Пирометр — это лучший способ бесконтактного измерения температуры различных поверхностей. Вы удивитесь, но в домашних условиях ему можно найти множество применений. Где его использовать, как он работает и как правильно выбрать прибор — ответ в нашей статье.
Что такое пирометр?
Возможность определять степень нагрева предметов на расстоянии сделала с изобретением измерительной техники большой шаг вперед. Пирометр решает как технически сложные, так и неопределенные и трудоемкие задачи. Он может проверять распределение температуры на больших поверхностях, проводить измерения температуры на расплавленном металле, на объектах под высоким напряжением и т.д. Это прибор для бесконтактного измерения температуры на различных поверхностях, который используется как в профессиональной, так и в бытовой сфере.
Любая нагретая поверхность излучает тепловые волны. Принцип действия данного прибора основан на измерении этих волн. Тепловое излучение достигает пирометрического датчика через расширитель, где оно преобразуется из тепловой энергии в электрическую. Сила полученного сигнала определяется степенью нагрева поверхностей. Чем выше значение, тем сильнее ток, генерируемый датчиком. Благодаря электронному преобразователю исходные данные могут быть выведены на ЖК-экран.
Чем отличается пирометр от термометра?
Как и термометр, этот прибор предназначен для измерения температуры. Однако он отличается тем, что способен делать это:
- выполнять поставленную задачу в более широком температурном диапазоне (от -50 до +3000 градусов по Цельсию);
- выдавать результат за промежуток времени от 0,5 до 1,5 секунды (у термометра отклик фиксируется спустя 1-10 минут);
- более точно определять уровень нагрева, допуская погрешность в границах от 0,1 до 0,2 градуса (у термометра – до 2 градусов).
Как пользоваться пирометром для измерения температуры?
Подробная инструкция по применению расскажет вам, как правильно измерять температуру с помощью этого прибора. Если вы не будете следовать этим простым правилам, температура измеряемой поверхности может быть измерена неверно.
Шаги для измерения температуры объекта с помощью пирометра:
- включение;
- направление раструба на исследуемый материал;
- определение при помощи лазерной указки границ измеряемого пятна.
Показания температуры отображаются на дисплее включенного прибора. Существуют модели, в которых показания можно сохранять, в то время как другие заменяют показания новым значением после каждого измерения.
Прибор характеризуется простотой использования. Это позволяет широко использовать его для измерений при проектировании и установке автономных систем отопления, а также для бытового применения.
Устройство
Основным компонентом любого пирометра является блок, регистрирующий инфракрасное излучение. По спектру и интенсивности инфракрасного излучения можно определить, насколько нагрета поверхность объекта, с такой же точностью, как при непосредственном контакте с объектом. В дополнение к телеметру существует электронное устройство, которое записывает результаты измерений и отображает их в удобном для использования формате. Пирометр похож на лазерные пушки в научно-фантастических фильмах. Данные о температуре отображаются на ЖК-экране, а наведение на нужные поверхности осуществляется с помощью лазерного устройства.
Оптическая система, используемая для измерения температуры, фокусирует инфракрасные волны.
Также имеется собственно термометр (датчик), который генерирует электрический сигнал. Имеется специальный блок, который обрабатывает входящий сигнал. После обработки информация может быть выведена на экран. Альтернативное название пирометра — инфракрасный термометр.
Принцип работы
Основные особенности пирометрических приборов следующие:
- разрешение в оптическом диапазоне;
- диапазон температуры;
- скорость действия (особо важна, если степень нагрева быстро меняется).
Почти все современные приборы способны обрабатывать поступающую информацию и выводить ее на экран примерно за 1 секунду или меньше. Информация может отображаться в аналоговом или цифровом виде.
Как правило, современная техника работает вместе с устройствами хранения данных, что позволяет собирать и впоследствии детально анализировать результаты измерений.
Часто можно определить самое низкое и самое высокое измеренное значение в серии измерений и включить специальный акустический или оптический сигнал тревоги при достижении определенного уровня температуры.
Через стандартный интерфейс USB записанные данные могут быть переданы на компьютер, ноутбук, смартфон или внешнее устройство хранения данных. Но чтобы понять, откуда берутся передаваемые данные, необходимо знать, как работает устройство. Каждое тело так или иначе излучает инфракрасные волны. Черные дыры и другие экзотические состояния материи можно вынести за скобки. Когда прибор направлен на материальный объект, это излучение можно зарегистрировать.
Диапазон измерений зависит от размера измеряемой поверхности и свойств воздуха вокруг объекта. Чем грязнее воздух, тем больше помех и тем сложнее определить фактическую температуру. Специфика пирометров позволяет использовать эти приборы:
- при определении температуры малодоступных либо вовсе не доступных объектов;
- установлении степени нагрева движущихся предметов или движущихся частей неподвижных в целом предметов;
- выяснении уровня нагрева находящихся под напряжением, в токсичной среде или иных опасных местах предметов;
- оперативном промере быстрых изменений температуры;
- работе с предметами, которые мало поглощают тепла или недостаточно быстро его проводят.
Виды и сферы применения
Стационарные пирометры широко используются на крупных предприятиях и в энергетике. Они также необходимы металлургам, нефтеперерабатывающим заводам и в промышленности химического синтеза.
Стационарные приборы имеют более высокий класс точности, чем их портативные аналоги. Существует несколько модификаций, предназначенных для измерения температуры о т-30 до +3500 градусов Цельсия. Разница между каждой моделью определяется не только набором функций, но и быстродействием основных компонентов и величиной погрешности при измерении.
Принято делить пирометры на низкотемпературные и высокотемпературные приборы (для показаний выше 400 градусов). По понятным причинам пирометры для кондитерских изделий относятся к первой группе, а приборы для металлургии, целлюлозно-бумажной промышленности и нефтехимии — ко второй. Пирометры используются в сфере общественного питания для проверки степени нагрева:
- сиропа;
- супа;
- шоколада;
- карамели;
- глазури;
- мармелада;
- горячих напитков, каш и иных блюд (отдельных продуктов).
Радиационные пирометры иногда используются на промышленных предприятиях и в других областях. Эти приборы могут измерять температуру от 400 до 700 градусов. Поэтому их можно использовать только там, где присутствуют высокотемпературные процессы и оборудование. Это относится не только к металлургии и энергетике, но и к другим областям:
- строительная сфера;
- выработка стекла и кирпича, керамики;
- выпуск текстиля;
- подготовка печатных изданий;
- криминалистика;
- охранные и пожарные системы;
- научные исследования;
- некоторые инженерные разработки.
Для практических нужд часто лучшим выбором является цифровой пирометр с аналоговым выходом. Примером может служить PCE IR 10. Следует отметить, что этому прибору можно присвоить еще одну категорию — пирометрические приборы, внесенные и не внесенные в Государственный реестр Российской Федерации. К сожалению, сам PCE IR 10 не включен в этот перечень, что ограничивает его использование в некоторых случаях. Термоэлектрические пирометры основаны на явлении, открытом Т. И. Зеебеком в первой четверти XIX века.
Суть его заключается в том, что энергия свободных электронов сильно меняется в зависимости от температуры тока. Если один конец проводника нагрет сильнее, чем другой, то скорость электронов там выше. Конструкция рабочего конца термопары не влияет на эффективность прибора, так как температура одинакова по всей поверхности рабочего конца. Недостатком этого метода измерения является то, что определить реальное сопротивление в проводнике крайне сложно, если вообще возможно. Оно неизбежно отклоняется от значений, определенных при калибровке.
По этой причине термопарные пирометры обычно оснащаются элементами с высоким и низким сопротивлением.
Только так можно добиться оптимальных результатов и компенсировать негативный эффект, по крайней мере, в определенной степени. Колориметр, иногда называемый измерителем спектрального отношения или (в зарубежных источниках) логарифмическим измерителем, имеет свои преимущества. Отечественные разработчики явно отдают предпочтение красно-синему соотношению. Для измерения яркости монохроматических потоков используется один приемник сигнала с общим каналом усиления.
Как пользоваться пирометром?
Инфракрасный датчик принимает инфракрасное излучение объекта и передает его на электронный блок. Электронный блок обрабатывает излучение и выдает показания температуры на дисплей прибора.
Для каждого устройства производитель определяет оптическое разрешение, т.е. на каком расстоянии должна измеряться температура объекта. Например, для DECO CWQ01 указано оптическое разрешение 12:1. Это означает, что для правильного измерения температуры прибор должен быть расположен на расстоянии 12*S, где S — диаметр точки, с которой термосенсор получает измерение температуры. Предположим, нам нужно найти температуру процессора компьютера диаметром 3 см. Для точного измерения нам нужно держать прибор на расстоянии 12 * 3 = 36 см. Если мы держим прибор чуть дальше, диаметр точки измерения увеличивается (подобно лучу в линзе), и измерение производится не только от процессора, но и от окружающей пластины.
Для измерения не очень горячих объектов можно обойти эту проблему, наклеив на них черную изоляционную ленту. Лента слегка блестит, поэтому ее излучательная способность составляет всего 0,95. Температура на ленте соответствует температуре объекта. Если вам часто приходится работать с различными материалами, конечно, лучше приобрести модель с переменной излучательной способностью.
Критерии выбора пирометров
Перед покупкой прибора обратите внимание на следующие примечания и дополнительные функции:
- Величина погрешности . Хорошие устройства имеют погрешность в диапазоне 0,5 — 2 %. Дешевые китайские могут иметь погрешность 2 — 4 %, но учитывая, что их цена ненамного ниже, лучше взять хороший прибор.
- Автоматическое отключение . Устройство отключается, если долго не работаем им. Это увеличивает срок работы батареек. У каждой такой модели период автоматического отключения свой, поэтому точные цифры нужно уточнять у продавца.
- Регулировка коэффициента излучения . Аппараты с функцией регулирования коэффициента излучения позволят безошибочно определять температуру любых материалов. Например, таким аппаратом является Bosch PTD 1 с возможностью регулировки коэффициента эмиссии от 0,01 до 1.
- Измерение влажности . Некоторые аппараты позволяют измерять влажность воздуха, как внутри помещения, так и снаружи. Хотя это далеко не основная функция и большинству попросту не понадобится, но людям с проблемами легких придется очень даже кстати. Например, узнав влажность воздуха в офисе, можно установить стационарный увлажнитель или наоборот чаще проветривать помещение.
- Термопара . Термопара позволяет измерить температуру контактным способом. Это удобно при замерах блестящих поверхностей, так как практически не будет погрешности. Обычно термопара подключается к пирометру через соответствующий разъем.
Если вы уже купили пирометр, сообщите нам в комментариях, какую модель вы приобрели и как она проявляет себя в работе!
Читайте также:
Принцип работы
Нагретые предметы выступают в качестве источников инфракрасного излучения. Существует прямая зависимость — чем горячее тело, тем сильнее излучение. Человек не может видеть инфракрасное излучение, но инфракрасные пирометры обнаруживают это излучение и по его интенсивности определяют температуру объекта.
Работа оптического пирометра основана на определении температуры объекта посредством теплового излучения. Эта особенность позволяет прибору отслеживать изменения значений и корректировать измерения температуры бытовых и промышленных объектов, различных деталей и узлов.
Бесконтактный инфракрасный термометр определяет тепловое излучение нагретого объекта и фокусирует его с помощью чувствительной части, соединенной с приемником.
Если установлена термопара, то параметры напряжения изменяются при нагревании приемника. Если используется полупроводник, измеряется изменение сопротивления. Полученные данные преобразуются в измерение температуры.
Для проведения измерения прибор направляют на объект, активируют и записывают результат. Формат — шкала Цельсия или Фаренгейта — можно выбрать с помощью специальной кнопки.
Прибор измеряет температуру путем отражения. Это удобно при проверке труднодоступных компонентов. Не обязательно иметь доступ к нагреваемой детали, достаточно использовать отражение в зеркале.
На результат влияет отражательная способность материала — чем выше отражательная способность, тем выше погрешность. Для исключения ошибок учитывается излучательная способность, которую необходимо ввести перед началом измерения.
Не все модели имеют функцию ввода. Простые версии предназначены для измерения значений температуры конкретных материалов, которые необходимо выбрать через меню.
Особенности работы
На точность измерения не влияет расстояние между пирометром и объектом. Однако прибор должен использоваться в диапазоне, указанном в инструкции.
Предметы и тела отражают не только собственное инфракрасное излучение, но и излучение от близлежащих поверхностей. Однако отраженное инфракрасное излучение ничего не говорит о фактической температуре. Бесконтактный прибор не различает излучаемые и отраженные волны.
Для их точного измерения необходимо настроить рассматриваемый объект. Для этого в приборах имеется переключатель излучения. Он компенсирует отраженное излучение, которое снижает точность измерений. При юстировке можно обратиться к таблицам с коэффициентами для различных поверхностей.
Строение и функционал пирометра
Сердцем измерительного прибора является инфракрасный лазерный детектор. Он состоит из корпуса и линзы и выглядит как пистолет с дисплеем.
Он оснащен компактной панелью управления, имеет лазерный указатель и обеспечивает точность измерений. Полученная пиранометром информация преобразуется и выводится на экран.
Принцип работы определяет функциональность прибора
- Определение температурных показателей у удаленных объектов, а также находящихся в движении деталей.
- Проверка температуры объектов, которые находятся под напряжением.
- Экспресс-оценка изменений температуры поверхности.
- Обследование объектов с низкой теплопроводностью, теплоемкостью.
Пирометр прост в эксплуатации как дома, так и в промышленности. Достаточно направить прибор на объект, нажать и удерживать кнопку включения. Измерение температуры и считывание показаний на дисплее займет всего несколько секунд.
Целевое поле не должно быть слишком большим, чтобы зона действия прибора не выходила за границы объекта, температура которого измеряется. Однако чем меньше измеряемая точка, тем меньше лучей проходит через устройство. Поэтому требуется более чувствительный датчик.
Технические характеристики
Пирометр имеет ряд параметров, характеризующих его работу. От их значений зависит выбор нужной модели прибора. Рассмотрим наиболее важный из них.
Оптическое разрешение
Это соотношение между диаметром измерительного пятна прибора и расстоянием до объекта. Эта функция зависит от угла наклона объектива прибора: чем он больше, тем большую площадь он может охватить. Наиболее важным фактором для точности измерения является покрытие измерительного пятна исключительно материалом поверхности. Если этот диапазон превышен, показания, скорее всего, будут неточными.
СОВЕТ: Каждая модель пирометра имеет разное оптическое разрешение. Разница между ними разительна, например, от 2:1 до 600:1. Последнее соотношение характерно для профессиональных приборов. Обычно они используются в тяжелой промышленности. Оптимальным для частных и полупрофессиональных пирометров является 10:1.
Рабочий диапазон
Диапазон измерения прибора зависит от пирометрического датчика и часто составляет о т-30°C до 360°C. Таким образом, практически все типы пирометров подходят для бытового использования, учитывая максимальную температуру теплоносителя в системе отопления до 110°C.
Читайте также: Преимущества использования токового сигнала блока 4-20 мА в контурах управления.
Погрешность
Погрешность измерения измеряет величину возможного отклонения температуры и зависит от точности пирометра. В среднем погрешность составляет менее 2% от нормы.
Коэффициент излучения
Это отношение мощности излучения фактической температуры к мощности излучения черного эталонного тела.
СООТВЕТСТВИЕ. Для матовых материалов излучательная способность составляет от 0,9 до 0,95. По этой причине большее количество измерительных приборов адаптировано к этому значению. Результат будет значительно отличаться от фактического результата, например, при измерении нагрева поверхности полированного алюминия.
Многие модели оснащены лазерным указателем, который позволяет проводить более точные измерения. В этом случае луч света находится не посередине, а указывает на оптимальную границу диапазона измерений.
Преимущества и недостатки
Как и любой другой прибор, пирометр имеет свои преимущества и недостатки. Они объясняются особенностями прибора и условиями эксплуатации.
- 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 используется в научных исследованиях и в лабораторных условиях. Он предназначен для измерения показателей поверхностей объектов при температуре от +900 до +10000°С,
Данная стационарная модель оснащена телескопом, состоящим из объектива и окуляра микроскопа. Двойной объектив имеет диапазон фокусировки до 25,4 см и оптическое разрешение 3:1. Примечание: Телескоп данного прибора закреплен на основании и плавно перемещается в горизонтальной плоскости.
Кельвин ИКС 4-20
Это высокоточный пирометр с универсальным температурным диапазоном о т-50 до +350°C и очень высокой скоростью 0,2 секунды. Прибор может использоваться в диапазоне 8-14 мкм.
Этот пирометр сочетает в себе возможности мобильного и стационарного прибора. Этому способствуют компактные размеры (17x17x22 см) и соединение объектива M12. Производитель гарантирует абсолютную водо- и пылезащищенность. Таким образом, данная модель пирометра может использоваться в сложных промышленных и строительных условиях.
Читайте также: Что такое индуктивный бесконтактный датчик, его структура и принцип работы.
С-700 «Стандарт»
Бесконтактный датчик предпочтительно используется, например, в строительстве или металлургии. Он подходит в качестве детектора инфракрасного излучения для определения температуры поверхности сыпучих, твердых, расплавленных или жидких материалов.
Диапазон температур составляет от +700 до + 2200 °C, что типично для высокотемпературных устройств. Подключение к внешним носителям осуществляется через два различных выходных интерфейса: аналоговый выход 4 — 20 мА или цифровой выход RS-485.
Оптический пирометр можно приобрести по очень доступной цене: минимальная стоимость такого прибора составляет 6000 рублей, максимальная — 30000 рублей.
