составляет примерно 0,85, то для полированной стали он снижается до 0,075. Это один из основных факторов, которые влияют на точность показаний. Иными словами – не может быть произведен замер температуры с большой точностью, без корректировки пирометра для конкретного объекта. Но это необходимо делать только в том случае, когда нам необходимо получить очень точные показатели измерений.

Будет интересно➡  Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры

В повседневной жизни для измерения температуры погрешность, вносимая коэффициентом излучения, соизмерима и укладывается в общую погрешность, при этом необходимо учитывать «однородность» измеряемых пирометром объектов, то есть с одинаковы коэффициентом излучения или же в определенном диапазоне.

Рабочий диапазон

Диапазон действия прибора зависит от пирометрического датчика и, зачастую, варьируется от -30 °С до 360 °С. Так, для бытового использования подойдут почти все виды пирометров, если учесть максимальную температуру теплоносителя в системе отопления до 110 °С.

Погрешность

Погрешность предполагает уровень возможных отклонений значений температуры и зависит от точности пирометра. В среднем допустимые отклонения — не превышающие 2% от нормы.

Коэффициент излучения

Данный параметр представляет собой отношение мощности текущего температурного излучения к такому же показателю эталонного абсолютно черного тела.

СПРАВКА. Для матовых материалов коэффициент излучения равняется 0,9-0,95. По этой причине большее количество приборов подбираются именно на это значение. Результат будет заметно отличаться от реального, например, в случае измерения степени нагрева поверхности блестящего алюминия.

В целях более точного измерения многие модели оснащаются лазерной указкой. При этом световой луч размещается не в центре, а указывает оптимальную границу области измерения.

Что измеряют пирометром?

Предметом определения является среднее температурное значение для поверхностей предметов, тел в рамках пятен измерений. Они имеют эллипсовидную либо округлую форму. Чем больше длина пути от объекта измерения к пирометру, тем масштабнее размеры пятна. Устройство нацеливают на нужный предмет, материал при помощи встроенного в него лазерного указателя. Его направляют непосредственно в центр измеряемой окружности.

Современные пирометры дистанционно фиксируют температуру, допускают минимальные погрешности, а также имеют эргономичный дизайн и автономное питание. Таким оборудованием пользуются, когда необходимо:

  • проконтролировать температурный режим объектов в условиях высокого риска попадания под удар электрического тока;
  • иметь дело с поверхностью предметов, где могут наблюдаться резкие изменения температуры;
  • измерять силу нагрева объектов с неординарными температурными режимами (высокие уровни на одном и нормальные значения – на другом элементе).

Поскольку устройство имеет особый принцип работы, основанный на «считке» излучения тепловых волн инфракрасного диапазона, оно способно фиксировать температурные показатели объектов, которые находятся на расстоянии до 15 метров. Благодаря этому аппарат имеет такие плюсы, как:

  • безопасность;
  • удобство применения;
  • высокая точность фиксации показателей тел, предметов, конструкций, материалов.

Как выбрать?

Каждое измерительное оборудование, в том числе пирометр бесконтактный, имеет ряд характерных параметров. Непосредственно на них следует обращать внимание при выборе нужной модели. В данной ситуации важными считают следующие характеристики:

  • Оптическое разрешение – является соотношением диаметрального размера пятна измерения на исследуемом объекте к дистанции до предмета. Этот параметр дает возможность оценивать максимальную длину пути для результативного определения силы нагрева объектов. Важно понимать, что достоверные результаты измерения могут быть получены только при условии соблюдения всех правил применения оборудования, а также отсутствия превышения дистанции до нужного объекта. В противном случае получают неточные показания. В разных моделях этот параметр может быть в границах 2:1 и 600:1. Высокие значения имеют модели, относящиеся к измерительному оборудованию профессиональной линейки. Им пользуются при фиксации силы нагрева объектов тяжелой промышленности. В быту и для моделей полупрофессионального уровня оптимальным значением считают соотношение 10:1.
  • Рабочий диапазон – обусловлен характеристиками датчика. Большая часть устройств имеет границы охвата -30 °С и +360 °С. Температура рабочей жидкости в отопительных системах может достигать максимум 110 °С, поэтому для бытового применения пригодны, по сути, все разновидности такой измерительной техники.
  • Величина погрешности – определяет уровень изменения степени теплоты в зависимости от того, насколько точно был настроен прибор. Среднее значение несоответствия нормативам – около 2 %.
  • Коэффициент эмиссии (теплоизлучения) – показывает отношение энергии теплоизлучения объекта к излучению «абсолютно черного тела» при одинаковой температуре. Этот параметр для «абсолютно черного тела» равен единице. Иначе говоря, он показывает, насколько объект способен поглощать и излучать энергию.

Чем выше коэффициент, тем ниже отражательная способность поверхности. Такая способность отрицательно сказывается на достоверности результатов измерения.

Материалы с неблестящей поверхностью имеют коэффициент от 0,9 до 0,95, на который настроено большинство дистанционного оборудования для определения степени нагрева. Но при измерениях температуры блестящих предметов, материалов индикатор покажет недостоверную информацию.

Кроме этого, выбирая прибор, стоит обращать внимание на наличие дополнительного функционала. Это:

  • Возможность отключаться автоматически – самостоятельное выключение происходит через определенный промежуток времени после применения по назначению, что позволяет увеличить срок службы источников питания. Причем у разных моделей такой временной отрезок свой.
  • Возможность регулирования коэффициента эмиссии – благодаря наличию такой функции аппарат способен измерять уровень нагрева любого материала.
  • Способность определять уровень влажности воздуха – такая функция присутствует у некоторых моделей, может быть полезной для имеющих проблемы с органами дыхания людей. Позволяет наряду с замерами степени теплоты контролировать уровень увлажненности воздуха в помещении.
  • Термопары – такими моделями можно определить температуру при контакте с объектом. Данный способ позволяет максимально точно измерить степень нагрева блестящих объектов. Как правило, термопару подключают к пирометрам, используя соответствующие разъемы.
Будет интересно➡  Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры

Наиболее популярные модели

ЭОП-66

Пирометр ЭОП-66 применяется при осуществлении научно-лабораторных исследований. Рассчитан он на измерение показателей поверхностей предметов при температуре от +900 до +10000°С,

Данная стационарная модель оснащена телескопом, который состоит из объектива и окулярного микроскопа. Двухлинзовый объектив располагает возможностью фокусировки на дистанции до 25,4 см, а его оптическое разрешение составляет 3:1. Обратите внимание: телескоп данного прибора фиксируется на основании и плавно передвигается в горизонтальной плоскости.

С-700 «Стандарт»

Данное бесконтактное устройство предпочтительно использовать, например, в строительстве или металлургии. Он достойно служит в качестве инфракрасного детектора определения степени нагрева поверхностей сыпучих и твердых объектов, а также расплавленных и текучих материалов.

Температурный диапазон колеблется в пределах от +700 до + 2200 °С, что характерно для высокотемпературных приборов. Расширения возможности взаимодействия с внешними носителями достигается посредством двух вариантов выходного интерфейса: аналоговый выход 4 — 20 мА или цифровой RS-485.

Кельвин ИКС 4-20

Недорогой высокоточный пирометр Кельвин ИКС 4-20 имеет универсальный диапазон определяемых температурных показателей: -50…+350°С, показатель визирования 1:5, высокое быстродействие – 0,2 с. Использование инструмента предусмотрено в спектральном диапазоне 8-14 мкм.

Компактные габаритные размеры 17х17х22 см и посадочное гнездо крепления объектива М12 делают возможным использование пирометра в качестве как мобильного, так и стационарного устройства. Заявленный производителем класс защиты корпуса IP65 (полная пыленепроницаемость и защита от сильных водяных струй) позволяют применять данную модель в сложных производственных и строительно-промышленных средах.

Как пользоваться пирометром для измерения температуры?

О том, как правильно измерить температуру, используя данный прибор, написано в подробной инструкции. Необходимо четко следовать несложным правилам эксплуатации, иначе можно получить искаженную информацию о степени нагрева исследуемой поверхности.

Этапы измерения пирометром уровня нагревания предметов:

  • включение;
  • направление раструба на исследуемый материал;
  • определение при помощи лазерной указки границ измеряемого пятна.

На экране активированного аппарата появляются температурные значения. Есть ряд моделей с возможностью запоминания полученной информации, в остальных устройствахпосле каждого измерения значения сменяются новыми показателями.

Прибор отличается простотой применения. Это позволяет широко использовать его для измерений при проектировании, монтаже автономных отопительных систем, а также с его помощью решать бытовые задачи.

Чем отличается пирометр от термометра?

Данное устройство, как и термометр, предназначено для измерения температуры. Но оно отличается тем, что способно:

  • выполнять поставленную задачу в более широком температурном диапазоне (от -50 до +3000 градусов по Цельсию);
  • выдавать результат за промежуток времени от 0,5 до 1,5 секунды (у термометра отклик фиксируется спустя 1-10 минут);
  • более точно определять уровень нагрева, допуская погрешность в границах от 0,1 до 0,2 градуса (у термометра – до 2 градусов).

Ошибки измерения пирометра – как бороться?

Если Вы всерьёз озабочены точностью измерений, но получаете результаты, которые отличаются от действительныой температуры объектов, прочтите текст ниже.

Приборы серии DT принадлежат к классу яркостных пирометров, т.е. являются одноканальными приборами. Они работают в одном диапазоне длин волн и вследствие этого имеют ряд особенностей, корорые необходимо учитывать при проведении измерений:

  • в первую очередь к ним относится необходимость знать излучательную способность измеряемого объекта – коэффициент, показывающий, какую часть от излучения находящегося в тепловым равновесии с измеряемым объектом абсолютно черного тела испускает измеряемый объект;
  • далее, при измерении такими приборами необходимо, чтобы измеряемый участок полностью перекрывал поле зрения пирометра на выбранном расстоянии, ибо невыполнение этого требования ведет к неконтролируемому занижению результата измерений, иногда на порядок превышающему заявленную инструментальную погрешность;
  • в связи с несовершенством оптики ИК-прозрачных материалов, приборы характеризуются небольшой зависимостью показаний от расстояния до объекта, а также от излучения прямо не попадающих в поле зрения пирометра областей измеряемого объекта (расположенные рядом объекты, температура которых сильно отличается от температуры объекта измерения).

Учёт вышеприведённых факторов и усреднённые измерения позволят Вам с помощью пирометра быстро и точно определить температуру интересующих Вас объектов.

Предыдущая
ТеорияЗависимость диэлектрической проницаемости от температуры
Ссылка на основную публикацию
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять