Пирометры. Бесконтактный метод: пирометры для измерения температуры Пирометры диапазон температур

Температура - важный критерий при диагностике проблем у большинства типов оборудования, от печей и паровых котлов до морозильников. Если при проверке оборудования обнаруживается, что температура контролируемого объекта слишком низка или высока по сравнению с нормальным режимом работы, то это должно послужить предупреждением о возможности возникновения аварийной ситуации.

Среди методов измерения температуры можно выделить два основных: измерение температуры контактным и бесконтактным способом. Однако контактные термометры во многих случаях оказываются слишком медленными для измерения температуры в реальном масштабе времени, кроме того, объект измерения может быть расположен в труднодоступном месте. Применение портативных инфракрасных пирометров позволяет избежать этих проблем. Пирометры обеспечивают мгновенные точные измерения и предельно просты в эксплуатации. При этом отсутствует контакт с горячими поверхностями или движущимися объектами. Фактически не существует лучшей, недорогой аппаратуры для диагностики и выявления не-больших проблем до того, как они превратятся в серьезные.

Принцип действия пирометра (бесконтактного термометра) заключается в измерении силы теплового излучения, исходящего от объекта преимущественно в диапазонах видимого света и инфракрасного излучения.

Так как ассортимент предлагаемых как зарубежных, так и отечественных приборов весьма велик и, как правило, адаптирован под конкретные цели, то при выборе следует четко определиться, какой тип пирометра необходим для планируемых измерений. Стационарные пирометры дают весьма точные результаты и очень богаты функционально, однако они не предназначены для проведения измерений «на лету» и «в поле». Такие пирометры требуют калибровки и настройки, проверки на моделях АЧТ (абсолютно черное тело), и, несмотря на высокую надежность, точность и безошибочность измерений, а также удобство представления результатов, такой пирометр затруднительно всегда иметь под рукой. В условиях производства здорово выручают компактные переносные термометры, которые позволяют мгновенно получать значения температуры, причем на приемлемом уровне точности. К тому же при выборе между портативным и стационарным промышленным пирометром не последнюю роль играет цена, которая значительно выше у промышленных приборов.

Рассмотрим основные технические характеристики пирометров , на которые следует в первую очередь обращать внимание при выборе.

Первый момент - диапазон температур, величину которых планируется контролировать. Здесь в основном играет роль область применения и задачи по измерению температуры. Если необходимость использования пирометра ограничена, например, проведением энергетического аудита помещений и других измерений в условиях окружающей среды, то вполне удовлетворительным будет диапазон температур от -30 до +50 °С. Если пирометр предполагается использовать в целях контроля температуры на промышленных объектах, здесь уже нужны пирометры, способные работать с температурами, которые в несколько раз превышают указанные выше. Стоимость пирометра зависит в том числе и от данного параметра.

Второй момент, на который стоит обратить внимание, - разрешающая способность по температуре. Фактически это точность показаний пирометра, поскольку эта величина характеризует наименьшую разность температур, воспринимаемую пирометром. Обычно существует ряд второстепенных условий, влияющих на точность получаемых результатов, и степень их влияния может выражаться от сотых долей градуса до нескольких градусов.

Рис. 1. Пирометр Pro"sKit MT-4003

Рис. 2.

При выборе пирометра имеет смысл изучить такой параметр, как показатель визирования. От его величины во многом зависит цена прибора. Показатель визирования - это отношение диаметра пятна контроля прибора на объекте измерения к расстоянию до объекта и обозначается D:S. Пятно контроля - это минимальный диаметр излучающей площади, которая необходима для контроля температуры. Таким образом, пирометром с более высоким показателем визирования возможно измерение температуры объекта меньшего по своим геометрическим размерам. Для точного измерения температуры размеры объекта должны превышать размер пятна контроля прибора. Например, если пирометр имеет показатель визирования 1:100, это означает, что на расстоянии 10 м пятно контроля будет составлять всего 10 см, на расстоянии 2,5 м - 2,5 см.

Также обязательная характеристика для всех полупроводниковых приборов - диапазон рабочих температур. Этот параметр характеризует температурные условия, в которых прибор сможет функционировать нормально и изменения температуры не повлияют на метрологические качества прибора. В выборе пирометра с учетом этой характеристики следует учесть возможность калибровки прибора, предусматривающей возможность компенсации теплового удара, а также сохранение точности измерений во всем диапазоне рабочих температур при резкой смене температуры окружающей среды с субъективно теплой на холодную и наоборот.

Кроме всех вышеперечисленных характеристик имеет смысл обратить внимание на условия отображения информации. Как правило, любой современный пирометр снабжен ЖК-дисплеем, на котором отображаются данные измерения. Для непериодических замеров этого, как правило, бывает достаточно.

Что касается эргономики современных дистанционных инфракрасных термометров, то практически все они обладают удобной формой корпуса и управлением. Самая распространенная форма корпусов - пистолет. Такое исполнение прибора наиболее удобно для работы.

У большинства моделей пирометров кнопки меню и дисплей расположены к пользователю - это позволяет управлять им одним только пальцем руки. Курок в этих приборах исполняет роль кнопки «старт». В нажатом состоянии обычно производится сканирование поверхности, после отпускания срабатывает функция удержания данных на дисплее.

В таблице представлены технические характеристики недорогих бюджетных моделей пирометров четырех производителей: Pro"sKit, AXIOMET, MASTECH и HIOKI одного класса. Из особенностей рассмотренных моделей пирометров можно отметить следующие: пирометр Pro"sKit MT-4003 (рис. 1) не самый удобный в управлении. Все кнопки меню расположены на боковой части корпуса. Одной рукой будет сложно им управлять. Но поскольку на панель вынесены пять кнопок, а не три, как у HIOKI, единицу измерения температуры можно менять, не входя в меню. Еще одно немаловажное отличие Pro"sKit MT-4003 от HIOKI и AXIOMET заключается в отсутствии функции сохранения полученных измерений в память.

Таблица

Технические характеристики моделей недорогих бюджетных пирометров

Технические характеристики	HIOKI 3419-20	Pro"sKit MT-4003	AXIOMET AX-7530	MASTECH MS6530
Функция		Инфракрасный, дистанционный измеритель температуры	Прецизионное бес­контактное измерение температуры. Измерение темпе­ратуры с помощью термопары К-типа (контактный метод)	Прецизионное бес­контактное измере­ние температуры
Лазер	IEC60825-1:1993 + A1:1997 + A2:2001 CLASS 2 LASER	Лазер 2-го класса без­опасности, мощность		Лазер 2-го класса безопасности, мощ­ность
Диапазон измеряемой температуры	от -35 до +500 °C	От -30 до +550 °C	От -32 до +480 °C (пирометр), от -50 до +1370 °C (термопара К-типа)	От -20 до +537 °C
Точность	±10% значения ± 2 °C в диапазоне от -35 до -0,1 °C ± 2 % значения, или ± 2 °C в диапазоне от 0 до +500 °C	±(2 °C/4 F) в диапазоне от -30 до +100 °C ±2 % значения в диапазоне от 101 до +550 °C	± 5 °C в диапазоне от -32 до -20 °C ± 1,5% значения, ± 2°C в диапазоне от -20 до +200 °C ± 2,0 % значения ± 2 °C в диапазоне от 200 до +480 °C	± 2,5 °C в диапазоне от -20 до +50 °C ±1,5 % значения, ±1°C в диапазоне от 50 до +537°C
Дискрета измерения	0,1 °C (0,2 F)	0,5/1 °C (автоматиче­ский выбор), 1 F	0,1 °C (0,1 F)	0,1 °C (0,1 F)
Рабочее расстояние		От 60 см до 30 м		До 12 м
Спектральная характеристика	От 6 до 14 мкм	От 6 до 14 мкм	От 8 до 14 мкм	От 8 до 14 мкм
Визирование	Лазер 1 мВт (max), красный		Лазер 1 мВт (класс 2), красный	Лазер 1 мВт (класс 2), красный
Показатель визирования	D:S = 8:1	D:S = 10:1	D:S = 13:1	D:S = 12:1
Компенсация теплового излучения	От 0,17 до 1,00 с дискретой 0,01		От 0,1 до 1,00 с дискретой 0,01	0,95
Время непрерывной работы	Приблизительно 55 ч. (марганцевая батарея). Приблизительно 80 ч. (щелочная батарея) с включенным лазером и отключенной подсветкой	Приблизительно 9 ч. при включенном лазере и подсветке
Дополнитель­ные функции	Отображение мах/min значения, функция сигнализации выхода температуры за пределы установленных границ, подсветка дисплея, сохранение измерений в памяти (50 значений)	Отображение мах/min значения, функция сиг­нализации выхода тем­пературы за пределы установленных границ, подсветка дисплея	Отображение мах/min значения, функция сигнализации вы­хода температуры за пределы установлен­ных границ, подсветка дисплея, сохранение в память до 20 из­мерений	Отображение мах/min значения, под­светка дисплея
Габариты (Ш х В х Д)	46 х 172 х 118 мм	42 х 148 х 105 мм	56 х 175 х 118 мм	56 х 190 х 162 мм
Масса	220 г	157 г (с батареей)	290 г (с батареей)	267 г (с батареей)

Среди всех рассмотренных пирометров дисплей AXIOMET AX-7530 (рис. 2) отображает, пожалуй, больше всего параметров и установок одновременно. Коэффициент теплового излучения, текущая температура, единица измерения, индикатор лазерного прицела, индикатор заряда батареи плюс еще одна строчка с параметрами меню. На дне ручки пирометра есть разъем для подключения контактной термопары К-типа. Пирометр MASTECH MS 6530 (рис.3) отличается своими размерами. По сравнению с остальными моделями он более габаритен, ручка значительно длиннее, а дисплей намного больше. MASTECH MS 6530 обладает самой скромной функциональностью. ЭтПоказатель оптического разрешения самый большой в пирометре AXIOMET AX-7530 (13:1), а наименьший в HIOKI 3419-20 (рис. 4) (8:1).

В плане эргономики пирометры AXIOMET AX-7530 и HIOKI 3419-20, безусловно, лидируют. Приятные цвета корпуса, удобная форма и управление говорят в пользу этих моделей.

После проведения сравнения инфракрасных пирометров одного класса видно, что самый дорогой пирометр уступает по своим техническими показателями более дешевым моделям. Это можно объяснить классом прибора. Все-таки - японец! К его исполнению и функциональности нет никаких претензий.

В этом классе измерительных приборов сложно проследить зависимость стоимости от технических параметров. Ощутимая разница видна при сравнении их с профессиональными пирометрами, у которых оптическое разрешение достигает 50:1, а диапазон измерения доходит до 1250 °С и есть возможность синхронизации с ПК. Но их цена, соответственно, в разы превышает стоимость бюджетных моделей.

В настоящее время наряду с контактными средствами измерения все более широкое применение в промышленности находят средства бесконтактного измерения температуры - пирометры и тепловизоры.

Пирометр
- это средство измерения температуры по тепловому излучению объекта, предназначенное для отображения значения температуры на индикаторе прибора или преобразования в аналоговый или цифровой сигнал. Пирометры способны измерять температуру круговой зоны, ограниченной полем зрения прибора и усредняют температуру в пределах данной зоны. Зона видимости пирометра зависит от расстояния до объекта и от оптического разрешения пирометра, таким образом варьируя эти два параметра, с помощью пирометра можно измерять как температуру тонкой проволоки, так и среднюю температуру поверхности кузова автомобиля перед покраской.

Тепловизор
- это средство измерения температуры по тепловому излучению объекта, предназначенное для определения значения температуры и преобразования её в визуальную картину распределения тепловых полей по поверхности объекта. Тепловизор позволяет получить обобщенную информацию - тепловую картину некоторой области и конкретное значение температуры интересуемого объекта, размер которого равен или больше размера элементарной ячейки поля зрения тепловизора.

С 2000 года для тех приложений, где применение контактных датчиков температуры серии Метран-200 затруднительно или невозможно, ПГ «Метран» предлагает бесконтактные средства измерения температуры производства фирмы Raytek (Германия). Компания Raytek, одна из ведущих фирм мира, специализирующихся на разработке и изготовлении приборов для бесконтактного измерения температуры. В будущем ПГ «Метран» планируется совместное с компанией Raytek производство бесконтактных средств измерения температуры на собственной производственной базе.

Применение бесконтактных средств измерений позволяет производить измерения температуры движущихся объектов; объектов, расположенных в труднодоступных местах; избегать повреждений средства измерения при контроле высоких температур; предотвращать возможные загрязнения и повреждения измеряемого объекта, при измерении температуры объекта, целостность или стерильность которого нельзя нарушать. В случае, когда необходимо измерить температуру микроскопических объектов, теплоемкость которых мала, бесконтакный способ измерения позволяет избежать искажений температуры объекта, вносимых контактным средством. Неоспоримыми преимуществами бесконтактных средств измерения температуры перед контактными являются следующие:
высокое быстродействие (до 1 мс) - необходимо в случае измерения температуры быстропротекающих процессов;
возможность измерения температуры объекта без его отключения от технологического процесса - обнаружение точек перегрева, которые возникают только во время работы объекта;
обеспечение безопасности персонала, проводящего измерение температуры объектов, находящихся под напряжением, так как работы производятся на расстоянии и не требуют отключения электроэнергии.

Существует ряд технологических процессов, когда применение контактных датчиков невозможно, в таких случаях применение пирометров - это единственно возможный способ контроля температуры. В случае, когда, например, необходимо замерить температуру от 1800 °С до 3000 °С, контактные средства измерения применить невозможно, но бесконтактные приборы легко решают эту задачу.

Функциональные возможности пирометров позволяют, кроме текущего значения температуры, фиксировать максимальную, минимальную температуру объекта, их разницу, а также среднюю температуру за промежуток времени. Наличие цифрового интерфейса у пирометров (RS-232, RS-485, Hart-протокол) позволяет перенастраивать прибор и контролировать значение измеряемой температуры непосредственно с персонального компьютера. Специальное программное обеспечение пирометров позволяет создавать отчеты в виде графиков и формировать базы данных.

Пирометры и тепловизоры имеют перед контактными датчиками температуры, как ряд преимуществ, так и некоторые недостатки - зависимость показаний от расстояния до измеряемого объекта, от отражательных свойств измеряемой поверхности, от излучения прямо не попадающих в поле зрения пирометра областей измеряемого объекта. Для того чтобы выбрать способ измерения, нужно оценить все за и против.

ПГ «Метран» предлагает сегодня большой выбор портативных переносных и стационарных пирометров для различных применений, а также доступный по цене тепловизор. Предлагаемые приборы имеют сертификаты России, Украины и Белорусии, руководства по эксплуатации и методики поверки на русском языке. ПГ «Метран» обеспечивает квалифицированную техническую поддержку, сервисное обслуживание продукции, предлагает услуги по ремонту, периодической поверке и калибровке.

Переносные пирометры измеряют температуру в диапазоне от -30°С до 3000°С с погрешностью до 0,75% от измеряемой величины, могут запоминать до 100 значений температуры, передавать данные измерений по цифровому выходу на персональный компьютер.

Стационарные пирометры измеряют температуру от -40°С до 3000°С с погрешностью до 0,3% от измеряемой величины, имеют оптическое разрешение до 300:1, время отклика до 1 мс и выходные сигналы - термопары типа J/K/E/N/T/R/S, 0-5 В, 4-20 мА, интерфейсы RS-485 или RS-232, механическое реле.

Тепловизор имеет следующие технические характеристики:
неохлаждаемая микроболометрическая матрица 160 x 120 ячеек;
диапазон измеряемых температур от 0 оС до 250 оС;
спектральный диапазон 7-14 мкм;
ЖКИ дисплей с тремя градациями яркости изображения для разных условий работы;
оптическое разрешение 90:1, минимальное расстояние до объекта измерения 60 см;
лазерный прицел - указатель центра зоны съемки;
память до 100 снимков и данных;
время непрерывной работы без перезарядки - 5 часов;
связь с персональным компьютером по USB-порту.

Все эти приборы специально разработаны и откалиброваны для решения проблем измерения температуры в промышленности. В настоящее время бесконтактный метод измерения температуры широко востребован в энергетике. Он применяется для диагностики электрооборудования под напряжением, для технического обслуживания энергооборудования. С помощью пирометров и тепловизоров можно быстро и безопасно контролировать температуру электрических двигателей, корпусов трансформаторов, кожухов шинопроводов, оборудования электрических подстанций, обнаруживать осушенные участки высоковольтных кабельных линий, котролировать температуру электроизоляторов. В жилищно-коммунальном хозяйстве с помощью пирометров и тепловизоров производят контроль температуры труб подачи и забора воздуха, измеряют температуру теплотрасс, определяют места утечек тепла, проводят инспекцию кровли. Бесконтактный метод измерения температуры позволяет сократить время проведения измерений и обезопасить персонал, продлить срок службы средства измерения и расширить диапазон измеряемых температур. Дешевизна бесконтактного метода контроля температуры, его оперативность и доступность позволяют использовать пирометры и тепловизоры практически на любом предприятии.

Благодаря своей простоте в работе, широкому диапазону измеряемых температур, малому времени отклика, отсутствию необходимости контактировать с объектом, своим функциональным возможностям бесконтактные средства измерения температуры находят широкое применение не только там, где это единственно возможное средство измерения, но и постепенно начинают вытеснять контактные датчики температуры.

Все электроприборы работают за счет прохождения через них электрического тока, который дополнительно нагревает проводники и оборудование. При этом в нормальном режиме эксплуатации создается баланс между повышением температуры и отводом ее части в окружающую среду.

При нарушениях качества контактов ухудшаются условия прохождения тока и повышается температура, которая может стать причиной неисправности. Поэтому в сложных электротехнических устройствах, особенно на высоковольтном оборудовании предприятий энергетики, осуществляется периодический контроль нагрева токоведущих частей.

Для устройств, находящихся под высоким напряжением, измерения осуществляются бесконтактным методом на безопасном расстоянии.

Принципы дистанционного измерения температуры

У любого физического тела происходит движение атомов и молекул, которое сопровождается . Температура объекта влияет на интенсивность этих процессов и о ее величине можно судить по значению теплового потока.

Бесконтактное измерение температуры основано на этом принципе.

Источник обследования с температурой «Т» излучает в окружающее пространство тепловой поток «Ф», который воспринимается тепловым датчиком, удаленным от источника тепла. После него преобразованный внутренней схемой сигнал выдается на информационное табло «И».

Приборы измерения температуры, осуществляющие ее замер по инфракрасному излучению, называют инфракрасными термометрами либо сокращенным названием «пирометры».

Для их точной работы важно правильно определить диапазон измерения на шкале электромагнитных волн, который составляет область примерно 0,5?20 мкм.

Факторы, влияющие на качество измерения

Погрешность пирометров зависит от комплекса факторов:

1. поверхность наблюдаемой площади объекта должна быть в зоне прямого обзора;
2. пыль, туман, пар и другие предметы между тепловым датчиком и источником тепла ослабляют сигнал, как и следы загрязнения на оптике;
3. структура и состояние поверхности исследуемого тела влияют на интенсивность инфракрасного потока и показания измерителя температуры.

Влияние третьего фактора объясняет график изменения коэффициента излучения? от длины волны.

Он демонстрирует характеристики излучателей черного, серого и цветного оттенков.

Способность инфракрасного излучения Фs черного материала берется за основу сравнения других изделий и принимается равным 1. Коэффициенты всех остальных реальных веществ ФR становятся меньше 1.

На практике пирометры пересчитывают излучение реальных объектов на показатели идеального излучателя.

Также на измерение оказывают влияние:

длина волны инфракрасного спектра, на которой проводится замер;

температура исследуемого вещества.

Как устроен бесконтактный измеритель температуры

По способу вывода информации и ее обработки приборы удаленного контроля нагрева поверхностей подразделяют на:

пирометры;

тепловизоры.

Устройство пирометров

Условно состав этих приборов поблочно можно представить:

инфракрасным датчиком с оптической системой и зеркальным световодом;

электронной схемой, преобразующей полученный сигнал;

дисплеем, на котором отображается температура;

кнопкой включения.

Поток теплового излучения фокусируется оптической системой и зеркалами направляется на датчик первичного преобразования тепловой энергии в электрический сигнал с величиной напряжения, прямо пропорциональной инфракрасному излучению.

Вторичное преобразование электрического сигнала происходит в электронном устройстве, после которого измерительно-счетный модуль осуществляет вывод информации на дисплей, как правило, в .

На первый взгляд кажется, что пользователю для замера температуры удаленного объекта достаточно:

включить прибор нажатием на кнопку;

навести на исследуемый объект;

снять показания.

Однако, для точного измерения необходимо не только учесть факторы, влияющие на показания, но и правильно выбрать расстояние до объекта, которое определяется оптическим разрешением прибора.

Пирометры обладают различными углами обзора, характеристикой которых для удобства пользователей выбраны соотношения между расстоянием до объекта измерения и площадью охвата контролируемой поверхностью. В качестве примера на картинке приведено соотношение 10:1.

Поскольку эти характеристики прямо пропорциональны между собой, то для точного измерения температуры необходимо не только правильно навести прибор на объект, но и подобрать расстояние для выбора площади измеряемой зоны.

Тогда оптическая система будет обрабатывать тепловой поток от нужной поверхности без учета влияния излучения окружающих предметов.

С этой целью усовершенствованные модели пирометров оснащаются лазерными целеуказателями, которые помогают навести термодатчик на объект и облегчить определение площади контролируемой поверхности. Они могут иметь разные принципы работы и обладать неодинаковой точностью наведения.

Одиночный лазерный луч лишь приблизительно указывает место центра контролируемой зоны и позволяет определить ее границы неточно. Его ось смещена относительно центра оптической системы пирометра. За счет этого вводится погрешность параллакса.

Коаксиальный способ лишен этого недостатка - луч лазера совпадает с оптической осью прибора и точно указывает центр измеряемой площади, но не определяет ее границы.

Указание размеров контролируемого участка предусмотрено в целеуказателе с двойным лазерным лучом . Но при маленьких расстояниях до объекта допускается ошибка, вызванная первоначальным сужением области чувствительности. Этот недостаток сильно проявляется на объективах с короткофокусным расстоянием.

Целеуказатели с кросс-лазером улучшают точность работы пирометров, оснащенных объективами с коротким фокусом.

Одиночный круговой лазерный луч позволяет определить зону контроля, но он тоже обладает параллаксом и завышает показания прибора на коротких дистанциях.

Круговой точный лазерный целеуказатель работает наиболее надежно и лишен всех недостатков предшествующих конструкций.

Пирометры отображают информацию о температуре методом текстово-цифрового вывода на дисплей, которая может дополняться другими сведениями.

Устройство тепловизоров

Конструкция этих измерительных приборов температуры напоминает устройство пирометров. У них в качестве приемного элемента потока инфракрасного излучения работает гибридная микросхема.

Она своим фоточувствительным эпитаксиальным слоем через сильнолегированную подложку воспринимает ИК поток.

Устройство приемника тепловизора с гибридной микросхемой показано на картинке.

Тепловая чувствительность тепловизоров на основе матричных детекторов позволяет измерять температуру с точностью до 0,1 градуса. Но, такие высокоточные устройства используются в термографах сложных лабораторных стационарных установок.

Все приемы работы с тепловизором выполняются так же, как и с пирометром, но на его экране выводится картинка электротехнического оборудования, представленная уже в переработанном цветовом диапазоне с учетом состояния нагрева всех деталей.

Рядом с термическим изображением размещается шкала перевода цветов в линейку температур.

При сравнении работы пирометра и тепловизора можно увидеть разницу:

пирометр определяет среднюю температуру в контролируемой им области;

тепловизор позволяет оценить нагрев всех составных элементов, расположенных в наблюдаемой им зоне.

Особенности конструкций бесконтактных измерителей температуры

Описанные выше устройства представлены мобильными моделями, позволяющими выполнять последовательные замеры температуры на многих местах работы электрического оборудования:

вводах силовых и измерительных трансформаторов и выключателей;

контактах разъединителей, работающих под нагрузкой;

сборках систем шин и секций высоковольтных распределительных устройств;

в точках соединения проводов воздушных линий электропередач и других местах коммутации силовых цепей.

Однако, в отдельных случаях выполнения технологических операций на электрооборудовании сложные конструкции бесконтактных измерителей температуры не нужны и вполне можно обойтись простыми моделями, установленными стационарно.

В качестве примера можно привести метод измерения сопротивления обмотки ротора генератора при работе с выпрямительной схемой возбуждения. Поскольку в ней наводятся большие переменные составляющие напряжения, то контроль ее нагрева осуществляется постоянно.

Дистанционный замер и отображение температуры у обмотки возбуждения происходит на вращающемся роторе. Термодатчик стационарно располагается в наиболее благоприятной зоне контроля и воспринимает направленные на него тепловые лучи. Сигнал, обработанный внутренней схемой, выводится на устройство отображения информации, которое может быть оборудовано стрелочным указателем и шкалой.

Схемы, работающие по этому принципу, отличаются относительной простотой и надежностью.

В зависимости от назначения пирометры и тепловизоры подразделяют на устройства:

высокотемпературные, предназначенные для измерения сильно нагретых объектов;

низкотемпературные, способные контролировать даже охлаждение деталей при морозе.

Конструкции современных пирометров и тепловизоров могут оборудоваться системами связи и передачи информации через с удаленными компьютерами.

Дистанционное измерение температуры необходимо не только при контроле производственных процессов, но и является частью процесса наладки автономного отопления. После просчета удельной мощности нагревательных приборов и их монтажа необходимо проверить фактические температурные показатели. Лучше всего для этого применять инфракрасные пирометры.

Для измерения температуры поверхности материалов есть множество типов приборов. По своему применению они различаются на контактные и с дистанционным снятием показаний. Пирометры относятся к последнему классу устройств.

Принцип их работы основан на измерении тепловых волн, которые излучает нагретая поверхность. Общая схема устройства показана ниже:

Излучение попадает через раструб прибора на пирометрический датчик. В нем тепловая энергия преобразовывается в электрическую. Мощность получаемого сигнала зависит от температуры измеряемой поверхности – чем она выше, тем большая сила тока будет генерироваться датчиком. С помощью электронного преобразователя исходные данные выводятся на жидкокристаллический дисплей.

Главным условием проведения точного измерения является наложение пятна только на материал поверхности. В случае превышения площади значение температуры будет неточным. Оптическое разрешение – это величина отношения диаметра пятна прибора к расстоянию до объекта. В зависимости от модели оно может быть равным от 2:1 до 600:1. Последнее относится к классу профессиональных устройств, применяемых для снятия показаний нагрева поверхности в тяжелой промышленности. Для бытовых и полупрофессиональных пирометров оптимальный показатель равен 10:1.

Рабочий диапазон

Определяется параметрами пирометрического датчика. В большинстве случаев он составляет от -30°С до 360°С. Учитывая, что теплоноситель в системе отопления может иметь максимальную температуру до 110°С, для бытовых целей можно применять практически все виды пирометров.

Погрешность

Указывает степень колебаний значений температуры в зависимости от точности настроек устройства. В среднем допускаются отклонения около 2% от нормированного показания.

Коэффициент излучения

Это отношение мощности температурного излучения при текущей температуре к такому же параметру эталонного абсолютно черного тела. Для неблестящих материалов он составляет 0,9-0,95. Поэтому большинство устройств дистанционного измерения температуры настроены именно на это значение. Однако, если попытаться ими измерить степень нагрева поверхности блестящего алюминия, то значение на индикаторе будет значительно отличаться от фактического.

Как пользоваться

После приобретения прибора необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией. Несмотря на несложные правила эксплуатации, неправильные действия могут привести к значительным искажениям температурных значений. Порядок измерения степени нагрева материала с помощью пирометра:

• Включить устройство.
• Направить раструб на измеряемую поверхность.
• С помощью лазерной указки определить границу пятна измерения.
• После активации на экране появятся значения температур. В зависимости от модели они могут быть записаны в память устройства или будут заменены значениями следующих измерений.

Как видно, на практике пирометром может пользоваться каждый. Поэтому он становится обязательным прибором измерения для работников компаний, занимающихся проектированием и монтажом автономных систем отопления.

В последнее время широкое распространение получил прибор, который называется "пирометр". Что это за устройство и в чем его суть? Его предназначение — измерение температуры объекта на определенном расстоянии от него.

При помощи пирометров можно безопасным способом получить показатели температуры труднодоступных или раскаленных предметов, поэтому они являются незаменимыми помощниками на любом промышленном производстве. Ведь часто бывают ситуации, когда просто невозможно подойти к объекту измерения, или же он представляет опасность для здоровья людей.

Немного истории

Первый пирометр (что это за устройство, читайте ниже) был изобретен голландским физиком Питером ван Мушенбруктом. Эти приборы могли измерять температуру тел только визуально. Основные расчеты составлялись из обработки данных об изменении цвета и яркости раскаленного предмета. Конечно, эти показатели не были достаточно точными. В настоящее время функциональность таких приборов значительно расширилась, это позволило измерять температуру не только нагретых предметов, но и тех объектов, у которых этот показатель не превышает 0 градусов. Например, инфракрасный пирометр Optris в диапазоне от -32 до +900 0 С.

Совершенствование этих приборов началось в 60-х годах XIX века. Данная отрасль успешно развивается и в настоящее время. Благодаря активным разработкам, появилась возможность производить промышленные пирометры, которые оснащались высокими техническими характеристиками. При этом с освоением нанотехнологий размеры устройств с каждым годом становились все меньше, что делало их использование максимально удобным.

Первая портативная модель пирометра была разработана в 1967 году ведущей американской компанией Wahl. Именно она послужила прототипом современных инфракрасных устройств. Внедрение новых технологий и разработок позволило усовершенствовать работу пирометра. Основной ее принцип строился на определении тепловой энергии, которую излучал объект. С широким внедрением данных приборов появилась возможность измерять дистанционно температуру как жидких, так и твердых тел.

Термометр-пирометр сегодня классифицируется по нескольким важнейшим параметрам. Давайте рассмотрим их подробно.

Главные признаки

По данному критерию можно выделить три основных вида:

• Яркостные. Температура нагретого предмета определяется путем сравнения его цвета и оттенка эталонной нити.
• Радиационные. Такие пирометры определяют температуру объекта по мощности его теплового излучения.
• Цветовые. Эта разновидность прибора оценивает температуру предмета на основе цветового отражения его поверхности в различных спектрах.

Диапазон температур

Для того чтобы получать точные показатели температур, необходимо правильно подобрать пирометр. Что это означает? Данное устройство имеет два типа модификаций:

Тип исполнения

Бесконтактный пирометр также классифицируется по типу назначения:

1. Портативные модели представляют собой карманную разновидность этих устройств. Такие приборы незаменимы тогда, когда при измерении температуры объекта к нему невозможно подойти на достаточное расстояние. Пирометры подобного рода оборудуются небольшим экраном, позволяющим отображать текстовую и графическую информацию.
2. Стационарные устройства. Пирометры стационарного типа применяются для высокоточных измерений. Такие устройства являются востребованными крупными промышленными предприятиями, где требуется постоянный контроль за температурными показателями производства.

Рекомендация: сотрудникам, которые делают замеры температур очень часто, перед приобретением прибора рекомендуется обратить внимание на пирометры инфракрасные. Не помешает также сравнить основные характеристики и стоимость нескольких образцов, доступных на рынке. Ниже предоставим краткое описание четырех видов инфракрасных пирометров.

Одноцветные модели

Инфракрасный (одноцветный) пирометр предназначен для измерения одной волны тепловой энергии. недорогие, являются идеальным портативным вариантом. Принцип их работы очень простой: достаточно навести пирометр на объект и нажать соответствующую кнопку. Их бесспорным преимуществом является возможность проводить замеры температур с любого расстояния.

Данные приборы имеют ограничение по измерению диаметра пятна, а также очень чувствительны к загрязненности окружающей среды. Именно эти недостатки значительно уменьшают сферу их применения, например, в задымленном или очень влажном помещении одноцветный пирометр будет работать некорректно.

Инфракрасные термопары

Одной из упрощенных разновидностей инфракрасных пирометров является термопара. Основная особенность данного прибора заключается в отсутствии сложной электроники, которая используется для усиления получаемого сигнала. Именно это стало его неоспоримым достоинством, которое предоставило уникальную возможность для применения данного прибора. Принцип работы термопара достаточно прост: получаемое излучение преобразуется в термопарный нелинейный сигнал.

Преимущества:

• низкая стоимость;
• хорошая совместимость с измерительными приборами;
• показатель максимальной температуры выше, чем у других моделей.

Также стоит обратить внимание и на недостатки. В принципе, их только два:

• погрешность более 2%;
• широкий спектральный диапазон.

Двухцветный пирометр - что это такое?

Данный прибор появился сравнительно недавно. Это более усовершенствованная модель, которая измеряет значение двух и более излучаемых волн. Преимуществом двуцветного пирометра, которое значительно отличает его от традиционных инфракрасных устройств, является возможность работать в разных Именно эти показатели позволяют пользоваться с этим прибором в загрязненных местах, так как на него не влияет наличие посторонних веществ, типа дыма, газа, пара и других. Также данный пирометр незаменим в работе с показателями черноты, он с точностью определит температуру твердого металла, переходящего в жидкое состояние.

Оптоволоконные пирометры

Принцип работы данных устройств идентичен традиционным пирометрам. Отличие состоит только в наличие по которому транспортируется световой поток. Преимущество такой комплектации заключается в том, что данный шнур можно произвольно изгибать. Благодаря этому появляется возможность производить замеры температуры в самых труднодоступных местах.

Оптоволоконные пирометры широко используются в местах с повышенным электромагнитным полем, где традиционные модели полностью бессильны. Такие приборы оснащены фиксированным фокусом. Он позволяет замерять энергии с минимальным диаметром пятна от 0,1 мм. Однако такой фокус устанавливает ограничения в расстоянии: для проведения точного измерения необходимо четко соблюдать указанную в инструкции дистанцию.

Пирометр лазерный

Для того чтобы проводить замеры на большом расстоянии, производители установили на пирометры Они бывают нескольких видов.

1. Лазерное устройство с одним лучом дает возможность прицеливать пирометр только в центр пятна тепловой энергии. В зависимости от моделей данных приборов, зона чувствительности может иметь погрешность в 1-2 см. Такой дефект наиболее часто встречается в недорогих устройствах.
2. Пирометр лазерный с двойным лучом позволяет определить размеры и местоположение измеряемого объекта. Использовать вблизи не рекомендуется, так как показатели чаще всего сильно завышены.
3. Круговые прицелы - наиболее точные приборы, эффективно работающие на разных расстояниях и с любыми размерами измеряемого пятна.

Инструкция

Приобретая данное устройство, необходимо проверить, есть ли в комплекте инструкция. Пирометр - сложный прибор, поэтому самостоятельно разобраться с функциями будет достаточно трудно. В инструкции описываются важные пункты, которые нужны для правильной работы. Вот некоторые из них:

• типы выходов и программное обеспечение;
• данные о погрешностях;
• показатель инерции;
• тип фокуса;
• температурный режим;
• спектральный диапазон;
• коэффициент излучения и др.

Применение пирометров

Пирометры инфракрасные широко применяются в разных отраслях:

• в тепловой энергетике — когда к нагретому предмету приблизиться невозможно;
• в электроэнергетике — пирометры применяются для непрерывного контроля за объектами и обеспечения противопожарной безопасности в процессе их эксплуатации;
• в различных лабораторных исследованиях — при отсутствии возможности дотронуться до исследуемого предмета, или когда измерение его температуры не получается выполнить обычным способом;
• в строительстве — пирометры используются для определения мест теплопотерь в домах и зданиях жилого и промышленного назначения, а также на теплотрассах с целью быстрого обнаружения прорывов.