Меню

Виды пирометров применяемых для измерения температуры



Для чего нужен пирометр и как измерять температуру бесконтактным методом

Для измерения температуры различных поверхностей используют различные датчики, том числе и пирометр. Работает он довольно просто и быстро. А что представляет собой пирометр, давайте разберемся.

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.

Область применения

Достаточно широкое применение нашлось для пирометров на тех производствах, где установлено большое количество нагревательных приборов. В области строительства и теплоэнергетики они используются для расчета теплопотерь конструкций, в том числе пирометр помогает выявить повреждения теплоизоляции.

В промышленности подобные приборы дают возможность подвергать анализу температуру всевозможных процессов дистанционно. Это бывает необходимо, например, в машиностроении, металлургии и в прочих отраслях промышленности.

Так, электрики проверяют уровень нагрева мест соединения проводов, а автослесари проверяют нагрев деталей машины. Ученым пирометры приходят на помощь во время осуществления различных исследований или опытов: так они определяют верность показателей температуры веществ и тел.

В быту люди применяют подобные устройства для определения температуры тела, воды, еды и др.

Типы и классификация

В зависимости от функционального признака, выделяют несколько классификаций пирометров.

По существенному методу, используемому в работе:

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).

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.

Технические характеристики

Пирометр обладает рядом параметров, которые характеризуют его функциональность. Выбор желаемой модели аппарата осуществляется по их значениям. Обратимся к основным из них.

Оптическое разрешение

Так называют показатель отношения диаметра пятна инструмента к расстоянию до предмета. Эта функция зависит от угла объектива устройства: чем он больше, тем значительную площадь он сможет охватить. Важнейшим фактором точности измерения является наложение пятна исключительно на материал поверхности. Если площадь превышена, измеренное значение скорее всего будет неточным.

СПРАВКА. У каждой модели пирометра разное оптическое разрешение. Разница между ними внушительная, например, от 2:1 до 600:1. Последнее соотношение характерно для профессиональных устройств. Как правило, используются они в тяжелой промышленности. Оптимальным показателем для бытовых и полупрофессиональных пирометров считается 10:1.

Рабочий диапазон

Диапазон действия прибора зависит от пирометрического датчика и, зачастую, варьируется от -30 °С до 360 °С. Так, для бытового использования подойдут почти все виды пирометров, если учесть максимальную температуру теплоносителя в системе отопления до 110 °С.

Погрешность

Погрешность предполагает уровень возможных отклонений значений температуры и зависит от точности пирометра. В среднем допустимые отклонения — не превышающие 2% от нормы.

Коэффициент излучения

Данный параметр представляет собой отношение мощности текущего температурного излучения к такому же показателю эталонного абсолютно черного тела.

СПРАВКА. Для матовых материалов коэффициент излучения равняется 0,9-0,95. По этой причине большее количество приборов подбираются именно на это значение. Результат будет заметно отличаться от реального, например, в случае измерения степени нагрева поверхности блестящего алюминия.

В целях более точного измерения многие модели оснащаются лазерной указкой. При этом световой луч размещается не в центре, а указывает оптимальную границу области измерения.

Преимущества и недостатки

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

  • 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 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.

Читайте также:  Метод амперметр вольтметр измерение заземление

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.

СПРАВКА. Приобрести оптический пирометр возможно по весьма доступной цене: минимальная стоимость такого прибора составляет 6000 рублей, максимальная — 30000 рублей.

Источник

Пирометр. Виды и устройство. Работа и применение. Как выбрать

Чтобы измерить температуру бесконтактным методом, используется пирометр, в народе его еще называют инфракрасный термометр. Это высокоточное оборудования позволяет измерять температуру, находясь в нескольких метрах от объекта.

Сейчас такое оборудование используется не только в промышленности, энергетики, медицине и других областях, есть и бытовые аппараты. Стоимость мобильных приборов невысокая, поэтому они эффективно применяются для контроля хранения продуктов, медикаментов, ими оснащаются пожарные команды и т.д.

Виды пирометров

Пирометр представляет собой сложное устройство, при помощи которого на расстоянии можно измерить температуру объекта в диапазоне от -50° до +3000°. Есть много технологий измерения и расшифровки инфракрасного излучения. Такие приборы классифицируют:

По методу работы:
  • Инфракрасные пирометры, у них также есть другое название — радиометры, в основе их работы лежит радиационный метод, а для точности наведения, они оснащаются лазерными прицелами.

  • Оптические, они работают в диапазонах видимого и инфракрасного излучения.
Оптические приборы имеют свою классификацию:
  • Яркостные, их принцип работы основан на сравнении цвета излучения встроенной нити и исследуемого объекта.
  • Цветовой, работает на основе сравнения яркости тела в разных областях спектра.
По коэффициенту излучения. Он может быть фиксированным или переменным.
По способу перемещения:
  • Стационарные устройства используются в разных отраслях промышленности.

  • Мобильные варианты используются в быту или там, где важна мобильность прибора.
По диапазону измерений:
  • Низкотемпературные пирометры могут измерять отрицательные температуры от -50°.
  • Высокотемпературные — они позволяют измерять температуру +400° и больше.
Устройство прибора

Несмотря на то, что существует большой выбор приборов, которые отличаются по размерам, возможностям и своему назначению, устройство у них практически одинаковое.

Стандартные приборы внешне походят на пистолет, и в своем составе имеют такие элементы:

  • Если присутствует лазерное наведение, то объект должен находиться в зоне прямой видимости. У оптоволоконных приборов есть оптоволоконный кабель, который можно изгибать. Недостатком является то, что кабель надо расположить от объекта на определенном расстоянии, что не всегда удобно, зато сам измерительный прибор будет находиться на безопасном расстоянии вне зоны действия высокого давления, электромагнитных излучений и т.д.
  • Пирометр может иметь аналоговый или цифровой экран.
  • Чтобы обеспечить точность измерений, диаметр измеряемой поверхности, должен быть не менее 15 мм.
  • Кроме визуального контроля температуры, пирометры имеют и звуковое оповещение, оно срабатывает, когда достигается определенная граница измерений.
  • При выполнении нескольких измерений, есть возможность определить среднее значение.
  • Имеется возможность сохранения в памяти полученную информацию.
  • В большинстве современных устройствах уже есть USB выход, что позволяет быстро и просто считывать с них информацию.
Принцип действия

Рабочими элементами в инфракрасном пироскопе являются линза, приемник инфракрасного излучения и экран, на котором можно увидеть результаты измерений. От исследуемого объекта идет инфракрасное излучение, которое при помощи линзы фокусируется, а затем направляется в приемник, который может быть в виде полупроводника или термопары, а когда их несколько, то термобатареи.

Когда ИК-приемник нагревается, то изменяется напряжение, в случае использования термопары или сопротивление, когда используются полупроводники. Эти изменения при помощи электронной системы преобразуются в показания температуры и выводятся на дисплей.

Изменение температуры измеряемого объекта приводит к изменению его инфракрасного излучения и это все отражается на экране пироскопа. Для проведения измерений, надо просто навести пироскоп на исследуемый объект, нажать на спусковой крючок и зафиксировать полученный результат. При помощи кнопки, можно выбрать измерение температуры по шкале Фаренгейта или Цельсия.

Область применения

Основные сферы деятельности, где могут использоваться пирометры:
  • Строительство и теплоэнергетика. В этой области они используются для расчета теплопотерь зданий, также они помогают искать повреждения теплоизоляционного слоя на трубах, стенах и других объектах.
  • Бытовое применение. В бытовых условиях при помощи таких приборов определяют температур тела, воды, еды, деталей автомобилей и др.
  • Промышленность. Такие приборы позволяют на расстоянии анализировать температуру различных процессов, как в машиностроении, металлургии, так и в других областях промышленности.
  • Наука. Здесь они используются для определения точной температуры веществ и предметов, во время проведения различных опытов и исследований.
Как выбрать пирометр
Надо обращать внимание на следующие характеристики:
  • Диапазон измеряемых температур, надо учитывать, с какой целью вы его собираетесь использовать.
  • Спектральный диапазон, он должен соответствовать тому спектру, в котором планируете выполнять измерения.
  • Тип прицела, он может быть лазерным или оптическим, его выбор зависит от расстояния до объекта.
  • Оптическое разрешение, этот параметр характеризует расстояние до объекта и его размер.
  • Прибор одно- или двухцветный, первый вариант более популярный, а второй используют, когда обследуемый объект движется или быстро меняет температуру.
  • Наличие звуковой сигнализации, она срабатывает, когда значения температуры выходят за установленные пределы.
  • Способ вывода результатов, они могут просто выводиться на экран, запоминаться или передаваться на компьютер.
Читайте также:  Как измерить диаметр камня линейкой
Достоинства инфракрасных пирометров:
  • Простая конструкция, поэтому они редко ломаются.
  • Удобная и несложная эксплуатация.
  • Невысокая стоимость.
  • Мобильность.
  • Хорошая разрешающая способность.
  • Способность проводить измерения температуры до — 50 градусов.
Наличие большого числа преимуществ, делают пирометр популярным и распространенным, но есть у него и некоторые недостатки:
  • Результат измерений будет зависеть от излучательной способности предмета, температура которого измеряется. Для компенсации такой погрешности, на современных приборах есть соответствующие регулировки.
  • На точность проводимых измерений имеет влияние расстояние между прибором и объектом.

Главное преимущество оптических пирометров в том, что точность измерений не зависит от излучательной способности предмета и от расстояния до него. Современные оптические пироскопы будут давать погрешность в 1 градус в диапазоне температур 600-2400°С. Основным их недостатком является высокая цена. Такие пирометры менее популярные, по сравнению с инфракрасными приборами.

Особенности работы

Чтобы получить максимально точные результаты измерений, надо четко соблюдать расстояние, с которого оно выполняется, узнать его можно из инструкции к каждому прибору.

Некоторые пирометры имеют спусковой механизм, который работает в двух положениях. Если клавишу нажать до половины, то можно сканировать неоднородные по температуре участки. На дисплее результат будет постоянно меняться. Во втором положении, определяется наивысшая температура, после чего она фиксируется на экране.

Наличие переключателя коэффициента излучения помогает правильно настроить пирометр и получить точные результаты. В комплекте с пироскопом, обычно есть таблица, согласно которой проводятся такие настройки.

Как и любые другие приборы, пирометры имеют свои недостатки, но благодаря им можно измерять температуру объекта бесконтактно, что делает их в некоторых случаях просто незаменимыми. Современные бытовые устройства имеют доступную стоимость и способны обеспечивать необходимую точность измерений.

Источник

Пирометры. Виды и устройство. Измерения и применение

Пирометры это приборы для определения температуры объекта бесконтактным методом. Особенностью пирометра является его невысокая стоимость. Чтобы измерить температуру объекта, необходимо направить на него прибор, в результате определяется его температура.

Виды

Пирометры классифицируются по определенным признакам, и разделяются на основные виды.

По основному принципу действия:
  • Оптические устройства, действующие в диапазонах спектра видимого света и инфракрасных невидимых лучей.

1 — Объектив
2 — Ослабляющий светофильтр
3 — Лампа
4 — Нить накаливания лампы
5 — Милливольтметр
6 — Реостат
7 — Движок реостата
8 — Монохроматический светофильтр
9 — Окуляр
10 — Кольцевая рукоятка реостата
11 — Рукоятка прибора

Принцип его работы основан на сравнении яркости излучения объекта с яркостью нити, излучение которой заранее известно. Луч света от нагретого объекта по объективу попадает в прибор. Далее по окуляру наблюдатель видит и сравнивает яркость объекта с яркостью нити температурной лампы.

Такое сравнение производят в монохроматическом свете, который создает специальный светофильтр. Нить накаливается от аккумулятора, ее накал регулируют реостатом. Температуру определяют по показанию милливольтметра пирометра, который имеет градуировку в градусах соответственно накалу нити.

  • Радиометры (инфракрасные), применяющие радиационный способ для ограниченного интервала инфракрасных лучей. Оснащаются лазерным указателем для обеспечения точности наведения.

1 — Объектив
2 — Диафрагма
3 — Лампа
4 — Медный кожух
5 — Корпус
6 — Светофильтр
7 — Окуляр
8 — Накал
9 — Милливольтметр
10 — Накал

Принцип их работы заключается в том, что тепловое излучение от нагретого объекта улавливается и фокусируется чувствительным элементом прибора, который соединен с термопарой. Прибор состоит из корпуса с объективом. Чувствительная часть пирометра выполнена в виде крестообразной платиновой пластины, к которой припаяны 4 спая термопар, выполненных в виде термобатареи.

При охлаждении или нагревании чувствительного элемента нагреваются и эти термопары. Термопары и платиновая пластина находятся в стеклянной лампе, закрытой медным кожухом, в котором есть отверстия для тепловых лучей, проходящих на чувствительный элемент. По цоколю лампы отведены концы термопар и подключены к клеммам.

При наведении пирометра необходимо добиться того, чтобы объект оказался в телескопе и закрыл поле зрения. Четкость изображения достигают передвижением окуляра. Для предохранения глаза человека от яркого света пользуются светофильтром. Он передвигается ручкой, находящейся возле клемм.

Оптические устройства также разделяют:
  • Цветовы е , мультиспектральные, действующие путем сравнения энергии яркости предмета с другими областями спектра. Они применяются минимум для двух исследуемых участков.
  • Яркостные пирометры. Их называют устройствами с пропадающей нитью. Работа основана на сравнении излучения поверхности со значением излучения нити, по которой проходит электрический ток. Величина силы тока и является значением исследуемой температуры объекта.
По методу прицеливания пирометры разделяют:
  • С лазерным прицелом.
  • С оптическим наведением.
По виду коэффициента излучения:
  • С постоянным коэффициентом.
  • С переменным коэффициентом.
По методу перемещения:
  • Переносные (мобильные), применяемые на производственных участках, где необходима мобильность измерений. Предназначены для эксплуатации в тяжелых климатических и промышленных условиях. Имеют повышенное оптическое разрешение, что позволяет определять тепловое состояние предметов размером 5 мм. Переносные устройства применяются в различных сферах промышленности для измерения температуры и слежения за сложными технологическими процессами, которые связаны с соблюдением температурного режима.

  • Стационарные пирометры, применяемые в тяжелой промышленности. Служат для постоянного контроля над процессом производства в литейном производстве металлов, а также изготовления пластиковых элементов. Их монтируют в труднодоступных местах, где нет возможности применить датчики температуры с точки зрения безопасности работников.
Читайте также:  Обозначение измерений снимаем мерки

По рабочей температуре:
  • Высокотемпературные (более +400 градусов). Служат для измерения высоко нагретых предметов.
  • Низкотемпературные (до -30 градусов). Служат для исследования температуры тел при отрицательных величинах.
Устройство и работа

Температуру можно измерять различными устройствами, которые разделяют на контактные модели, и с дистанционным методом измерения. Пирометры относятся к приборам с дистанционным принципом действия.

Пирометр стандартного исполнения выполнен в виде пистолета. На нем имеется маленький жидкокристаллический индикатор, на котором выводится информация измеряемых параметров температуры.

Удобный корпус и панель управления, лазерное наведение и повышенная точность сделали популярным этот инструмент среди инженерно-технических работников. Дисплей прибора может быть цифровым или аналоговым. Для обеспечения необходимой точности измерения, диаметр поверхности излучения допускается не меньше 15 мм

В функции пирометра обычно включены:
  • Визуальный и звуковой сигнал при достижении определенной границы измерения.
  • Определение наибольшего и наименьшего значения среди серии замеров.
  • Встроенная память для сохранения информации.

Инновационные модели пирометров оснащены USB выходом для передачи информации на внешний носитель или компьютер.

Работа пирометра заключается в идентификации тепловых волн, излучающихся от нагреваемой поверхности. Схема прибора изображена ниже.

1 — Измеряемый объект
2 — Тепловое излучение
3 — Оптика
4 — Зеркало
5 — Видоискатель
6 — Ось видоискателя
7 — Измерительно-счетное устройство
8 — Электронный преобразователь
9 — Корпус
10 — Кнопка
11 — Датчик

Тепловое излучение поступает на датчик пирометра через раструб. В датчике энергия тепла преобразуется в сигнал электрического тока. Мощность этого полученного сигнала имеет зависимость от температуры исследуемого объекта. Чем больше температура, тем большая величина тока возникает в датчике.

Далее сигнал поступает на электронный преобразователь, который подает информацию на жидкокристаллический экран. Одной из разновидностей пирометров являются тепловизоры, которые работают по принципу сравнивания спектра излучения тепла с образцовым спектром.

На многоцветном экране появляется проекция картинки от воздействия теплового излучения объектов, попавших в зону действия прибора. С помощью параметров спектра определяют значение температуры и наглядно наблюдают ее динамическое изменение на поверхности материала. Тепловизоры стали популярными для контроля функциональности отопления жилых домов, а также выявления мест утечки теплоносителя, находящегося в скрытой области.

Технические параметры

Функционирование пирометров сопровождается своими определенными параметрами, которые учитываются при выборе модели прибора, основные из таких параметров рассмотрим подробнее.

Оптическое разрешение

Этот параметр определяет площадь исследуемого предмета для измерения температуры, и зависит от угла обзора объектива прибора, чем больше угол обзора, тем больше возможная площадь исследования, с учетом удаленности до объекта.

Основным условием выполнения точного исследования является наведение прибора именно на измеряемую поверхность. Если захват площади будет больше, то температура определится с большой погрешностью. Оптическим разрешением называется величина отношения размера (диаметра) захвата пирометра к удаленности до объекта.

Этот параметр зависит от модели устройства и колеблется в значительных пределах: от 2:1 до 600:1. Показатель с более высоким разрешением относится к профессиональным пирометрам, используемым для измерения температуры поверхностей в промышленном производстве. Для бытовых условий вполне подойдут модели пирометров с оптическим разрешением 10:1.

Рабочий диапазон

Величина диапазона работы зависит от свойств датчика прибора. Чаще всего этот параметр находится в пределах -30 +360 градусов. Для бытовых нужд вполне подойдут любые виды пирометров, так как в системе отопления наибольшая температура теплоносителя не превосходит 110 градусов.

Точность

Эта величина показывает пределы колебаний температуры при измерении, и зависит от правильности настройки прибора. Средняя величина точности пирометров равна 2%.

Коэффициент излучения

Отношение мощности излучения тепла исследуемой поверхности к мощности излучения абсолютно черного тела называют коэффициентом излучения. Черные неблестящие предметы имеют коэффициент излучения, равный 0,95. Поэтому многие приборы дистанционного измерения температуры имеют настройки на эту величину.

Однако, при попытке измерения температуры предмета, выполненного из алюминия, и отполированного до блеска, величина температуры на экране прибора будет иметь большие отличия от действительной температуры.

Для обеспечения необходимой точности исследований температурного режима большинство приборов оснащают лазерной указкой, с помощью которой пятно света находится не в центре, а определяет оптимальную границу измерения.

Правила пользования

После покупки устройства следует тщательно изучить прилагаемую инструкцию. Правила применения прибора несложные. Неправильное пользование пирометром приведет к большой погрешности измерения, или к возникновению неисправностей.

Рекомендуется следовать некоторым правилам при применении этого устройства.
  • Включить прибор.
  • Направить на исследуемую поверхность раструб.
  • Лазерной указкой определить пределы измерений.
  • После приведения прибора в рабочий режим на дисплее появится величина температуры. От конструктивных особенностей прибора зависит, будут ли сохранены данные в память пирометра или они заменятся следующими данными.

Обычный человек легко справится с практическим использованием пирометра. Для фирм, монтирующих и проектирующих автономные отопительные системы, они стали необходимым прибором.

Сфера применения

Широкую популярность пирометры приобрели на производстве с наличием оборудования теплоэнергетики: паропроводы, теплотрассы, бойлеры, различные нагревательные устройства.

Нередко пирометрами пользуются в сфере электроэнергетике для измерения элементов в распределительных щитах, трансформаторах,кабелей и контактных соединений.

В металлургической отрасли такими приборами измеряют температуру прессов, станков, печей. В электронной промышленности его используют для замера уровня нагревания деталей и компонентов схем.

Автолюбители используют их для диагностики двигателя автомобиля. Другими сферами применения этого полезного прибора являются: определение нагрева электродвигателей, узлов транспортных средств, температуры при хранении пищевых продуктов.

При обследовании сооружений и жилых домов состояние функционирования отопления, кондиционирования и вентиляции, контроля холодильного оборудования пирометры являются незаменимыми помощниками.

Источник