Как правильно пользоваться пирометром

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.

Зачем нужен пирометр?

Если вкратце, то можно перечислить несколько основных применений: для измерения температуры поверхности объектов, где контроль температуры затруднён вследствие высоких температур, опасности поражения электрическим током, температурной неоднородностью объекта и рядом других причин. Кроме этого, это очень быстрый способ узнать температуру – типовое время измерения температуры менее 1 секунды! В ряде случаев проще, легче и дешевле использовать дистанционные измерители температуры (пирометры).

В быту есть множество применений для пирометра: можно определять температуру в холодильнике или морозильнике, в плите, температуру батарей, подводящих магистралей холодного и горячего теплоснабжения, температуру бытовых приборов, а также электрических выключателей (их повышенная температура свидетельствует о неисправности), температуру в труднодоступных местах. А также температуру приготовленной еды, воды в кастрюле и чайнике, или в ванной. Может пригодиться пирометр и путешествиях. Вы можете быстро измерить температуру воды в море или озере, температуру песка на пляже, температуру на поверхности вулкана, вытекшей лавы или вырывающихся газов (Италия – вулкан Этна, Греция – о.Ниссирос и т.д.).

Что и где измеряет пирометр?

Он измеряет среднюю температуру поверхности объекта. По форме пятно измерения – это эллипс или окружность. Чем дальше от пирометра находится объект измерения, тем больше площадь окружности, среднюю температуру которой показывает пирометр. Представьте себе конус, на острие которого стоит пирометр, а в основании – объект измерения. Встроенный в прибор лазерный указатель помогает "нацелить" прибор в центр окружности измерения.

Технические характеристики – расшифровка непонятных терминов

1. Показатель визирования пирометра – это отношение расстояния до объекта к размеру измеряемого участка его поверхности. Обычно в пирометрах серии DT параметр D:S равен 8:1. Это означает, что на расстоянии в 15 см диаметр пятна измерения составит около 2 см, на расстоянии 50 см – примерно 6,3 см, на расстоянии 1 метра до объекта – 12,5 см и т.д.;
2. Диапазон рабочих расстояний у пирометра — расстояние до объекта измерения, на котором пирометр показывает температуру с заявленной точностью. Обычно в пирометрах серии DT это расстояние от 0,15 до 5 м. При бОльших или меньших расстояниях пирометр также работоспособен, но точность измерения температуры при этом падает;
3. Спектральный диапазон прибора: 8 – 14 мкм. Это длина волны теплового излучения объекта измерения в инфракрасном, невидимом глазом диапазоне. Этот диапазон выбран не случайно. Благодаря специальному оптическому фильтру на входе прибора, корорый пропускает только этот диапазон, а остальное излучение от объекта задерживает, им можно пользоваться при солнечном освещении – т.н. "солнечно слепой" прибор;
4. Разрешающая способность по температуре – это способность пирометра различать температуру соседних участков объекта измерения. Обычно в пирометрах серии DT это 0,1 °C;
5. Точность. Не путать с разрешающей способностью. Это абсолютное (в градусах) или относительное (в процентах) отклонение измеренной температуры от истинной температуры объекта. Чем ближе температура к краям диапазона, тем ниже точность измерения. Обычно для пирометров это 1-2 градуса или порядка 2%;
6. Излучательная способность. Одноканальные инфракрасные термометры и пирометры (яркостные, частичного и полного излучения) определяют температуру по величине принятого каналом сигнала. Энергия, которую испускает нагретое тело, зависит не только от температуры этого тела, но и от материала, из которого оно сделано. Различные материалы излучают по-разному, и это учитывается коэффициентом, называемым излучательной способностью. Излучательная способность показывает, какую часть от излучения, испускаемого идеальным излучателем (абсолютно черным телом, АЧТ), находящимся при равной с нашим объектом температуре, излучает наш объект. Значение излучательной способности лежит в пределах от 0,01…0,02 (у полированных металлов) до 0,9…0,98 (дерево, строительные краски, поверхность земли, человеческая кожа и т.д.). В пирометрах серии DT это значение фиксированно и составляет 0,95.
7. Ресурс работы от автономного источника питания. Приборы серии DT чрезвычайно экономичны. Они работают от элемента напряжением 9V и потребляют небольшой ток только в режиме измерения и подсветки ЖК дисплея. Автоматически выключаются в режиме простоя, в котором потребляют ток, сравнимый с током саморазряда батареи. Поэтому ресурс работы напрямую зависит от количества измерений. Если пользоваться прибором периодически, с перерывами, то батареи может хватить на срок около года или даже более. Прибор не имеет движущихся частей и в идеале будет безотказно работать в течении многих лет – вам нужно будет только изредка заменять батарею питания;
8. Усреднённые измерения необходимы, когда требуется более высокая точность измерений. Для этого выполняют несколько (обычно от 3до 7) измерений подряд и находят среднее арифметическое.

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.

Главная | Каталог | Заказать | Регионам | | Контакты | |

Пироме́тр (от др.-греч. πῦρ «огонь, жар» + μετρέω «измеряю») — прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.

Содержание

Назначение [ править | править код ]

Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.

История [ править | править код ]

Один из первых пирометров изобрёл Питер ван Мушенбрук. Изначально термин использовался применительно к приборам, предназначенным для измерения температуры визуально, по яркости и цвету сильно нагретого (раскалённого) объекта. В настоящее время смысл несколько расширен, в частности, некоторые типы пирометров (такие приборы правильнее называть инфракрасные радиометры) измеряют достаточно низкие температуры (0 °C и даже ниже).

Развитие современной пирометрии и портативных пирометров началось с середины 60-х годов прошлого столетия и продолжается до сих пор. Именно в это время были сделаны важнейшие физические открытия, позволившие начать производство промышленных пирометров с высокими потребительскими характеристиками и малыми габаритными размерами. Первый портативный пирометр был разработан и произведен американской компанией Wahl в 1967 году. Новый принцип построения сравнительных параллелей, когда вывод о температуре тела производился на основе данных инфракрасного приемника, определяющего количество излучаемой телом тепловой энергии, позволил существенно расширить границы измерения температур твердых и жидких тел.

Классификация пирометров [ править | править код ]

Пирометры можно разделить по нескольким основным признакам:

• Оптические. Позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретого тела, путём сравнения его цвета с цветом эталонной накаливаемой электрическим током металлической нити в специальных измерительных лампах накаливания.
• Радиационные. Оценивают температуру посредством пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой спектральной полосе излучения, то такой пирометр называют пирометром полного излучения.
• Цветовые (другие названия: мультиспектральные, спектрального отношения) — позволяют измерить температуру объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных участках спектра.

Температурный диапазон [ править | править код ]

• Низкотемпературные. Обладают способностью измерять температуры объектов с низкими относительно комнатных температурами, например, температуры холодильных камер холодильников.
• Высокотемпературные. Оценивают лишь температуру сильно нагретых тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным. Обычно имеют существенную ошибку в сторону верхнего предела измерения прибора.

Исполнение [ править | править код ]

• Переносные. Удобны в эксплуатации в условиях, когда необходима требуемая точность измерений, с мобильностью, например для измерения температуры участков трубопроводов в труднодоступных местах. Обычно такие переносные приборы снабжены небольшим дисплеем, отображающим графическую или текстово-цифровую информацию.
• Стационарные. Предназначены для более точного измерения температуры объектов. Используются, в основном, на крупных промышленных предприятиях для непрерывного контроля технологического процесса при производстве расплавленных металлов и пластиков.

Визуализация величин [ править | править код ]

• Текстово-цифровой метод. Измеряемая температура выражается в градусах на цифровом дисплее. Попутно можно видеть дополнительную информацию.
• Графический метод. Позволяет видеть наблюдаемый объект в спектральном разложении областей низких, средних и высоких температур, выделенных различными цветами.

Вне зависимости от классификации, пирометры могут снабжаться дополнительными источниками питания, а также средствами передачи информации и связи с компьютером или специализированными устройствами (обычно через шину RS-232).

Основные источники погрешности пирометров [ править | править код ]

Самыми важными характеристиками пирометра, определяющими точность измерения температуры, являются оптическое разрешение и настройка степени черноты объекта [1] .

Иногда оптическое разрешение называют показателем визирования. Этот показатель рассчитывается как отношение диаметра пятна (круга) на поверхности, излучение с которого регистрируется пирометром, к расстоянию до объекта. Чтобы правильно выбрать прибор, необходимо знать сферу его применения. Если необходимо проводить измерения температуры с небольшого расстояния, то лучше выбрать пирометр с небольшим разрешением, например, 4:1. Если температуру необходимо измерять с расстояния в несколько метров, то рекомендуется выбирать пирометр с большим разрешением, чтобы в поле зрения не попали посторонние предметы. У многих пирометров есть лазерный целеуказатель для точного наведения на объект.

Коэффициент эмиссии ε (коэффициент излучения, степень черноты) – способность материала отражать падающее излучение. Данный показатель важен при измерении температуры поверхности с помощью инфракрасного термометра (пирометра). Этот показатель определяется как отношение энергии, излучаемой данной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно чёрного тела при той же температуре. Он может принимать значения от 0 до 1 [2] . Применение неверного коэффициента эмиссии — один из основных источников возникновения погрешности измерений для всех пирометрических методов измерения температуры. На коэффициент излучения сильно влияет окисленность поверхности металлов. Так, если для стали окисленной коэффициент составляет примерно 0,85, то для полированной стали он снижается до 0,075.

Применения [ править | править код ]

Теплоэнергетика — для быстрого и точного контроля температуры на участках не доступных или мало доступных для другого вида измерения.

Электроэнергетика — контроль и пожарная безопасность, эксплуатация объектов (железнодорожный транспорт — контроль температуры букс и ответственных узлов грузовых и пассажирских вагонов).

Лабораторные исследования — при проведении исследований активных веществ в активных средах, а также в тех случаях, при которых контактный метод нарушает чистоту эксперимента (например, тело настолько мало что при измерении контактным методом потеряет существенную часть теплоты, или просто слишком хрупкое для такого типа измерения). Применяется в космонавтике (контроль, опыты)

Строительство — пирометры применяют для определения теплопотерь в зданиях жилого и промышленного назначения, на теплотрассах, для эффективного нахождения прорывов теплоизоляционной оболочки.

Бытовое применение — измерение температуры тела, пищи при приготовлении, и многое другое.

Отдельная большая область применения пиросенсоров – датчики движения в системах охраны зданий. Датчики реагируют на изменение инфракрасного излучения в помещении.

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.

Конструкция и принцип работы

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.

Есть еще одна разновидность пирометров – так называемые тепловизоры. Принцип их работы основан на сравнении спектра теплового излучения с эталонным.

На цветной экран проецируется картинка тепловых волн от объектов, попавших в объектив устройства. По спектральной характеристике можно определить величину температуры и визуально наблюдать ее градиентное изменение на площади измеряемого материала. Тепловизоры нашли практическое применение и для автономного частного отопления. С их помощью можно точно определить место протечки в скрытом трубопроводе.

Технические характеристики

Как и любой прибор измерения, работа инфракрасного пирометра характеризуется определенными параметрами. Выбор определенной модели осуществляется по их значениям. Рассмотрим самые важные из них.

Оптическое разрешение

Он определяет площадь объекта, на поверхности которого измеряется температура. Он напрямую зависит от угла объектива устройства. Чем он больше, тем значительнее будет площадь измерения температуры. При этом учитывается расстояние до объекта.

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.