Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип работы лазерного термометра

Для чего нужен пирометр и как измерять температуру бесконтактным методом

Для измерения температуры различных поверхностей используют различные датчики, том числе и пирометр. Работает он довольно просто и быстро. А что представляет собой пирометр, давайте разберемся.

Что такое пирометр?

Современное инженерное устройство для определения температуры любого предмета, основывающееся на инфракрасном датчике, называется пирометром. Также он известен под названиями термодетектора, даталоггера температуры, цифрового термометра или инфракрасного пистолета. В основе действия прибора заложен принцип определения температурного значения поверхности объекта по тепловому электромагнитному излучению его поверхности. Пирометр улавливает невидимое инфракрасное излучение, преобразует его в градусы, и полученный результат выводит на дисплее. Бесконтактный и быстрый метод исследования необходимых объектов позволяет специалистам избежать возможных травм.

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.

Типы и классификация

В зависимости от функционального признака, выделяют несколько классификаций пирометров.

По существенному методу, используемому в работе:

  • Инфракрасные;
  • Оптические.

Оптические пирометры подразделяются на:

  • Яркостные;
  • Цветовые, или мультиспектральные.

По образу прицеливания различают устройства с оптическим или лазерным прицелами.

По применяемому коэффициенту излучения выделяют пирометры с переменным и фиксированным коэффициентом.

По возможности транспортировки пирометры делятся на стационарные и мобильные (переносные).

Основываясь на возможном диапазоне измерений выделяют:

  • низкотемпературные (-35…-30 °С);
  • высокотемпературные (+400 °С и выше).

Устройство и принцип действия

Основу структуры пирометра составляет детектор инфракрасного излучения. Данные преобразуются посредством встроенной электронной системы и отображаются на дисплее.

Типовой пирометр по форме напоминает пистолет с небольшим дисплеем. Компактная панель управления, наводка лазером и высокая точность при близком взаимодействии с объектом объясняют востребованность инструмента среди работников инженерных и технических сфер.

Основными рабочими элементами пирометра считают линзу, приёмник, а также дисплей, на который выводится результат измерения. Принцип действия пирометра следующий: от изучаемого объекта исходит инфракрасное излучение и посредством линзы оно фокусируется и отправляется в приемник (термобатарея, полупроводник, термопара).

Если используется термопара, в момент нагрева приемника меняется напряжение. Сопротивление — в случае использования полупроводников. Эти изменения преобразуются в показания температуры.

Для того, чтобы провести измерение, необходимо просто навести пирометр на объект, привести его в действие и отметить полученный результат. Используя специальную кнопку, вы можете регулировать формат измерения температуры — по шкале Цельсия или Фаренгейта.

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.

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.

Преимущества и недостатки

Как и любой другой прибор, пирометр обладает своими достоинствами и недостатками. Их наличие объясняется нюансами устройства и условиями применения.

  • Мобильность, малогабаритность и весьма простая конструкция;
  • Доступная низкая стоимость, обусловленная использованием минимального количества элементов в конструкции;
  • Высокий уровень надежности;
  • Достаточно широкий диапазон измерения.
  • Прямая зависимость показаний пирометра от излучаемой способности исследуемого предмета;
  • Точность результатов измерений может быть ниже из-за особенности физического состояния поверхности объекта;
  • Функция внесения поправки в показатели и установления погрешности предусмотрена только на самых новых приборах;
  • Расстояние играет большую роль в точности измерения.

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.

Кельвин ИКС 4-20

Это пирометр высокой точности, который обладает универсальным спектром определения температурных показателей: от -50 до +350 °С, весьма высокая скорость действия – 0,2 с. Применение инструмента предусмотрено в диапазоне 8-14 мкм.

Данный пирометр совмещает в себе возможности как мобильного, так и стационарного устройства. Это обусловлено компактными размерами (17х17х22 см) и наличием посадочного гнезда крепления объектива М12. Производитель гарантирует абсолютную водо- и пыленепроницаемость. Так, представленную модель пирометра возможно использовать в сложных производственных и строительно-промышленных отраслях.

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.

СПРАВКА. Приобрести оптический пирометр возможно по весьма доступной цене: минимальная стоимость такого прибора составляет 6000 рублей, максимальная — 30000 рублей.

echome.ru

Сайт посвященный измерительным приборам…

Что такое пирометр?

Пирометр, или его равнозначные названия – инфракрасный термометр (термодетектор, даталоггер температуры), — это точный инженерный прибор нового поколения для бесконтактного и быстрого измерения температурных показателей на расстоянии до трех метров от исследуемого объекта.

В основе его работы лежит принцип определения по тепловому электромагнитному излучению практически любого объекта температурного значения его поверхности. Это позволяет контролировать и своевременно регулировать температуру и ее перепады в промышленных и бытовых объектах, их деталях и элементах.

Относительно недорогой прибор идеален для использования как в бытовых рабочих процессах, так и в различных промышленных отраслях (если речь идет о мощном электронном пирометре) и высокотехнологичных производствах:

  • тепло- и электроэнергетика;
  • металлургия и металлообработка;
  • гражданское, военное и промышленное строительство;
  • проверка электрического оборудования;
  • в пищевой промышленности;
  • в лабораторных исследованиях;
  • обследование двигателей внутреннего сгорания и подшипниковых элементов, компьютерных составляющих.

Как стационарные, так и мобильные модели термодетекторов особенно рациональны для обследования объектов инфраструктуры, рефрижераторной техники, оснащения мобильных охраннопожарных бригад, контроля условий хранения и транспортировки пищевых и медикаментозных продуктов.

Виды пирометров

Существует несколько классифицирующих подразделений пирометров:

  1. По основной используемой методике работы:
  • инфракрасные (радиометры), использующие радиационный метод для ограниченного инфракрасного волнового диапазона; для точного наведения на цель снабжены лазерным указателем;
  • оптические пирометры, работающие в не менее, чем в двух диапазонах: инфракрасного излучения и спектра видимого света.
  1. Оптические инструменты в свою очередь делятся на:
  • яркостные (пирометры с пропадающей нитью), основанные на эталонном сравнении излучения предмета с величиной излучения нити, сквозь которую пропускается электроток. Значение силы тока и служит показателем измеряемой температуры поверхности объекта.
  • цветовой (или мультиспектральный), работающий по принципу сравнения энергетических яркостей тела в различных областях спектра, — используются как минимум два детектирующих участка.
  1. По способу прицеливания: инструменты с оптическим или лазерным прицелом.
  2. По используемому коэффициенту излучения: переменный коэффициент или фиксированный.
  3. По способу транспортировки:
  • стационарные, используемые в тяжелой промышленности;
  • переносные, используемые на участках производимых работ, для которых важна мобильность.
  1. Исходя из температурного диапазона измерений:
  • низкотемпературные (от -35…-30°С);
  • высокотемпературные (от + 400°С и выше).

Строение пирометра

Базисом конструкции прибора является детектор инфракрасного (теплового) излучения, интенсивность и спектр которого напрямую зависит от температуры поверхности объекта. Встроенная электронная система измерения фиксирует данные и отображает их на дисплее в удобном формате для дальнейшего анализа пользователем.

Стандартный пирометр представляет собой пистолет, который выглядит как лазерный бластер из фантастических фильмов, с небольшим жидкокристаллическим дисплеем, на котором отображаются замерянные показатели температурных режимов. Небольшая и удобная панель управления, лазерная наводка и высокая точность при близком контакте с объектом делают инструмент весьма востребованным среди технического и инженерного персонала.

Устройство пирометра формирует следующие технические характеристики приборов:

  • оптическое разрешение (кратность варьируется в пределах 2…600);
  • рабочий диапазон температур (-50…+4000°С);
  • измеряемое разрешение;
  • быстродействие (в современных моделях менее секунды, что особенно актуально при измерении быстро меняющихся показаний).

Обычно пирометры обладают небольшими, компактными габаритными размерами; устройство отображение информации может быть как аналоговым, так и цифровым. Диаметр объекта излучения должен составлять не менее 13-15 мм.

Современные модели могут обладать расширенным функционалом:

  • функцией внутренней памяти для хранения данных замеров;
  • определением минимального и максимального показателей серии измерений;
  • подача звукового или визуального сигнала при достижении заданного порогового значения.

Для переноса информационных данных на персональный компьютер или внешний носитель усовершенствованные пирометрические устройства оборудуются USB-интерфейсом.

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.
Читать еще:  Напряжение при параллельном и последовательном соединении

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».

Стоимость прибора зависит от его технических характеристик, «брендовости» производителя, используемых методов работы и варьируется в диапазоне 1500-15000 рублей.

Видео по теме

Принцип действия, устройство и применение инфракрасного бесконтактного термометра

Термометр инфракрасный бесконтактный имеет специальное название пирометр (от греческих слов руr — огонь и metreo — измеряю). Пирометр предназначен для дистанционного измерения температуры поверхности твёрдых тел.

Принцип действия инфракрасного термометра основан на измерении амплитуды электромагнитного излучения от объекта в инфракрасной части спектра и последующем пересчётом измеренного значения в мощность теплового излучения.

  1. Поверхность измеряемого объекта,
  2. Тепловое излучение от объекта,
  3. Оптическая система инфракрасного термометра,
  4. Датчик-преобразователь,
  5. Электронный преобразователь,
  6. Счётное устройство,
  7. Корпус пирометра,
  8. Курок-кнопка,
  9. Дисплей.

Тепловое излучение, сфокусированное оптической системой, передаётся на датчик-преобразователь, на выходе которого появляется электрический сигнал, пропорциональный значению температуры поверхности измерения. Этот сигнал проходит через электронный преобразователь, попадает в счётное устройство, результаты из которого отображаются на дисплее.

Чтобы замерить температуру объекта нужно навести инфракрасный термометр на объект и нажать кнопку. Полученная температура тут же отображается на дисплее. Чтобы центр пятна измерения пришёлся на нужную точку проверяемой поверхности, пирометры имеют лазерный целеуказатель, световая точка которого смещена от центра пятна измерения приблизительно на 2 см.

Расстояние до объекта может быть любым, дальность действия ИК-термометра ограничена диаметром пятна и прозрачностью среды.

Современный термометр инфракрасный бесконтактный имеет следующие основные технические характеристики:

  • оптическое разрешение (соотношение расстояния к диаметру пятна);
  • диапазон измеряемых температур (предельно от -50 до 4000oC);
  • разрешение (как правило 0,1oC);
  • точность измерения (от ± 1% до ±2%);
  • быстродействие (у хороших моделей очень высокое — меньше 1 секунды);
  • излучающая способность — переменная либо фиксированная;
  • приспособление для нацеливания — оптический или лазерный прицел.

Зная оптическое разрешение пирометра, можно правильно выбрать расстояние до объекта. Дело в том, что пятно измерения не должно превышать размер проверяемого объекта. Иначе инфракрасный бесконтактный термометр будет измерять ещё и температуру окружающих предметов, которые попали в зону пятна. А это вводит искусственно созданную погрешность и не позволяет точно измерить температуру именно нужной поверхности.

Излучающая способность простых моделей ИК-термометров имеет фиксированное значение (как правило 0,95, потому что именно такое значение является подходящим для большинства применений в быту и технике). Но бывают ситуации, когда фиксированное значение коэффициента излучения не позволяет получить точные данные. Чем более светлой является поверхность, тем ниже нужен коэффициент излучения. Тем более, если поверхность обладает высокой отражающей способностью, как например полированный металл. В моделях пирометров с настраиваемой излучающей способностью этот параметр может быть задан от 0,1 до 1,0 — и это значительно расширяет возможности прибора.

Магазин запчастей для бытовой техники работает без выходных с 9.00 до 18.00, звоните и заказывайте интересующие Вас детали, мы проконсультируем и подберем наиболее подходящие запчасти.

Вы можете купить товар самовывозом в Москве или выбрать доставку через удобную Вам транспортную компанию или курьерскую службу, например СДЭК. Магазин принимает оплату как по наличному, так и безналичному расчету.

Приведённая здесь информация даётся для общего ознакомления. Технические характеристики, внешний вид, конструктивные особенности могут отличаться от фактически предлагаемых к продаже товаров. Любые особенности товаров и цену можно уточнить по телефону магазина в его рабочие часы.

Магазин Запчастей находится в Митинском радиорынке:
Москва, Пятницкое шоссе, дом 18,
вход в Цокольный этаж,
Павильон 38

Как выбрать пирометр (2020)

Попробуйте, подсчитать, сколько приборов для измерения температуры вас окружает. Градусник, уличный термометр, домашний термометр, термометр в духовке, индикатор перегрева двигателя, термодатчики в холодильнике и морозильнике – причем это далеко не полный набор. И неудивительно – температура предметов и сред оказывает непосредственное влияние на сохранность продуктов, на работоспособность механизмов, электроники, да и нас самих. Поэтому точному измерению этой физической величины всегда придавалось большое значение.

Чаще всего мы меряем температуру контактным способом – с помощью термометра, прикладывая его к предмету или погружая в среду. Но иногда возникает необходимость произвести измерение на расстоянии. Как измерить температуру раскаленного куска металла? Быстро найти горячий участок трубопровода, проходящего на большой высоте? Определить, не перегревается ли высоковольтная шина? Контактный метод в этих случаях подходит плохо и на помощь приходят бесконтактные измерители — пирометры.

Принцип работы пирометров

Нагретые тела являются источниками инфракрасных лучей. И чем сильнее нагрето тело, тем мощнее ИК-излучение. Человеческий глаз не видит этого излучения, но для электронных сенсоров особой разницы между видимым светом и инфракрасным нет. Испускаемые предметом инфракрасные лучи проходят сквозь объектив и проецируются на сенсор, который по интенсивности излучения определяет температуру предмета.

Из принципа работы вытекают основные достоинства и недостатки пирометров. Инфракрасные лучи подчиняются законам оптики, но следует знать, что прозрачность многих материалов для инфракрасного излучения совсем не та, что для видимых лучей. Так, через обычное стекло проникают ИК-лучи с длиной волны не более 1 мкм. А большинство пирометров работает в диапазоне 8-14 мкм, и стекло для них будет непрозрачным.

Существует миф, что пирометр измеряет температуру с помощью лазерного луча – это не так, лазер служит только для прицеливания. Пятнышко лазерной указки на предмете еще не гарантирует того, что вы получите температуру именно предмета, а не оконного стекла, через которое прошел лазерный луч.

Пирометр может измерять температуру и по отраженному ИК-излучению – это может помочь при работе с труднодоступными деталями: не обязательно пытаться получить доступ к разогретой детали, для измерения температуры достаточно его отражения в зеркале. Но это же достоинство пирометра оборачивается и самым весомым недостатком – отраженный инфракрасный свет затрудняет измерение температуры и интересующего нас предмета, ведь какая-то часть ИК-излучения, идущая от него – отраженная. Чем выше отражающие способности материала, тем большую погрешность в результат вносят отраженные лучи. Для исключения этой погрешности следует знать коэффициент эмиссии поверхности предмета, температуру которого вы измеряете. Этот коэффициент характеризует отражающие способности материала и зависит от самого материала, от обработки поверхности (полировка может снизить этот коэффициент на порядок), от окраски и т.д. У большинства пирометров в руководстве приводится таблица с коэффициентами эмиссии распространенных материалов и вам потребуется ввести подходящее значение перед измерением.

У совсем простых моделей такой настройки нет, и они пригодны только для измерения температуры предметов из ограниченного списка материалов. В моделях подороже числа вводить не надо, вид материала можно выбрать в экранном меню. Но в любом случае как-то задать этот коэффициент потребуется – самостоятельно его приборы определить не в состоянии.

Еще один недостаток пирометров – они не измеряют температуру воздуха. Атомы воздуха слишком сильно рассредоточены, поэтому испускаемое ими инфракрасное излучение несравнимо мало по сравнению с излучением от любого предмета. Если даже у прибора есть функция измерения температуры воздуха, то это значит лишь, что в нем есть отдельный термометр внутри – и температуру он будет измерять только в месте нахождения.

Характеристики пирометров

Оптическое разрешение пирометра
Очевидно, «поле зрения» пирометра должно быть небольшим – чтобы пятно, которое «видит» сенсор, не превышало размеров предмета, температура которого нам интересна. Казалось бы, в чем проблема – надо подобрать объектив так, чтобы его угол зрения был минимальным. Но чем меньше площадь измеряемого пятна, тем меньше лучей проходит сквозь объектив и тем чувствительней должен быть сенсор. Поэтому оптическое разрешение пирометра – соотношение между расстоянием до предмета и диаметром пятна измерений – во многом определяет его функциональность и цену.

Приборы с небольшим оптическим разрешением – до 10:1 чаще используются для несложных измерений и в быту. Рабочее расстояние таких приборов – не более 1 метра, на больших расстояниях точность измерений сильно снижается.

Приборы с оптическим разрешением до 30:1 уже могут использоваться для измерения температуры небольших объектов на расстояниях до 3 метров.

Оптическое разрешение от 50:1 встречается обычно у профессиональных пирометров – они позволяют с высокой точностью измерять температуру тел на больших расстояниях, но и стоят в разы дороже бытовых.

Многие приборы снабжаются дополнительными функциями, позволяющими точнее «сфокусироваться» на интересующем вас объекте при одном и том же оптическом разрешении. Функция мин/макс значение, например, позволяет вывести на экран максимальное и минимальное значения температуры, которые прибор «увидел» внутри пятна. С этой функцией вы сможете определить температуру небольшого предмета, даже если пятно измерений больше его по размерам и в него попало много других, более холодных, предметов.

Некоторые приборы дают возможность настройки того, какую температуру будет показывать индикатор во время измерения: максимальную по пятну, среднюю или минимальную.

Функция непрерывного измерения пригодится при поиске точек утечки тепла или неисправных электрических элементов. С этой функцией вы можете перемещать лазерный маркер по интересующей вас поверхности, а пирометр будет в режиме непрерывного измерения выводить температуру поверхности в районе маркера.

Минимальная и максимальная определяемая температуры задают диапазон, в котором можно использовать прибор. Подбирайте параметры в соответствии с тем, каковы температуры интересующих вас объектов. Базовые модели обычно измеряют в пределах ‑50…500ºС, и для бытовых измерений этого вполне достаточно. Минимальная определяемая температура ниже -50 у этих приборов практически не встречается, а максимальная может достигать 2200ºС, но чем шире диапазон, тем дороже будет стоить пирометр.

Время отклика будет для вас важным, если нужно произвести множество измерений или если измеряемая температура меняется быстро. Например, под действием электрического тока некачественное контактное соединение может нагреться за секунду на сотни градусов. В этом случае времени отклика в 1 секунду будет слишком много – лучше брать прибор с временем отклика 0,5 секунд. Если и этого мало, придется раскошелиться – профессиональные модели обладают временем отклика до 0,15 секунд, но и стоят они соответственно.

Коэффициент эмиссии определяет, на какой материал настроен прибор. Бытовые приборы имеют коэффициент 0,95 – они подойдут для измерения температуры предметов из матового пластика, бетона, кирпичей, человеческого тела и т.д. (см. таблицу).

Если коэффициент эмиссии материала, температуру которого вы хотите измерить, сильно отличается от 0,95, то его нужно привести к нужному значению, наклеив на поверхность кусок изоленты, покрасив матовой краской и т.п. Если это невозможно сделать, то лучше сразу подбирать прибор с изменяемым коэффициентом эмиссии – большинство таких приборов позволяют задавать его в диапазоне от 0,1 до 1.

Определение влажности говорит о том, что в прибор встроен гигрометр. Он определяет влажность окружающего воздуха, но никак не предмета, на который нацелен лазерный маркер (как некоторые думают). Зачем это нужно? Чаще всего этой функцией пользуются для определения точки росы и оценки риска выпадения конденсата на исследуемых поверхностях.

Пирометры с определением влажности, как правило, умеют сами рассчитывать точку росы и при измерении температуры поверхности, могут сразу сообщить – появится ли на ней конденсат. Это может быть очень важно в складах, теплицах, да и в жилых помещениях тоже. Выпадение конденсата – неприятность само по себе, но при определенных температурах оно еще и способствует образованию плесени. Некоторые пирометры имеют функцию определения риска образования плесени.

Читать еще:  Супербюджетный фартук для кухни

Варианты выбора пирометров

Для бытовых целей вполне подойдет недорогой пирометр с диапазоном -50…500ºС – с его помощью вы сможете определить температуру сковородки, мяса в духовке или двигателя машины, не рискуя обжечься.

Для дистанционного определения температуры раскаленных и расплавленных металлов вам потребуется прибор с широким диапазоном и большим оптическим разрешением.

Если пирометр нужен вам, чтобы следить за климатом в помещениях, выбирайте среди приборов с определением влажности – он поможет вам избежать сырости и плесени.

Если вы делаете множество измерений, выбирайте среди приборов с памятью – чтобы избавить себя от необходимости записывать каждое значение.

Как работает бесконтактный инфракрасный термометр?

Благодаря нашим восточным соседям, китайским производителям, бесконтактные термометры, когда-то доступные только в корпоративном секторе и медицинским учреждениям, стали по карману рядовому потребителю. Но как работает современный инфракрасный термометр? Об этом вы узнаете из нашей статьи.

Принцип работы инфракрасного цифрового термометра

Возможно, это станет для вас новостью, но все мы с вами, наши организмы, тела представляют собой бесконтактные инфракрасные термометры, которые могут различать температуру удаленных на значительное расстояние предметов. 16 тысяч рецепторов, находящихся на поверхности кожи, улавливают инфракрасное излучение. Например, от костра, солнца, и т.д. Люди не склонны обращать внимания на это свое свойство, по- научному называемое «термоцепция» — его даже нет в списке традиционных «пяти чувств», впрочем, как еще трех, которые «не заметил» Аристотель. Но факт остается фактом, мы можем чувствовать тепло (инфракрасное излучение) кожей.

Современные дистанционные цифровые термометры для измерения температуры тел тоже используют высокочувствительные датчики, определяющие интенсивность теплового излучения от тел. Это излучение было открыто в 1800 году английским ученым Уильямом Гершелем, его излучают все тела во Вселенной. В конце XIX века австрийский физик Больцман сформулировал закон, который гласил, что полная объёмная плотность равновесного абсолютно чёрного тела пропорциональна его температуре в 4-й степени. Этот закон позже назвали Законом Стефана-Больцмана. Чтобы не углубляться в физические дебри, скажем, что из этого закона следует — измеряя мощность теплового луча можно рассчитать температуру поверхностей тел. Именно на этом принципе работают инфракрасные термометры.

Инфракрасный термометр FL01

Купить инфракрасный термометр для измерения температуры мы решили в интернет- магазине 2emarket.ru. Это термометр для измерения температуры тела человека и других предметов. Пользоваться устройством весьма просто — пользователь наводит («прицеливается») термометром на объект измерения, держа его за пистолетную ручку, и нажимает на «спусковую» кнопку. В этот момент устройство, конечно, не «стреляет» и ничего не излучает. Наоборот, его датчик инфракрасного излучения срабатывает «на прием» и термометр определяет мощность излучения. Рабочее расстояние 5 — 15 сантиметров.

Термометр — электронный, встроенный чип рассчитывает температуру и почти моментально на большой дисплей сзади выводится уже готовый результат, до десятой доли после замятой. Точность измерения ±0.2°С (для людей) и ±0.3°С (для предметов). Так заявлено в документации — точность, почему-то разная для человека и для неодушевленных предметов.

Но им очень удобно измерять на расстоянии температуру ребенка (причем, это можно делать, даже когда он спит), также можно определить температуру тела животного. Кроме того, это отличный, очень точный термометр для воды — вы можете узнать насколько горячая ванна или напиток в чашке. Его также можно использовать для определения температуры, в общем-то, чего угодно, кроме воздуха. Узнайте реальную температуру батарей центрального отопления или «теплого пола», узнайте о самочувствии домашнего питомца (учтите только, что нормальная температура у животных не такая же, как у людей).

Вам понравится, что устройство имеет цветовую индикацию дисплея. Пока нет жара, то есть показания меньше 37,4°С, фон дисплея зеленый. Если больше — цвет становится желтым. Если показания превысили 38,1° — внимание, опасность, цвет становится угрожающе красным.

Электронный медицинский термометр для измерения температуры тела FL01 — отличная альтернатива небезопасным в быту ртутным измерителям температуры.

Принцип работы пирометра

Принцип работы пирометра

Пирометр, или его равнозначные названия – инфракрасный термометр — это точный инженерный прибор нового поколения для бесконтактного и быстрого измерения температурных показателей на расстоянии до трех метров от исследуемого объекта.

В основе его работы лежит принцип определения по тепловому электромагнитному излучению практически любого объекта температурного значения его поверхности.

Это позволяет контролировать и своевременно регулировать температуру и ее перепады в промышленных и бытовых объектах, их деталях и элементах.

Сфера использования

  • тепло- и электроэнергетика;
  • металлургия и металлообработка;
  • гражданское, военное и промышленное строительство;
  • проверка электрического оборудования;
  • в пищевой промышленности;
  • в лабораторных исследованиях;
  • обследование двигателей внутреннего сгорания и подшипниковых элементов, компьютерных составляющих.

Как стационарные, так и мобильные модели термодетекторов особенно рациональны для обследования объектов инфраструктуры, рефрижераторной техники, оснащения мобильных охраннопожарных бригад, контроля условий хранения и транспортировки пищевых и медикаментозных продуктов.

Строение пирометра

Базисом конструкции прибора является детектор инфракрасного (теплового) излучения, интенсивность и спектр которого напрямую зависит от температуры поверхности объекта. Встроенная электронная система измерения фиксирует данные и отображает их на дисплее в удобном формате для дальнейшего анализа пользователем.

Стандартный пирометр представляет собой пистолет, который выглядит как лазерный бластер из фантастических фильмов, с небольшим жидкокристаллическим дисплеем, на котором отображаются замерянные показатели температурных режимов. Небольшая и удобная панель управления, лазерная наводка и высокая точность при близком контакте с объектом делают инструмент весьма востребованным среди технического и инженерного персонала.

Устройство пирометра формирует следующие технические характеристики приборов:

  • оптическое разрешение (кратность варьируется в пределах 2…600);
  • рабочий диапазон температур (-50…+4000°С);
  • измеряемое разрешение;
  • быстродействие (в современных моделях менее секунды, что особенно актуально при измерении быстро меняющихся показаний).

Обычно пирометры обладают небольшими, компактными габаритными размерами; устройство отображение информации может быть как аналоговым, так и цифровым. Диаметр объекта излучения должен составлять не менее 13-15 мм.

Современные модели могут обладать расширенным функционалом:

  • функцией внутренней памяти для хранения данных замеров;
  • определением минимального и максимального показателей серии измерений;
  • подача звукового или визуального сигнала при достижении заданного порогового значения.

Для переноса информационных данных на персональный компьютер или внешний носитель усовершенствованные пирометрические устройства оборудуются USB-интерфейсом.

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».

Видео по теме

Для чего нужен пирометр и как измерять температуру бесконтактным методом

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.

Типы и классификация

В зависимости от функционального признака, выделяют несколько классификаций пирометров.

По существенному методу, используемому в работе:

  • Инфракрасные;
  • Оптические.

Оптические пирометры подразделяются на:

  • Яркостные;
  • Цветовые, или мультиспектральные.

По образу прицеливания различают устройства с оптическим или лазерным прицелами.

По применяемому коэффициенту излучения выделяют пирометры с переменным и фиксированным коэффициентом.

По возможности транспортировки пирометры делятся на стационарные и мобильные (переносные).

Основываясь на возможном диапазоне измерений выделяют:

  • низкотемпературные (-35…-30 °С);
  • высокотемпературные (+400 °С и выше).

Устройство и принцип действия

Основу структуры пирометра составляет детектор инфракрасного излучения. Данные преобразуются посредством встроенной электронной системы и отображаются на дисплее.

Типовой пирометр по форме напоминает пистолет с небольшим дисплеем. Компактная панель управления, наводка лазером и высокая точность при близком взаимодействии с объектом объясняют востребованность инструмента среди работников инженерных и технических сфер.

Основными рабочими элементами пирометра считают линзу, приёмник, а также дисплей, на который выводится результат измерения. Принцип действия пирометра следующий: от изучаемого объекта исходит инфракрасное излучение и посредством линзы оно фокусируется и отправляется в приемник (термобатарея, полупроводник, термопара).

Если используется термопара, в момент нагрева приемника меняется напряжение. Сопротивление — в случае использования полупроводников. Эти изменения преобразуются в показания температуры.

Для того, чтобы провести измерение, необходимо просто навести пирометр на объект, привести его в действие и отметить полученный результат. Используя специальную кнопку, вы можете регулировать формат измерения температуры — по шкале Цельсия или Фаренгейта.

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.

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.

Читать еще:  Зависимость подачи, напора и мощности от числа оборотов насоса

Инфракрасный радиометр

Этот вид пирометра работает на основе радиационного способа и в ограниченном интервале инфракрасного излучения.

Для удобства пользования аппарат снабжён специальным лазерным указателем.

Он помогает навести прибор на конкретное место детали и измерить его температуру.

Инфракрасный пирометр состоит из таких компонентов:

  • диафрагма;
  • объектив;
  • кожух из меди;
  • корпус;
  • лампа;
  • светофильтр;
  • окуляр;
  • накал;
  • милливольтметр.

Принцип действия прибора основан на улавливании теплового излучения, идущего от горячего объекта, и фокусировке чувствительным элементом, соединённым с термопарой.

Работает прибор таким образом:

  1. Включённый пирометр наводится на изучаемую деталь так, чтобы она оказалась в объективе и полностью закрыла от глаз человека другие предметы.
  2. Окуляр передвигается и достигается максимальная чёткость изображения. При этом важно использовать светофильтр. Он не только позволит более точно выполнить измерения, но и убережёт глаза от вредного воздействия яркого света.
  3. Тепловое излучение поступает на чувствительный элемент прибора. Она изготовлен в виде пластинки из платины.
  4. К ней припаяны термопары, которые нагреваются в зависимости от температуры объекта.
  5. Она измеряется, и результат выдаётся на экран прибора.

Пирометры оптоволоконные и лазерные

Принцип работы такого оборудования идентичен приборам традиционным. Отличием является наличие оптоволоконного кабеля. По этому кабелю транспортируется световой поток. Такая комплектация хороша тем, что можно произвольно изгибать такой шнур. Благодаря такому качеству замеры можно проводить даже в самых труднодоступных местах.

Пирометры оптоволоконные нашли широкое применение в местах, где повышенное электромагнитное поле, и полностью бессильны традиционные модели. Они оснащены фиксированным фокусом. Эти устройства позволяют производить замеры излучения тепловой энергии с самым минимальным диаметром пятна 0,1 миллиметр. Но этот фокус ограничивает расстояние замеров: для того чтобы измерение было точным необходимо соблюдать указанную дистанцию в инструкции.

Лазерные прицелы на пирометрах были установлены для того, чтобы производить замеры на большой дистанции.

Такие приборы бывают нескольких видов:

  1. Прицелы круговые — это самые точные приборы, которые эффективно работают с разным диаметром измеряемого пятна и на любых дистанциях.
  2. Лазерный пирометр с лучом двойным. Позволяет определить местоположение и размеры измеряемого объекта. Вблизи им пользоваться не рекомендуется, так как чаще всего цифры сильно завышены.
  3. Пирометр лазерный с лучом одинарным позволяет наводить устройство только по центру пятна тепловой энергии. Зона чувствительности, в зависимости от модели оборудования, может иметь погрешность до 2 сантиметров. Чаще всего подобный дефект встречается в дешёвых моделях.

Лазерный термометр: принцип действия. Лазерный дистанционный термометр (фото)

Измерение температуры может быть контактным и дистанционным. Наиболее распространены термопары, резисторные датчики и термометры, которые нуждаются в соприкосновении с объектом, т. к. измеряют свою собственную температуру. Делают они это медленно, но стоят недорого.

Бесконтактные датчики измеряют ИК-излучение объекта, дают быстрый результат, и обычно используются для определения температуры движущихся и нестационарных тел, находящихся в вакууме и недоступных по причине агрессивности среды, особенностей формы или угрозы безопасности. Цена таких устройств относительно высока, хотя в некоторых случаях сравнима с контактными приборами.

Монохромная термометрия

Монохромный способ определения суммарной энергетической яркости использует заданную длину волны. Реализации варьируются от ручных зондов с простым дистанционным измерением до сложных переносных устройств, позволяющих одновременно наблюдать объект и его температуру с занесением показаний в память прибора или их распечаткой. Стационарные датчики представлены как простыми небольшими детекторами с удалённым расположением электроники, так и высокопрочными устройствами с дистанционным PID-управлением. Волоконная оптика, лазерное прицеливание, водяное охлаждение, наличие дисплея и сканера – опциональные варианты мониторинга технологических процессов и систем управления.

Конфигурация, спектральная фильтрация, диапазон рабочих температур, оптика, время отклика и яркость объекта являются важными элементами, влияющими на производительность и должны быть тщательно рассмотрены в процессе отбора.

Датчик может быть как простым двухпроводным, так и сложным износоустойчивым высокочувствительным устройством.

Выбор спектрального отклика и диапазона рабочих температур связан с конкретными задачами измерения. Короткие длины волн предназначены для высоких температур и длинные – для низких. Если объекты прозрачны, например, пластмассы и стёкла, то необходима узковолновая фильтрация. Полоса поглощения CH полиэтиленовой плёнки равна 3,43 мкм. Выделение спектра в этом диапазоне упрощает вычисление коэффициента излучения. Точно так же стеклоподобные материалы становятся непрозрачными при длине волны 4,6 мкм, что позволяет точно определить температуру поверхности стекла. Область излучения 1-4 мкм даёт возможность производить замер через смотровые отверстия вакуумных и барокамер. Альтернативный вариант – использование волоконно-оптического кабеля.

Оптика и время отклика в большинстве случаев несущественны, так как поле зрения размером 3 см на расстоянии 50 см и время отклика менее 1 с является достаточным. Для небольшого или быстро перемещающегося прерывистого объекта возникает необходимость в небольшом (3 мм в диаметре) или ещё меньшем (0,75 мм) пятне измерений. Дальнее прицеливание (3-300 м) требует оптического регулирования, так как стандартное поле зрения прибора становится слишком большим. В некоторых случаях для этого используется метод двухволновой радиометрии. Оптоволокно позволяет дистанцировать электронику от агрессивных сред, устранить влияние помех и решить проблему доступа.

Лазерный термометр в основном имеет регулируемое в диапазоне 0,2-5,0 с время ответа. Быстрый отклик может повысить уровень шума сигнала, а медленный влияет на чувствительность. При индукционном нагреве необходима мгновенная реакция, а для конвейера – более медленный отклик.

Монохромная ИК-термометрия проста и используется в случаях, когда для создания высококачественной продукции контроль температуры крайне важен.

Двухволновая термометрия

Для более сложных задач, где абсолютная точность измерений имеет решающее значение, и где продукт подвергается физическому или химическому воздействию, применяется двух- и многоволновая радиотермометрия. Концепция появилась в начале 1950 годов, а последние изменения в конструкции и аппаратном обеспечении повысили её производительность и снизили себестоимость.

Метод заключается в измерении спектральной плотности энергии на двух различных длинах волн. Температура объекта может быть считана непосредственно из прибора, если излучательная способность одинакова для каждой длины волны. Показания будут верными, даже если поле зрения частично перекрыто относительно холодными материалами, такими как пыль, проволочные экраны, и серые полупрозрачные окна. Теория метода проста. Если энергетическая яркость обоих длин волн одинакова (для серого тела), то коэффициент излучения сокращается и отношение становится пропорциональным температуре.

Двухволновой лазерный термометр применяется в промышленности и научных исследованиях как простой, уникальный датчик, способный сократить ошибку измерения.

Кроме того, созданы многоволновые термометры для материалов, не являющимися серыми телами, коэффициент поглощения которых изменяется с длиной волны. В этих случаях необходим подробный анализ поверхностных характеристик материала в отношении взаимосвязи этого коэффициента, длины волны, температуры и химического состава поверхности. При наличии этих данных можно создать алгоритмы расчёта зависимости спектрального излучения на различных длинах волн от температуры.

Правила оценки

Для оценки точности измерений пользователь должен знать следующее:

  • ИК-датчики по своей природе цвета не различают.
  • Если поверхность блестящая, то прибор установит не только испускаемую, но и отражённую энергию.
  • Если объект прозрачен, необходима ИК-фильтрация (например, стекло непрозрачно при 5 мкм).
  • В девяти из десяти случаев абсолютно точное измерение не требуется. Повторное снятие показаний и отсутствие смещения обеспечат необходимую точность. Когда энергетическая яркость изменяется и обработка данных затруднена, следует остановиться на двух- и многоволновой радиометрии.

Элементы конструкции

Термометр лазерный бесконтактный работает по принципу: ИК-энергия на входе в и сигнал на выходе. Базовая цепь устройства состоит из собирающей оптики, линз, спектральных фильтров, и детектора в качестве внешнего интерфейса. Динамическая обработка осуществляется по-разному, но её можно свести к усилению, термической стабилизации, линеаризации и преобразованию сигнала. Обычное оконное стекло используется при коротковолновом излучении, кварц для средних частот, и германий или сульфид цинка для диапазона 8-14 мкм, оптоволокно — при длинах волн 0,5-5,0 мкм.

Поле зрения

Лазерный дистанционный термометр характеризуется полем зрения (ПЗ) — размером пятна контроля температуры на заданном расстоянии. Изменение диаметра поля зрения прямо пропорционально изменению дистанции между термометром и объектом измерения. Его значение зависит от изготовителя и влияет на цену прибора. Существуют модели с ПЗ менее 1 мм для точечных измерений и с оптикой дальнего действия (7 см на удалении 9 м). Рабочее расстояние не влияет на точность показаний, если объект заполняет всё пятно измерения. При этом максимальная потеря сигнала не должна превышать 1%.

Прицеливание

Обычные ИК-термометры производят замеры без дополнительных приспособлений. Это допустимо для работы с объектами большого размера, например, бумажным полотном, где точечная точность не требуется. Для небольших или удалённых объектов используется луч лазера. Создано несколько вариантов лазерного прицеливания.

  1. Луч со смещением от оптической оси. Простейшая модель применяется в устройствах с низким разрешением для больших объектов, т. к. вблизи отклонение слишком большое.
  2. Коаксиальный луч. Не отклоняется от оптической оси. Центр измерительного пятна точно указывается на любом расстоянии.
  3. Двойной лазер. Диаметр пятна маркируется двумя точками, что избавляет от необходимости угадывать или рассчитывать диаметр и не ведёт к ошибкам.
  4. Круговой указатель со смещением. Показывает поле зрения, его размер и внешнюю границу.
  5. 3-точечный коаксиальный указатель. Луч разделяется на три яркие точки, расположенные на одной линии. Средняя точка обозначает центр пятна, а внешние отмечают его диаметр.

Прицеливание оказывает эффективную помощь при направлении термометра точно на объект измерения.

Фильтры

В термометрах используются коротковолновые фильтры для высокотемпературных измерений (> 500 °C) и длинноволновые фильтры для низких температур (-40 °С). Кремниевые детекторы, например, стойки к нагреванию, а небольшая длина волны снижает погрешность измерения. Другие селективные фильтры используются для пластиковой плёнки (3,43 мкм и 7,9 мкм), стекла (5,1 мкм) и пламени (3,8 мкм).

Датчики

Большинство датчиков либо фотоэлектрические, генерирующие напряжение при воздействии ИК-излучения, или фотопроводящие, т. е. изменяющие своё сопротивления под действием энергии источника. Они быстрые, высокочувствительные, обладают приемлемым температурным дрейфом, который может быть преодолён, например, термисторной схемой температурной компенсации, автоматической нуль-схемой, ограничением амплитуды и изотермической защитой.

В цепи ИК-термометра выходной сигнал детектора порядка 100-1000 мкВ подвергается тысячекратному усилению, регулируется, линеаризируется, и, в итоге, представляет собой линейный сигнал тока или напряжения. Его оптимальное значение 4-20 мА, что минимизирует внешние помехи. Этот сигнал может быть подан на порт RS-232 или на ПИД-регулятор, удалённый дисплей или записывающее устройство. Другие варианты использования сигнала:

  • включение/выключение сигнализации;
  • удержание пикового значения;
  • регулируемое время отклика;
  • в схеме выборки и хранения.

Быстродействие

Инфракрасный лазерный термометр в среднем обладает временем отклика порядка 300 мс, хотя при использовании кремниевых детекторов можно достичь значения 10 мс. Во многих инструментах время отклика изменяется для того, чтобы демпфировать входящий шум и регулировать их чувствительность. Не всегда необходимо минимальное время отклика. Например, при индукционном нагреве время должно быть в диапазоне 10-50 мс.

Характеристики лазерных термометров

Etekcity Lasergrip 630 – инфракрасный 2-лазерный термометр, цена $35,99. Характеристики:

  • диапазон температур -50 . +580 °C;
  • точность +/- 2%;
  • отношение расстояния к размеру пятна 16:1;
  • излучательная способность 0,1 – 1,0;
  • время отклика 7 марта, 2016

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector