Меню

Быстрое измерение температуры воздуха



Приборы, измеряющие температуру: виды и принцип действия

Большинство технологических процессов корректно проходят только при определенной температуре. Кроме того, измеряемые температурные показатели помогают определять, насколько корректно используется затрачиваемая энергия.

Иными словами, это — та величина, которую нужно постоянно контролировать. Все виды приборов для измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Также они классифицируются по материалам, принципам и способам действия.

Виды термометров по принципу действия

Процесс измерения температуры может основываться на разных физических процессах. Исходя из этого, выделяют 5 видов термометров.

Контактные

Такие приборы еще называют термометрами расширения. Они основаны на отслеживании изменения объема тел под действием меняющейся температуры. Обычно измеряемый диапазон температур составляет от -190 до +500 градусов по Цельсию.

К этой категории относятся жидкостные и механические устройства. Жидкостные представляют собой приборы в стеклянном корпусе, заполненные спиртом, ртутью, толуолом или керосином. Они прочные и устойчивые к внешним воздействиям. Температурный диапазон измерений зависит от типа используемой жидкости (наибольший — у ртутных, наименьший — у цифровых).

Механические могут работать с разными типами сред, включая жидкостные, газообразные, твердые или сыпучие. Универсальность позволяет использовать их в разных инженерных системах.

Термометры сопротивления

К этой категории относятся приборы, которые способны измерять электрическое сопротивление веществ, меняющееся в зависимости от температурных показателей. Рабочий диапазон этих устройств — от -200 до +650 градусов.

Такие термометры состоят из чувствительных термодатчиков и точных электронных блоков, контролирующих изменения проводимости, сопротивления и электрического потенциала. Обычно их встраивают в общую систему мониторинга и оповещения, туда, где нужно отслеживать меняющиеся параметры и не допускать их превышения.

В котельных установках наибольшее применение получили термометры сопротивления медные (ТСМ). Термометрами сопротивления можно измерять температуры от -50 до +600°С.

Электронные термопары

При нагревании эти приборы генерируют ток, что и позволяет измерять температуру. Принцип действия основан на замерах термоэлектродвижущей силы. Диапазон измерений в этом случае — от 0 до +1800 градусов.

Манометрические

Такие термометры учитывают зависимость между температурными показателями и давлением газа. В измеряемую среду помещают термобаллон, соединенный с манометром латунной трубкой. При нагреве термобаллона давление внутри него увеличивается, и эта величина измеряется манометром. Таким образом проводят замеры температуры в диапазоне от -160 до +600 градусов.

Бесконтактные пирометры

В основе этих приборов — инфракрасные датчики, считывающие уровень излучения. Они подразделяются на два вида: яркостные, проводящие измерения излучений на определенной длине волны (диапазон — от +100 до +6000 градусов), и радиационные, когда определяется тепловое действие лучеиспускания (от -50 до +2000 градусов). Они могут использоваться в том числе и для определения температуры нагретого металла, а также при наладке и испытаниях котлов.

Виды термометров по используемым материалам

Здесь различают 7 категорий:

  1. Жидкостные. Представляют собой корпус, заполненный жидкостью, которая подвержена температурному расширению. Колба с жидкостью прикладывается к шкале. При нагреве жидкость расширяется, и столбик растет, а при охлаждении — наоборот, сжимается (уменьшается). Погрешность измерений такими приборами составляет менее 0,1 градуса.
  2. Газовые. Принцип действия — тот же, что и у жидкостных, но в качестве заполнителя для колбы выбирается инертный газ. Это позволяет существенно увеличить температурный диапазон измерения (если для жидкостных предел — +600 градусов, то для газовых — +1000 градусов). С их помощью можно измерять температуру в различных раскаленных жидких средах.
  3. Механические. В основе действия — принцип деформации металлической спирали. Часто эти термометры комплектуются стрелочным “дисплеем”. Устанавливаются в спецтехнике, автомобилях, на автоматизированных линиях. Нечувствительны к ударам.
  4. Электрические. Работают, измеряя уровень сопротивления проводника при разных температурных показателях. В качестве проводника могут использоваться разные металлы (например, медь или платина). Соответственно, и диапазон измерений таких устройств будет отличаться. Чаще всего такие модели применяются в лабораторных условиях.
  5. Термоэлектрические. В конструкции предусмотрено два проводника, проводящие замеры по физическому принципу на основе эффекта Зеебека. Эти устройства очень точные, работают с погрешностью до 0,01 градуса и подходят для высокоточных измерений в производственных процессах, когда рабочая температура превышает 1000 градусов.
  6. Волоконно-оптические. Чувствительные датчики из оптоволокна (оно натягивается и сжимается или растягивается при изменении температуры, а прибор фиксирует степень преломления проходящего луча света). Допустимый диапазон измерений — до +400 градусов, а погрешность — не более 0,1 градуса.
  7. Инфракрасные. Непосредственный контакт с измеряемым веществом не требуется: прибор генерирует инфракрасный луч, который направляется на изучаемую поверхность. Это современный вид бесконтактных термометров, которые работают с точностью до нескольких градусов и подходят для высокотемпературных измерений. С их помощью можно измерять даже температуру открытого пламени.

Компания «Измеркон» предлагает как разные виды термометров, так и комбинированные устройства, в том числе манометры-термометры или гигрометры-термометры для автономной работы с энергонезависимой памятью, обеспечивающей постоянную фиксацию результатов измерений.

Источник

Как выбрать пирометр (2020)

Содержание

Содержание

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.

Читайте также:  Что такое измерение скорости тела

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.

Читайте также:  Твердость таблеток единицы измерения

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.

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.

Источник

Померяет температуру любому. Подробно о термометрах

Содержание:

Термометры — приборы, предназначенные для измерения температуры различных сред и широко применяемые в бытовых и промышленных целях. История появления этих незаменимых в быту и на производстве приборов восходит к XVII веку, к изобретению в 1597 году термоскопа Галилео Галилеем, знаменитым итальянским ученым. В отличие от современных термометров, термоскоп мог фиксировать только факт нагревания и охлаждения веществ.

Возможности определить точные значения температуры по градусной шкале появились только после внедрения разработок голландского физика Фаренгейта и шведского астронома и физика Цельсия (1742 г.), ставших основой для создания современных приборов измерения температуры.

Основные виды термометров

В зависимости от назначения и принципа действия термометры различаются на несколько основных видов, включая:

Жидкостные термометры, работа которых основана на свойстве жидкостей расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. В качестве рабочих жидкостей используются ртуть (ртутные термометры) или окрашенный спирт (спиртовые термометры), размещенные в тонких стеклянных сосудах с приложенной к ним градуированной вертикальной шкалой. Цена деления — 1 градус. Недостаток жидкостных термометров — хрупкость стеклянных компонентов.

Механические термометры используют эффект деформации (расширения) биметаллической спирали при нагревании. При изгибе спирали вследствие изменения температуры среды, соединенная с ней стрелка указывает значение температуры на циферблате термометра. Основное достоинство этого вида приборов — повышенная точность показаний и механической прочности системы в целом.

Газовый термометр состоит из емкости, заполненной азотом, гелием или водородом, соединительной трубки и измерительного устройства со шкалой. При повышении температуры газ расширяется, что отражается на показаниях прибора. Использование газа существенно увеличивает диапазон измерений до +1000 о С, что позволяет использовать газовые термометры для измерений в средах с повышенной температурой.

Электрические термометры удобно применять в качестве температурных датчиков. Устройство приборов основано на принципе увеличения сопротивления проводника при повышении его температуры. В зависимости от материала проводника диапазон измеряемых температур термометра существенно различается. Для термометра с платиновым проводником диапазон составляет -200 … +750 о С, с медным — -50 … +180 о С.

Читайте также:  Внесение поправок результаты измерений

Оптические (оптоволоконные) термометры содержат основной компонент — натянутое оптоволокно, растягивающееся и сжимающееся при колебаниях температуры. Преломление светового луча, проходящего через оптоволокно, фиксируется датчиком и передается на дисплей термометра.

Термоэлектрические термометры рассчитаны на измерение широкого диапазона температур (-100 … +2500 о С) и используют в работе свойство двух спаянных между собой разнородных проводников (термопары) создавать термо-Э.Д.С., которая фиксируется датчиком и передается на дисплей термометра. Температура фиксируется с точностью до 0,01 о С.

Инфракрасные бесконтактные термометры (пирометры) — приборы, предназначенные для бесконтактного измерения температуры. Устройство прибора позволяет улавливать тепловое излучение в инфракрасном диапазоне, исходящее от поверхности исследуемого объекта, в течение 1 секунды.

Принятый и сфокусированный оптической системой прибора луч передается на датчик температуры, преобразуется в электрический сигнал, который затем обрабатывается в счетно-измерительном устройстве и отображается на экране пирометра в виде цифрового значения температуры. Используется для измерений в диапазоне температур от -50 до 4000 о в промышленности, строительстве и в быту.

Контактные и бесконтактные термометры

Измерение температуры различных поверхностей может выполняться как контактным, так и бесконтактным способом. Контактный способ измерения, наиболее распространенный во всех сферах производства и в быту, осуществляется простым прикосновением термометра к предмету. Все перечисленные выше виды приборов для измерения температуры, за исключением части инфракрасных, отнесены к контактным.

Появившиеся не так давно инфракрасные термометры подразделяются на два вида:

  • контактные, используемые для измерения температуры тела детей и взрослых путем точечного прикосновения ко лбу или ушам (лобные, ушные термометры);
  • бесконтактные (пирометры), позволяющие определить температуру в пределах от-50 до 4000 о С на расстоянии от нескольких сантиметров до нескольких метров.

Термометры медицинские

Термометр медицинский — широкое понятие, включающее в себя значительный перечень приборов, служащих для измерения температуры пациентов в медицине.

Современная промышленность предлагает многочисленные варианты термометров для медицинской сферы, в которой широко используются как контактные, так и бесконтактные термометры, в том числе:

  • Ртутный, наиболее распространенный, основан на свойстве жидкостей расширяться при повышении температуры. Ртуть, размещенная в наконечнике термометра, при повышении температуры пациента расширяется и, поднимаясь по капиллярному столбику, указывает на фактический уровень температуры.
  • Термометр электронный широко используется как в медицине, так и в промышленных условиях. Принцип действия основан на свойстве металлического проводника (терморезистора) изменять электрическое сопротивление при изменении температуры окружающей среды. Электрические сигналы в преобразованном виде передаются на ЖК или светодиодное табло, где отражается уровень температуры.
  • Инфракрасный — контактный и бесконтактный.

Бытовые термометры

Без термометра трудно обойтись и в быту — их применяют в самых различных целях: для измерений температуры воздуха внутри и снаружи помещений, при приготовлении пищи и т. д.:

Термометр воздуха (метеорологический) используется для измерения температуры воздуха на определенной территории и представляет собой стеклянную трубку с запаянным внутри капилляром с колбой, наполненной спиртом (при необходимости измерения низких температур) или ртутью (для фиксации повышенных температур). Расширяясь или сужаясь в объеме, рабочая жидкость поднимается или опускается по градуированной шкале, указывая температурное значение.

Термометр комнатный — простейший прибор для измерения температуры воздуха в помещении и представляет собой градусную шкалу с закрепленной на ней капиллярной трубкой, заполненной окрашенным спиртом. При повышении температуры воздуха наполнитель расширяется, поднимаясь вдоль температурной шкалы.

Выносной термометр относится к разряду климатического оборудования и предназначен для одновременного измерения температуры воздуха внутри и снаружи помещения. Устройство содержит два блока с датчиками температуры, основной блок оснащен дисплеем, отображающим два значения температуры, и размещается внутри помещения.

Часы-термометр — электронное устройство, в котором объединены две функции — измерения времени и температуры. Смена индикации данных регулируется по времени, чаще всего — через каждые 10 сек. Питание — от сети, с использованием понижающего преобразователя напряжения.

Термометр-гигрометр — электронный или механический прибор, сочетающий в себе функции термометра для измерения температуры и гигрометра для получения данных о влажности воздуха в помещении или на улице в процентах относительной или абсолютной влажности.

Термометр температуры воды содержит щуп с датчиком температуры, соединенный с измерительным устройством, оснащенным градуированной шкалой.

Термометр кулинарный встречается в основном в электронном исполнении. Оснащен щупом с датчиком температуры, преобразователем сигнала и ЖК дисплеем, на котором отображаются данные о температуре блюд.

Термометр для мяса в классическом исполнении представлен комплектом из щупа и датчика с дисплеем, на котором отображается температура мясного блюда.

Термометр для холодильника может быть жидкостным или электронным. Рабочей жидкостью в первом случае служит спиртовой раствор или ртуть. Электронный термометр содержит резистор, реагирующий на изменения температуры и преобразователь сигнала с ЖК дисплеем.

Источник