Меню

Пирометр для измерения температуры стали



Как правильно измерить температуру пирометром — ошибки и правила.

Пирометр — это наиболее доступный и безопасный прибор для бесконтактного измерения температуры.

Причем он широко используется как в электричестве, так и в системах теплоснабжения.

Однако область его применения только этими отраслями не ограничивается. С его помощью замеряют температуру движущихся частей механизмов. Например, чтобы выяснить греется подшипник на двигателе или нет.

Выявляют перепады температур на смежных поверхностях – цилиндры компрессора в холодильных установках, или отдельные детали внутри автомобиля.

Допустим у вас греется двигатель по неизвестной причине и вам нужно выяснить почему. Для этого пирометром сначала замеряете температуру на выходном патрубке термостата и сравниваете ее с температурой радиатора.


Если разница очень большая, тогда скорее всего виноват термостат.

Еще один из вариантов применения – измерение температуры раскаленного металла для его правильной обработки.

Если это делать классическими термометрами, то вы потеряете драгоценное время на нагрев самой термопары. А беспроводным термокрасным пирометром, все это занимает буквально мгновение.

Вот сводная графическая миниатюра и расшифровка возможностей и областей применения пирометров:


Прибор этот безусловно хороший, но давайте подробнее рассмотрим вопрос, как же им правильно пользоваться. Ведь простое наведение лазерного луча и считывание показаний на электронном табло, не всегда гарантирует и дает корректные результаты.

При замерах существует множество погрешностей, о которых большинство пользователей даже не догадывается. Измерение температур при помощи оптического прибора, отличается от измерения температуры приборами контактными.

Вот основные ошибки, которые допускают новички:

    не учитывается материал, из которого сделан предмет измерения
    замеры производятся через стекло или в пыльном, влажном помещении
    температура самого пирометра значительно отличается от температуры окружающей среды
    измерения происходят слишком далеко от объекта, без учета конуса расширения луча
    экономные «специалисты» пытаются работать прибором наподобие тепловизора на больших площадях, не учитывая при этом частоту обновления показаний девайса

Рассмотрим все эти моменты более подробно.

Когда вы измеряете градусы контактным термометром, вы по факту делаете замер только температуры тела. А вот если вы попытаетесь тоже самое проделать на некотором расстоянии, то вы попутно измерите все те волны и лучи, которые не зависимо от вашего желания так или иначе попадают в объектив пирометра.

А попадает туда не только то излучение, которое испускает тело.

И если при этом не знать как правильно настраивать пирометр, то прибор будет показывать полную белиберду.

Что это за помехи, которые влияют на точность измерения? При работе с инструментом в его объектив попадает 3 составляющих:

    лучи, которые тело пропускает через себя
    лучи, которые оно испускает (это его собственная температура)
    отраженные лучи от окружающих предметов

Пропускаемые лучи в расчетах обычно не учитываются, потому то большинство тел попросту непрозрачны для них. Поэтому в расчет берутся только две величины:

    коэффициент излучения или коэффициент эмиссии

Причем вас в большей степени должен интересовать именно коэфф. излучения, так как это и есть та самая температура, которую имеет тело.

В этом плане стоит заметить, что пирометр не может измерять температуру предмета, который находится за стеклом, в дыму или тумане.

Стекло для оптики прибора – это не прозрачный элемент, а отдельный объект, выделяющий свое собственное излучение. Поэтому его нужно убирать из области замера.

Большинство тел и поверхностей нас окружающих, имеют коэффициент излучения равный 0,95. Именно такие заводские настройки изначально выставляются на приборах.

Причем на дешевых моделях, они жестко встроены в программную составляющую раз и навсегда, и изменить вы их не сможете. На более дорогих аппаратах, данный коэфф. можно регулировать вручную.

Для чего это необходимо делать? У разных по составу и свойствам тел, коэфф. излучения отличается. И чем он выше, тем точнее будут результаты измерения температуры пирометром.

Например, если он составляет величину К=0,95, то у вас на отражение остается всего 5%. Ошибка, которую будут вносить эти самые 5%, будет крайне мала и ей можно пренебречь.

Но дело в том, что на практике как в электричестве, так и в отоплении, нас мало интересуют предметы с высоким коэффициентом излучения. К таковым относятся стены, пол, поверхность стола, предметы мебели и т.д.

Читайте также:  Аппарат для измерения цвета

Пирометром мы в первую очередь измеряем медные или алюминиевые контакты, радиаторы батарей отопления, трубы, хромированные полотенцесушители и т.п.

Все они имеют яркую блестящую поверхность, которая как раз-таки и вносит существенную ошибку в данные замеров. При этом есть определенный нюанс.

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.

В большинстве случаев, нельзя просто так направить луч, нажать курок и тут же получить правильный результат измерения на табло. На блестящих нагретых предметах все пирометры начинают сильно врать.

И зависит эта погрешность напрямую от коэффициента излучения. Вот подробная таблица коэффициентов излучения различных материалов. Этими данными необходимо пользоваться каждый раз при замерах пирометрами.

Чтобы повысить точность измерений, стоит покупать более дорогие модели с возможностью выставления этих коэфф. внутри программных настроек.

Замерить температуру материалов, которых нет в таблице, можно двумя способами. Использовать “мишень” с известным коэфф., накладывая ее на измеряемый объект.

Или сначала определить контактным термометром температуру поверхности, и затем меняя значения в приборе, добиться примерного совпадения.

Процесс правильного замера пирометром будет выглядеть следующим образом.

Определяете материал из которого сделан предмет (сталь, медь, алюминий). Далее в таблице ищите его коэффициент излучения и заносите эту поправку в сам прибор.

И только после этого направляете луч инфракрасного пирометра на объект.

При таком измерении вы действительно получите близкие результаты к фактической температуре. Ну а те девайсы, в которых заводом жестко установлен коэфф.=0.95, попросту будут врать при каждом замере.

Под каким бы углом вы не направляли луч, как близко бы не подносили прибор к поверхности, искажения в любом случае будут. И здесь речь уже идет не об одном или двух градусах.

Погрешность может составлять десятки единиц!

Кстати, отдельно стоит сказать о расстоянии. По сути, луч пирометра измеряет температуру некой точки или круга.

При этом не путайте точку лазерного целеуказателя и пятно замера. Это разные вещи. Они отличаются размерами на несколько порядков.

Если вы находитесь на большом расстоянии от объекта, то и это пятно или круг увеличиваются по площади. Соответственно для более точных измерений, прибор следует подносить как можно ближе.

Например, у большинства моделей, конус который они видят, имеет соотношение 12 к 1.То есть на расстоянии в 1.2 метра, вы можете без погрешности измерить температуру тела диаметром 10см, не более.

Хоть это и считается нормальным параметром, но лучше подносить прибор поближе. Так как при замере у вас может дрогнуть рука, либо прицел собьется, и в итоге вместе с требуемой поверхностью, вы измерите и соседнюю, которая внесет свой вклад в общие показания.

Так как указано на фото ниже, измерять температуру модульных автоматов не желательно. Вы невольно вместо одной фазы, захватите и соседнюю, что внесет ошибку в данные. Расстояние между ними слишком маленькое.

То же самое относится и к замерам клеммных колодок и зажимов. Подносить пирометр к ним нужно максимально близко.

Читайте также:  Прибор для измерения гармоник тока

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.

Еще один важный параметр пирометра помимо точности – частота обновления показаний. Особо важно иметь высокую частоту при сканировании и сравнении температур на больших поверхностях.

Прибор в этом случае, как бы имитирует работу тепловизора и ищет максимумы и минимумы.

Очень хорошими показателями считаются результаты от 250мс и меньше. Обладают подобными параметрами только известные бренды. Например, тот же Fluk.

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:

Источник

Новый метод измерения температуры расплавов металлов

На сегодняшний день проблема с измерением температуры реальных объектов с использованием тепловизоров и пирометров окончательно не решена. Широкое распространение получили односпектральные пирометры или пирометры частичного излучения. Для точного измерения в таких пирометрах необходимо устанавливать величину излучательной способности (ИС) поверхности контролируемого изделия. Но часто величина ИС неизвестна или сведения о ней неточны, вследствие чего ошиб-ка измерения может достигать десятков и сотен процентов.

Читайте также:  Остер как меня измерить

Частично эту проблему можно решить, применив двухспектральные приборы. Однако, ограничения, накладываемые на ИC при проведении измерений, иногда приводят к погрешностям большим, чем у пирометров частичного излучения. Так, если ошибка в величине ИС для пирометра частичного излучения в 1% в области 1 мкм приведет к погрешности в определении температуры примерно на 0,1%, то при отклонении от линейности ИС на 1% у пирометров спектрального отношения 0,7 — 1 мкм температура будет определена с погрешностью 1,5%, т.е. в 15 раз больше. К сожалению, ИС поверхности металлов изменяется с длиной волны, что ограничивает возмож-ность использования пирометров спектрального отношения для контроля их температуры. Пирометры других типов наша промышленность сегодня серийно не выпускает.

В ряде работ отечественных и зарубежных авторов предложены методы измерения температуры расплавов металлов без знания величины ИС. Используя математический расчет, изложенный в [1], нами был разработан многоспектральный пирометр С-3000, измеряющий температуру сплавов железа в диапазоне 1200 – 1800°С.Внешний вид пирометра представлен на рис. 1.

  • точность — 1%;
  • разрешающую способность — 1°С;
  • показатель визирования — 1:100.

Конструктивно пирометр выполнен в виде двух блоков — измерительной головки и блока индикации, которые могут быть разнесены на сотни метров. Проводилась проверка пирометра на индукционной печи. Пирометр был установлен на расстоянии 1,2 — 1,5 м под углом ≈45° к зеркалу металла. В процессе нагрева расплава одновременно регистрировалась его температура пирометром частичного излучения (1,2 мкм) и периодически погружной термопарой.

Инструментальная погрешность пирометров определялась предварительной градуировкой на модели АЧТ и составила 1%.

На рис. 2 представлены результаты измерения температуры поверхности металла при медленном разрушении окисной пленки за счет перемешивания металла.

Рис.2 Результаты измерения температуры расплава стали от времени при интенсивном перемешивании. 1 — С-3000, 2 — пирометр частичного излучения.

Показания контактного датчика соответствовали 1520°С.

Как видно из рисунка, пирометр С-3000 показывает стабильную температуру в диапазоне 1515°±10°С и температура медленно повышается до величины 1525°±5°С.

Нестабильность температуры связана с неравномерностью прогрева поверхности металла и может служить дополнительной информацией о качестве разогрева расплава. Необходимо отметить, что собственные шумы пирометра С-3000 менее 1°С. В результате измерения температуры пирометром частичного излучения в той же точке при величине ИС равном 1,0 получено значение температуры 1475°±10°С и последующее снижение ее до величины 1450°±5°С. Поверхность чистого металла имеет более низкую величину ИС и при увеличении истинной температуры, поток, излучаемый с поверхности металла, уменьшился, поэтому показания пирометра частичного излучения снизились на 25°, что привело к неправильной оценке уровня температуры. Повышение температуры на 5°С, зафиксированное пирометром С-3000, соответствует дополнительному нагреву металла, в результате которого усилилось перемешивание и произошло разрушение окисной пленки.

Рис.3 Результаты измерения температуры расплава при ипользовании функции «антидым». 1 — С-3000, 2 — пирометр частичного излучения

При измерении температуры расплава на показания пирометра определенное влияние может оказывать экранирование поверхности объекта дымом. В пирометре С-3000 введена функция «антидым», позволяющая уменьшить влияние дыма на показания пирометра и повысить достоверность результатов измерений. Результаты измерений с использованием данной функции представлены на рис. 3. Как видно из рисунка, показания пирометра С-3000 уменьшились до величины 1670°С и оставались стабильные с точностью ±3°С, в то время, как показания пирометра частичного излучения изменялись в диапазоне 1575-1615°С.

  1. Разработан многоспектральный пирометр С-3000, позволяющий измерять температуру сплавов железа в диапазоне 1200°-1800°C с точностью 1% без корректировки на величину излучательной способности материала.
  2. Проведены испытания многоспектрального пирометра С-3000 на индукционной печи при контроле расплава стали, которые подтверждают метрологические характеристики прибора.
  3. Выполнено сравнение результатов измерения многоспектральным пирометром С-3000 и пирометром частичного излучения, показавшее значительное снижение методической погрешности при проведении измерений пирометром С-3000 и возможность его использования в условиях, когда пирометры частичного излучения применяться не могут.
  4. Опробована функция пирометра «антидым», которая позволила повысить точность измерения и снизить влияние человеческого фактора на результаты контроля температуры.
  5. Пирометр С-3000 снабжен электронным самописцем температуры, позволяющим документировать полученные данные, что повышает качество выполнения процесса измерения.

Библиография:
Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур. М.: Наука, 1982.

Источник