Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом

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).

Как правильно измерять температуру пирометром

После покупки устройства необходимо внимательно изучить инструкцию к нему. Несмотря на весьма простые требования к эксплуатации, опрометчивые действия могут повлечь за собой значительные искажения температурных значений. Процесс правильного измерения температуры пирометром выглядит следующим образом:

• Включите прибор пирометра;
• Определите материал, из которого изготовлен объект (например, сталь или медь);
• Затем, в зависимости от модели прибора, занесите коэффициент излучения в качестве правки на дисплее;
• Направьте луч инфракрасного пирометра на измеряемую поверхность;
• Определите границу пятна измерения при помощи лазерной указки.

При такой последовательности измерения вы получите результаты наиболее близкие к фактической температуре.

Пирометр – универсальный и незаменимый по своей функциональности прибор. Разобравшись в нюансах его эксплуатации, им легко можно пользоваться как в профессиональной сфере, так и в быту.

Устройство бесконтактных измерителей – пирометров

Бесконтактные измерители температуры по методу работы с информацией могут быть двух типов: пирометры и тепловизоры. Конструкция последних сходная с устройством пирометров. Но назначение приборов и их возможности различны:

• пирометром измеряют среднюю температуру наблюдаемого участка;
• тепловизор даёт возможность определить нагрев каждой части наблюдаемого участка.

В состав пирометра-термометра входят:

• датчик приёма инфракрасного луча с системой оптики и зеркальным световодом;
• преобразующая поступивший луч электронная плата;
• экран, на который выводится показатель температуры;
• кнопка управления.

Тепловое излучение собирается в фокус системой оптики и посредством зеркального световода подаётся на датчик первого преобразователя теплового луча в электросигнал с напряжением, прямо пропорциональным излучению. Второе преобразование электросигнала осуществляется в электронной плате, после чего информация выводится измерительно-счётным блоком на экран в виде цифр. Казалось бы, всё просто и для дистанционного замера температуры надо:

• кнопкой управления включить пирометр-термометр;
• навести аппарат на точку замера и считать цифры с экрана.

Но нет, чтобы получить точный результат, надо ещё и обратить внимание на условия видимости точки замера и прозрачности воздуха, а также правильно установить место стоянки при измерении – оно определяется оптическими параметрами аппарата. Мало правильно навести пирометр на участок замера, необходимо ещё и выбрать расстояние для установления площади измеряемого участка

Тогда оптика будет работать с тепловым излучением только от нужного участка, без помех от излучений близлежащих устройств.

Изобретение пирометра

Своим появлением этот прибор обязан физику Питеру ван Мушенбрукту из Нидерландов. Первоначально аппаратом измеряли температуру, а все расчёты выполнялись на основании яркости и цвета тела. Точность была очень приблизительной.

Шестидесятые годы XIX века стали началом развития этого направления в науке и совершенствования самих устройств. Первое время технологии позволяли производить стационарные инфракрасные пирометры. Они применялись исключительно в промышленности и выдавали показания высокой точности.

Первый прототип современного портативного устройства для бесконтактного измерения температуры представила фирма Wahi из США. Это произошло в 1967 году. С появлением новых разработок совершенствовалось само устройство и улучшались его характеристики. От измерения температуры твёрдых тел перешли к её определению у жидкостей. Появились устройства, которые позволяют любому человеку своими руками произвести замеры.

Это интересно: Технология хромирования деталей: излагаем в общих чертах

Преимущества и недостатки

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

Плюсы

• Мобильность, малогабаритность и весьма простая конструкция;
• Доступная низкая стоимость, обусловленная использованием минимального количества элементов в конструкции;
• Высокий уровень надежности;
• Достаточно широкий диапазон измерения.

Минусы

• 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.

Принципы бесконтактного измерения температуры

В любом физическом объекте осуществляется перемещение частиц атомов и сопровождается образованием электромагнитных волн. Температура напрямую оказывает действие на интенсивность протекания процессов, по состоянию интенсивности можно определить количество выделяемого тепла. Это и есть основа бесконтактных измерений температуры.

Тепловой объект с температурой «Х» отдаёт тепловой поток (инфракрасное излучение) в окружающую среду в количестве «В», который будет принят удалённым датчиком тепла. Внутренняя схема датчика преобразовывает полученную информацию в требуемую (температуру) и отображает на экране прибора. Приборы дистанционного замера температуры посредством инфракрасного излучения – это пирометры. Для точного отображения результатов замеров необходимо чётко установить пределы шкалы электромагнитных волн. Ориентировочно – нижний предел 0,5 и верхний 20 мкм. Пирометр бесконтактный — инфракрасный термометр.

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.

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.

Основные параметры:

выбор диапазона температур зависит непосредственно от объекта, контроль температуры которого осуществляется.
тип прицельного устройства определяется полностью размерами объектов, температуру которых необходимо определить, а также расстоянием до этих объектов. Контроль температуры малых и значительно удаленных объектов требует дорогих прицельных устройств.
тип индикатора определяется условиями эксплуатации, в основном значением температуры, при которой планируется использовать прибор.
показатель визирования, по аналогии с типом прицельного устройства выбирается в зависимости от размеров объектов и расстояния до них. Показатель визирования пирометра зависит прямопропорционально от удаленности объекта и обратно-пропорционально от его размеров

Важно также, чтобы при измерении температуры удаленного объекта в поле зрения инфракрасного термометра не попадали посторонние предметы.
расстояние до минимального поля зрения – согласно основным оптическим законам, поле зрения прибора будет увеличиваться пропорционально увеличению расстояния от прибора до объекта, при выборе прибора необходимо учесть расстояние, на котором наиболее часто будут проводиться измерения температуры.

Проверка пирометром систем отопления

Какой вывод из всего вышесказанного можно сделать? Безусловно, пирометр штука полезная, но применять его нужно там, где действительно требуется именно бесконтактное измерение температуры.

Например, электрические контакты находящиеся под напряжением. Здесь он действительно помогает безопасно выявить плохое соединение еще до того, как ситуация станет критичной.

Не всем электрикам в этом деле доступны тепловизоры. 

А вот для людей профессионально занимающихся системами отопления, подобные девайсы оказываются не нужными, и в некоторой степени даже вредными. Замерять температуру отопления пирометрами очень сложно.

Даже на крашенной белой глянцевой поверхности радиатора, достаточно три раза щелкнуть пирометром по одному месту, и у вас получится три разных значения температуры. Не говоря уже про хромированные трубы.

Если у вас блестящие медные трубы на выходе из котла, то замеры могут показать разбежку в 20 и более градусов, по сравнению с датчиком котла. Вот и думайте после этого, что же в системе неисправно.

На практике появляется слишком много факторов, искажающих реальное состояние дел. Чтобы добиться приемлемых результатов измерений на трубах и батареях, придется брать некую пленку или малярный скотч с постоянным коэффициентом отражения, наклеивать эту штуку на поверхность, и только после этого проводить измерения.

Спрашивается, зачем создавать себе такие сложности, если есть более эффективные контактные термометры. Время замера у которых всего несколько секунд и гарантированно точный результат до десятых долей градуса появляется у вас на экране.

Что касается теплых полов, здесь не все однозначно. 

Например, температуру стяжки пирометром еще можно измерить довольно точно. А вот если она будет закрыта плиткой, то погрешность моментально возрастает.

Производители безусловно знают об этих проблемах и постоянно совершенствуют приборы. Поэтому если уж и собрались покупать пирометр, выбирайте качественную модель.

Хорошие варианты можно подобрать и заказать вот здесь.

Есть относительно недорогие модели, снабженные выносным датчиком термопары.

С его помощью можно составлять и вносить собственные таблицы поправочных коэффициентов любых материалов. Один раз делаете замер нужной поверхности датчиком, сравниваете результат и вносите корректировку.

После этого можно спокойно стрелять лучом пирометра и не бояться ошибок. У китайцев такую модель можно заказать отсюда.

Если вам интересна эта тема и хочется заниматься измерениями пирометром более профессионально, а не только на бытовом уровне, скачайте и ознакомьтесь с двумя полезными брошюрами по данной тематике:

Карманное руководство по термографии – скачать

Руководство по бесконтактному измерению температур – скачать

Разница показаний при замерах нагретых и холодных тел

К примеру, если у вас предмет имеет температуру окружающей среды, то излучает и отражает он приблизительно одну и ту же температуру. Но если его при этом нагреть, то сразу же появится погрешность, существенно искажающая реальные данные.

Чтобы удостоверится во всем вышесказанном, можете сами провести простейший эксперимент. Возьмите блестящую кастрюлю и какую-нибудь книжку.

Далее проведите замеры на них одним и тем же пирометром. Чтобы повысить точность эксперимента, старайтесь делать замеры в одной точке.

Результаты у вас точно не будут одинаковыми, правда сильной разницы вы не увидите. Если перепроверить это дело контактным термометром, то отклонения будут составлять всего 2-3 градуса.

Но это все будет справедливо только при комнатной температуре предметов. А что будет, если в кастрюлю залить горячую воду?

Измерения в этом случае тут же пойдут в разнос.

Это говорит о том, что температура нагретых гладких блестящих поверхностей, просто так пирометром не измеряется.

Поэтому, когда в видеороликах показывают, насколько элементарно бесконтактным измерителем определить температуру батарей или контактов, не сильно доверяйте данной рекламе.

Измерение температуры в холоде

Еще не забывайте про температуру окружающей среды. Многие пользователи жалуются, что отдельные модели пирометров, начинают безбожно врать при температурах ниже комнатной.

То есть, они берут прибор, выходят в котельную, подвал или гараж и там пробуют им “пострелять” температуру. В итоге получают совершенно странные результаты.

Дело здесь в том, что любой электроникой, тем более измерительной, нельзя пользоваться пока температура прибора не выровняется с температурой окружающей его среды.

Вынесли пирометр на улицу или в гараж, выдержите его минут 10-20, и только после этого приступайте к измерениям.

Речь конечно не идет о том, что прибор нужно замораживать до минусовых температур. Здесь он врать, скорее всего будет безбожно, так как не рассчитан на работу в таких условиях. В остальных случаях, благодаря такой “выдержке”, погрешность уменьшается.

Сфера применения

Инфракрасные термометры применяют в различных отраслях. Сфера их применения достаточно широка:

1. Измерения температур опасных для человеческого организма поверхностей и сред, в том числе, горячих.
2. Измерение температурных показателей недоступных и труднодоступных объектов.
3. Сканирование для поиска холодных или горячих точек.
4. Диагностические работы с электро- и теплооборудованием.
5. Быстрое (мгновенное) определение температуры объектов, которые пребывают в движении.
6. Профилактика и диагностика ж/д и автотранспорта.
7. Поддержание противопожарной безопасности.
8. Контроль и проверка систем кондиционирования, вентиляции и отопления.
9. Электроаудит и электродиагностика.
10. Работы по профилактике оборудования в любой отрасли промышленности.

Очевидно, что измерение температуры современными приборами имеет ряд преимуществ перед обычными термометрами. Измерения возможно проводить без остановки производства или технического процесса. Все измерения температуры производятся с безопасного расстояния. При этом присутствует значительное увеличение производительности труда работников благодаря моментальности измерений.

Особенности конструкций пирометров

Мобильные (переносные) пирометры-термометры позволяют производить удалённо измерения во многих местах электрооборудования:

• на вводах и контактах трансформаторов, выключателей и разъединителей, работающих под напряжением;
• в высоковольтных подстанциях и распределительных щитах, сборках систем шин;
• на соединениях проводов воздушных ЛЭП и других силовых установок и цепей.

Но в некоторых случаях на электрооборудовании можно контролировать нагрев без использования дорогостоящих пирометров, а установить стационарно измерители более простой конструкции. Например, измерение нагрева обмотки возбуждения на вращающемся роторе генератора – датчик температуры — термометр устанавливают в ближней зоне контроля, где он и принимает тепловое излучение. Сигнал, преобразованный внутренней платой, поступает на прибор отображения показателей в виде стрелки и шкалы значений. Такие схемы просты и надёжны.

По назначению пирометры и тепловизоры делятся на две

• высокотемпературные измерители – для контроля сильно нагретых элементов электрооборудования;
• низкотемпературные измерители – они могут измерять температуру элементов даже работающего на морозе электрооборудования.

Современные пирометры последних моделей оборудованы системами связи и подключаются для передачи информации к расположенным в офисе компьютерам.

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.

Пирометрия в нашей жизни

Современное производство контрольно-измерительных приборов может предложить покупателю пирометры для измерения температуры бесконтактным методом — стационарные и переносные.

Переносные пирометры часто предназначены для работы в тяжёлых промышленных и климатических условиях. Они обладают большим оптическим разрешением, что даёт возможность мониторинга теплового состояния объектов величиной от 5 мм. Пиротермометры переносные могут использоваться в любой промышленной сфере, как для контроля температуры, так и для отслеживания сложных технологических циклов, связанных с определёнными температурными режимами. Как правило, датчики стационарных пиротермометров имеют выход на ПК.

Обычно их применяют:

• в тепловой энергетике;
• в электроэнергетике;
• на железнодорожном транспорте;
• в пожарной безопасности и контроле;
• в лабораторных исследованиях;
• с целью сканирования холодных и горячих точек;
• для контроля температур труднодоступных для человека объектов;
• для определения температур объектов, пребывающих в движении;
• в мониторинге систем кондиционирования, вентиляции и отопления.

Стационарные пирометры предназначены для эксплуатации в крупной промышленности, с целью непрерывного контроля за технологическим процессом в производстве металлов и пластиков. Их устанавливают там, где трудно или невозможно использовать контактные датчики температуры по соображениям безопасности персонала.

Областью их применения являются:

• металлообработка;
• металлургия, сталелитейное производство;
• нефтеперерабатывающая отрасль;
• керамическое и стекольное производство;
• производство цемента.

Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом в теплоэнергетике необходимы для точного и быстрого измерения температур в местах, где неэффективны другие способы измерений.

В электроэнергетике эти аппараты применяют для оценки нагрузки на кабельные линии, трансформаторы, качества теплоизоляции бойлеров, котлов, с целью контроля за пожарной безопасностью. Используют их также для контроля за температурой букс, важных узлов грузовых и пассажирских вагонов на железной дороге.

В металлообрабатывающей промышленности пирометры контролируют температуры прокатных станов, печей.

В строительстве пирометры определяют порывы в теплоизоляционных оболочках на теплотрассах, потери тепла в зданиях.

Способность пирометров реагировать на изменения инфракрасных излучений успешно используется для охраны зданий в датчиках движения.

При грузоперевозках они осуществляют контроль за хранением пищевых продуктов.

Благодаря компактности, удобству в эксплуатации и невысокой стоимости пиротермометры нашли своё место даже в быту. С их помощью можно измерить температуру тела, степень нагрева приготовляемых блюд, кухонной посуды.

Применяются достижения пирометрии и в космонавтике с целью контроля за опытами.

Общие сведения о приборе

Пирометр — это очень простой и удобный в работе прибор. Для того чтобы измерить температуру выбранного объекта, достаточно просто направить на него устройство. Оно мгновенно определяет степень нагрева и выдаёт показания.

Преимущества и недостатки

Прибор пирометр, как и большинство изобретённых устройств, имеют свои достоинства и недостатки. Они обуславливаются особенностями устройства и условиями применения.

К преимуществам можно отнести следующие:

1. Простота конструкции и малые габариты. Пирометры используются довольно часто, поэтому малые размеры позволяют носить их даже в самом небольшом кармане или специальной сумке.
2. Низкая стоимость. Использование минимального количества деталей в конструкции позволяет производителям выпускать приборы в большом объёме и продавать их по низкой цене.
3. Высокая надёжность. Аппарат отличается хорошей работоспособностью, что незаменимо при использовании его в экстремальных условиях.
4. Широкий диапазон измерения. Большинство современных пирометров позволяют определять температуру объекта в пределах от 10 до 800 градусов. В выпущенных под конкретные задачи устройствах этот показатель может достигать и более высоких значений.

Среди недостатков можно выделить такие:

1. Зависимость прибора от излучательной способности объекта. При измерении температуры у одинаково нагретого блестящего и тёмного предмета будут получаться разные показатели.
2. Пирометр может выдавать неправильные показания из-за структуры поверхности объекта исследования, его физического состояния и наличия защитных покрытий.
3. Откорректировать показатели и установить погрешность можно только на самых новых приборах. Старые аппараты такой функцией не обладают.
4. На точность измерений влияет расстояние. Чем оно больше, тем выше вероятность выдачи неправильных показателей.

Сферы применения

Пирометры широко используются на производстве, где установлено много нагревательных приборов. С их помощью проверяется температура теплотрасс, бойлеров, паропроводов и обрабатываемых деталей. Электрики этим прибором проверяют степень нагрева кабелей, трансформаторов и мест соединения проводов, а металлурги — печей, станков, прессов.

Не обошли вниманием пирометр и автомастера. Им они проверяют нагрев электродвигателя и прочих деталей машины

В пищевой промышленности такие устройства используют для получения точных сведений о температуре хранения тех или иных продуктов питания.

Бесконтактные пирометры иногда используют для особых случаев. Среди них стоит отметить следующие:

Необходимость провести быстрое измерение (при пожарах и прочих непредвиденных ситуациях).
Исследование предметов или деталей, обладающих низкой теплоёмкостью.
Следить за степенью нагрева объектов, к которым запрещено прикасаться руками или какими-либо устройствами.
Измерение температуры тонкого поверхностного слоя изделия или очень маленькой его детали.
Контроль за степенью нагрева заготовки при изготовлении деталей особой важности.
Исследование объектов, которые работают от электрической энергии.
Необходимость определения температуры быстро движущегося объекта.
Проверка степени нагрева труднодоступных узлов или отдельных его деталей.

Сравнительная характеристика основных моделей

Модель	AR300	AR872D	AR892
Измеряемая температура, ?С	от -32 до +300	от -50 до +1050	от +200 до +1800
Показатель визирования	1:12	1:20	1:80
Точность, ?С	±2	от -50 до 0: ±3; от 0 до +100: ±1.5; от 100 до 1050: ±1.5	±2
Температура эксплуатации, ?С	от -25 до +55	от -15 до +50	от -10 до +50
Коэффициент теплового излучения	0.95	от 0.10 до 1.00, шаг 0.01	от 0.10 до 1.00, шаг 0.01
Спектр, мкм	8-14	8-14	8-14
Прицеливание	точечный лазер	точечный лазер	точечный лазер
Питание	9В “Крона”	9В “Крона”	9В “Крона”, DC9V
Связь с компьютером	нет	нет	есть, RS-232
Доп. функции	нет	часы, min, max, отклонение, контроллер, среднее, разъем для штатива, кейс	часы, min, max, отклонение, контроллер, среднее, разъем для штатива, шнур RS232, ПО для ПК, кейс
Размеры, мм	140х80х38	220х134х60	220х134х60
Вес, г	130	480	480
Цена с НДС, руб.	2530	6790	18520