Принцип работы пирометра, его устройство и основные виды

Испокон веков люди измеряли температуру. Казалось бы, нет ни чего проще, однако при более детальном рассмотрении этот вопрос сразу обрастает все новыми и новыми сложностями. Первобытному человеку, наверное, было достаточно измерение температуры по принципу холодно-тепло и в зависимости от этого, он надевал либо набедренную повязку, либо шкуру убитого накануне медведя! Но времена меняются, и такого рода измерение уже не устраивает, а точности измерения становится не достаточно.

Появились разного вида термометры, которые позволяли достаточно точно измерять температуру. Но и они не всегда были удобны, так как для измерения термометром необходим контакт измерительного зонда с объектом измерения. А как быть если необходимо измерить температуру в точке, до которой очень трудно добраться? А если точка находится в агрессивной среде? А если объект находится в постоянном движении?

В общих чертах была поставлена задача и инженерная мысль начала поиск решения этой проблемы. Так, во второй половине прошлого века появились первые пирометры. Первый пирометр был разработан и выпущен в 1967 году американской компанией WAHL.

Компания смогла на основе важнейших физических открытий в этой области начать массовое производство пирометров с высокими потребительскими характеристиками и все это смогли спрятать в маленький корпус. Новый принцип измерения заключался в построения сравнительных параллелей, когда вывод о температуре тела производился на основе данных инфракрасного приемника, определяющего количество излучаемой телом тепловой энергии. Такой метод измерения позволил существенно расширить границы измерения температуры твердых и жидких тел в самых труднодоступных местах. Пирометры прочно заняли свое место в линейке приборов для определения температуры!

Строго говоря, пирометр — это прибор который бесконтактно производит измерение температуры разного рода тел и сред на основе измерения мощности теплового излучения объектов измерения в диапазоне инфракрасного излучения, а также в области видимого света.

Исходя из этого, можно определить основные характеристики пирометров — это оптическое разрешение и настройка степени черноты тела. 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, имеюoих 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, при этом стоимость одинаковых пирометров с разными объективами (коэффициентами визирования) может отличаться в десятки раз! Для точности визирования современные пирометры имеют лазерный указатель, который будет показывать центр измерительного пятна.

Ни в коем случае нельзя эту точку воспринимать как область измерения температуры — 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 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.

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.

Все пирометры можно разделить по следующим категориям или признакам:

• По принципу измерения пирометры бывают яркостные пирометры позволяющие определять температуру объекта путем сравнения цвета с эталоном. Радиационные пирометры измеряющие температуру объекта посредством пересчета мощности теплового излучения. Цветовые пирометры позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.
• По температурному диапазону:Низкотемпературные. Пирометры этого типа способны определять отрицательные температуры, при этом диапазон положительных температур может быть достаточно большим. Высокотемпературные. Пирометры работают в диапазоне высоких температур и не способны производить замеры объектов с отрицательной температурой.
• По способу эксплуатации:Переносные пирометры предназначенные для эксплуатации в полевых условиях. Они имеют малый вес, дисплей отображения показателей, автономное питание. Предназначены для очень широкого круга задач по измерению температуры. Могут иметь внутреннюю память и подключаться к компьютеру для передачи данных. Стационарные пирометры предназначены для выполнения чаше всего постоянного замера в конкретной точке. Обладают повышенной точностью и как правило не имеют своего дисплея, а передают данные на компьютер или пульт управления Способны работать при неблагоприятных условиях окружающей среды. Чаще всего применяются при необходимости замеров на промышленных предприятиях. Имеют большие размеры и вес.

Область применения пирометров очень велика, и они все сильнее теснят традиционные приборы для измерения температуры. Но все таки основная задача пирометров это измерение температуры в труднодоступных местах и в местах с агрессивными средами, а также объекты которые находятся в постоянном движении или расположены в электро или пожароопасных местах.

В настоящее время предложений по продаже пирометров очень много и здесь главное не ошибиться в выборе производителя. Пирометры, которые предлагаем мы, выпущены на промышленном государственном предприятии Китая, заводе по производству электронных приборов и компонентов CEM, SHENZHEN EVERBEST MACHINERY INDUSTRY CO., LTD.

Государственное предприятие «СЕМ» принадлежит к категории предприятий имеющих высшую оценку экспертов по качеству выпускаемой продукции. Этому предприятию предлагают свои заказы для производства многие ведущие фирмы, специализирующиеся на разработке измерительной техники. В линейке пирометров, представленных насчитывается десятки пирометров, которые обеспечивают все диапазоны измерения температуры.

При выборе пирометра следует обратить внимание на следующие особенности и характеристики:

• Диапазон измеряемой температуры. Разные модели инфракрасных пирометров способны показывать температуру объектов от отрицателных до высоких температур, лучше выбирать пирометр уже зная какой диапазон температур вам нужен
• Оптическое разрешение. еще называют показателем визирования. Оптическое разрешение пирометра определяется отношением диаметра так называемого пятна на поверхности объекта, излучение с которого регистрируется пирометром к расстоянию до объекта. Чтобы понять какое оптическое разрешение пирометра вам нужно, необходимо знать где будет применяться прибор. Если нужно или возможно измерять температуру объекта с небольшого расстояния(10-30см) и площадь предмета будет достаточно большой(от 3см2), то подойдут инфракрасные термометры с небольшим оптическим разрешением например 8:1 вряд ли подойдет. Если требуется измерять температуру с растояния в несколько метров, то следует выбирать пирометр с высоким оптическим разрешением, так что бы пятно измерения не выходило за пределы объекта например 50:1.
• Ниже изображен рисунок пирометра и его пятно измерения температуры на разном расстоянии, как выбрать пирометр:

• Погрешность. Выбирается пирометр в зависимости от того с какой точностью вам нужно измерить температуру объекта с помощью бесконтактного термометра
• Излучаемость (коэфициент излучения). Коэффициент излучения (называемый иногда «степень черноты») характеризует способность поверхности тела излучать инфракрасную энергию. Этот коэффициент определяется как отношение энергии, излучаемой конкретной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Коэффициент излучения пирометра может принимать значения от очень малых, ниже 0,1 до близких к 1. В недорогих моделях пирометров он как правило фиксированный(усредненный 0,95), если вы измеряете температуру объекта у которого степень черноты отличается от 0,95 то пирометр с фиксированным коэфициэнтом будет измерять с большей погрешностью. В более дорогих моделях есть возможность устанавливать для каждого объекта свой коэффициент излучения. Неправильный выбор коэффициента излучения — основной источник погрешности для всех пирометрических методов измерения температуры.
• Контактный датчик температуры (термопара). У более дорогих моделях в комплекте идет термопара с помощь которой можно откалибровать пирометр для каждого объекта, путем вычисления коэфициента излучения.
• Лазерный целеуказатель. Практически во всех моделях пирометров есть лазерный целеуказатель, он упрощает наведение инфракрасного термометра на цель В профессиональгных моделях пирометров встроен двойной лазерный целеуказатель, при наведении на объект когда два лазерных луча сходятся в одной точке достигаестся оптимальное расстояние до объекта.
• Возможность записи видео и фото. Модели пирометров с возможностью при измерении температуры одновременной записи видео измеряемого объекта, эта функция удобна при анализе данных температуры объекта.
• Передача данных на ПК. Модели имеющие интерфейс USB для передачи данных на ПК и последующего анализа
• Регистрация и удержание данных на дисплее. Возможность пирометров регисрировать максимум и минимум при измерении температуры, а также удерживвать показания после измерения.

Область применения

Достаточно широкое применение нашлось для пирометров на тех производствах, где установлено большое количество нагревательных приборов. В области строительства и теплоэнергетики они используются для расчета теплопотерь конструкций, в том числе пирометр помогает выявить повреждения теплоизоляции.

В промышленности подобные приборы дают возможность подвергать анализу температуру всевозможных процессов дистанционно. Это бывает необходимо, например, в машиностроении, металлургии и в прочих отраслях промышленности.

Так, электрики проверяют уровень нагрева мест соединения проводов, а автослесари проверяют нагрев деталей машины. Ученым пирометры приходят на помощь во время осуществления различных исследований или опытов: так они определяют верность показателей температуры веществ и тел.

В быту люди применяют подобные устройства для определения температуры тела, воды, еды и др.

Время обновления данных

Еще один важный параметр пирометра помимо точности – частота обновления показаний. Особо важно иметь высокую частоту при сканировании и сравнении температур на больших поверхностях.

Прибор в этом случае, как бы имитирует работу тепловизора и ищет максимумы и минимумы.

Очень хорошими показателями считаются результаты от 250мс и меньше. Обладают подобными параметрами только известные бренды. Например, тот же Fluk.

Стационарная модификация

Эти модели существенно отличаются компоновкой и представляют собой оптический модуль цилиндрической формы, внутри которого заключен измерительный датчик. Данный компонент соединен специальным прочным кабелем с электронным модулем управления, который оснащается монохромным жидкокристаллическим дисплеем и кнопочным меню управления.

Блок размещают в закрытом щитке, подключают питание и сигнальные линии. В дальнейшем величина выходного тока (или напряжения) передается по проводам на компьютер посредством специальных средств логики (контроллеров) и специализированного программного обеспечения. Такая схема удобнее, поскольку экран электронного модуля невелик. На нем трудно различить отображаемые показания.

Стационарные пирометры пригодны к применению в различных сферах промышленности. Они производятся с широким диапазоном измеряемых пределов. Благодаря такому качеству, прибор позволяет контролировать любой технологический процесс, связанный с температурой.

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.

Контроль температуры в больнице

Сегодня, как десятилетия назад, контроль температуры у больных в больнице проходит по старинке, т.е. при помощи ртутного термометра. Это особенно плохо сейчас, когда необходимо минимизировать контакт врача с больными. Сегодня в инфекционных больницах палаты, где лежат больные, отделены окном со стеклом от общего коридора. Как уже было сказано выше, термометр RELSIB WT50 передает показания температуры удаленно на смартфон в специальное мобильное приложение. Достаточно раздать эти термометры каждому пациенту в палате, потом подойти врачу в нужное время к этому окну и дать команду произвести измерение температуры. Больные сами поставят себе термометры, врач же через 10 минут снова подойдет к этому окну и примет себе на смартфон показания температуры по каждому больному в индивидуальный профиль. Необходимо беречь врачей, а для этого облегчать их труд, делать его более безопасным при помощи современных приборов.

Как пользоваться?

Ручным устройством работать просто. Правила проведения замеров несложны и заключаются в следующем:

1. Необходимо включить пирометр;

2. С помощью лазерного указателя направить его на объект измерения;

3. Нажать кнопку активации (курок).

После совершения этих действий, на экране отобразится значение температуры. Важное условие для успешного и точного измерения – это соблюдение размеров пятна визирования на поверхности. Если не придерживаться рекомендации, то это привет к недопустимой погрешности.

Ввиду своих особенностей эксплуатации и установки, стационарные модели пирометров достаточно настроить один раз.

Таблица коэффициентов излучения разных материалов

В большинстве случаев, нельзя просто так направить луч, нажать курок и тут же получить правильный результат измерения на табло. На блестящих нагретых предметах все пирометры начинают сильно врать.

И зависит эта погрешность напрямую от коэффициента излучения. Вот подробная таблица коэффициентов излучения различных материалов. Этими данными необходимо пользоваться каждый раз при замерах пирометрами.

Чтобы повысить точность измерений, стоит покупать более дорогие модели с возможностью выставления этих коэфф. внутри программных настроек.

Замерить температуру материалов, которых нет в таблице, можно двумя способами. Использовать “мишень” с известным коэфф., накладывая ее на измеряемый объект.

Или сначала определить контактным термометром температуру поверхности, и затем меняя значения в приборе, добиться примерного совпадения.

Виды пирометров

Все пирометры можно разделить по следующим категориям или признакам: по принципу измерения, по температурному диапазону и по способу эксплуатации.

По принципу измерения пирометры бывают:

• яркостные пирометры, позволяющие определять температуру объекта путем сравнения цвета с эталоном.
• Радиационные пирометры, измеряющие температуру объекта посредством пересчета мощности теплового излучения.
• Цветовые пирометры позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.

По температурному диапазону:

• Низкотемпературные. Пирометры этого типа способны определять отрицательные температуры, при этом диапазон положительных температур может быть достаточно большим.
• Высокотемпературные. Пирометры работают в диапазоне высоких температур и не способны производить замеры объектов с отрицательной температурой.

По способу эксплуатации:

• Переносные пирометры предназначены для эксплуатации в полевых условиях. Они имеют малый вес, дисплей отображения показателей, автономное питание. Предназначены для очень широкого круга задач по измерению температуры. Могут иметь внутреннюю память и подключаться к компьютеру для передачи данных.
• Стационарные пирометры предназначены для выполнения чаше всего постоянного замера в конкретной точке. Обладают повышенной точностью и как правило не имеют своего дисплея, а передают данные на компьютер или пульт управления Способны работать при неблагоприятных условиях окружающей среды. Чаще всего применяются при необходимости замеров на промышленных предприятиях. Имеют большие размеры и вес.

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.

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

Так называют показатель отношения диаметра пятна инструмента к расстоянию до предмета. Эта функция зависит от угла объектива устройства: чем он больше, тем значительную площадь он сможет охватить. Важнейшим фактором точности измерения является наложение пятна исключительно на материал поверхности. Если площадь превышена, измеренное значение скорее всего будет неточным.

СПРАВКА. У каждой модели пирометра разное оптическое разрешение. Разница между ними внушительная, например, от 2:1 до 600:1. Последнее соотношение характерно для профессиональных устройств. Как правило, используются они в тяжелой промышленности. Оптимальным показателем для бытовых и полупрофессиональных пирометров считается 10:1.

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.

Принцип действия

Работа приборов этого типа основана на возникновении инфракрасного излучения и определении показателя абсолютного значения излучаемой в инфракрасном спектре энергии длины волны.

Инструмент направляется на удалённый объект, расстояние до которого лимитируется только диаметром замеряемого пятна и составом («чистотой») окружающей объект воздушной среды. Измерение характеристик излучения объекта (его интенсивность и спектральный состав) пирометрическим прибором косвенным образом определяет и температуру его поверхности.

Принцип работы пирометра определяет основной функционал инструмента:

• измерение температуры удалённых (недоступных или труднодоступных) объектов, а также температуры их движущихся элементов;
• анализ температурного режима находящихся под напряжением объектов при невозможности контактных способов измерения;
• экспресс-фиксация быстрых температурных изменений поверхности объектного тела;
• исследование объектов, обладающих низкой теплоёмкостью или теплопроводностью.

Использование пирометра на промышленных объектах и в быту не представляет никаких сложностей: инструмент наводится на обследуемый объект, измерение и фиксация на дисплее температурных данных выполняется в считанные секунды при нажатии и удержании «курка».

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.

Читать также: Замена подшипника на болгарке макита

Какие бывают дополнительные функции?

В зависимости от сферы применения пирометра, определяют целесообразность покупки: простую модель или с набором дополнительных свойств. В любом случае стоит о них упомянуть:

• Подсветка дисплея (Bosch PTD 1 0603683020, ADA TemPro 1600 А00128). Этой функцией обладают практически все приборы и это обоснованно. Даже во время работы при плохой видимости данные хорошо различимы.
• Встроенная память (ADA TemPro 1600 А00128). В зависимости от модели техники можно сохранять до 10 измерений. Это очень удобно, потому что информацию не нужно записывать в блокнот.
• Подключение к компьютеру через USB-порт. Показания можно сохранить в компьютере, чтобы потом использовать в анализе работы или составлении отчета.
• Определение максимального/минимального значения, вычисление разницы между показаниями, усредненной температуры (ADA TemPro 1600 А00128). Эти функции пригодятся, если планируется производить сложную диагностику работы механизма.
• Удержание полученного показания на экране (Testo 830-T3). Работать с таким прибором удобно, потому что после того, как сделан замер, показания не исчезнут, а будут видны, пока человек не активирует другую программу.

Эти параметры нужно учитывать при выборе, потому что с ними даже очень сложные замеры Вы выполните просто, быстро и с удовольствием. Подробная информация о характеристиках и возможностях прибора указана в инструкции к товару, поэтому перед покупкой обязательно ознакомьтесь с ней. Зная все самые важные особенности разных моделей техники, Вам легко будет остановиться на самой подходящей.

Не сомневайтесь в том, что использование инструмента на практике не составит труда, и представьте, каких затрат можно избежать, имея такого помощника. С пирометром удастся своевременно обнаружить «слабое» место в двигателе автомобиля, в домашней котельной или на кровле. Таким образом, не потребуется покупать новый «движок» (достаточно дорогостоящий), котел не выйдет из строя, потому что вовремя будет поменян шланг, обои на стене комнаты не нужно будет переклеивать из-за влажности. Знакома хотя бы одна из этих причин? Тогда не медлите с оформлением заказа через интернет-магазин «»! После завершения процедуры оплаты покупка будет доставлена в кратчайшие сроки и Вы сразу же сможете приступить к запланированной диагностике температуры.