(044) 221-93-73 (068) 867-43-47 (099) 423-46-53 (073) 041-80-26
Современные инфракрасные пирометры – измерение температуры без прикосновения

Принципы работы и типы пирометров

Стремительное развитие промышленности, различных технологических процессов, оборудования, ставит задачи точного и быстрого контроля температуры среды, деталей механизмов, сырья и др. При этом часто складывается ситуация, когда использование контактных методов измерения температуры невозможно в силу ряда причин. В частности, измерения температуры опасных для человека сред, деталей, находящихся в движении, под высоким напряжением, в труднодоступных местах. Для таких задач и были разработаны приборы для бесконтактного измерения температуры – инфракрасный бесконтактный термометр или пирометр.

ПИРОМЕТРЫ – это целая группа приборов для измерения температуры точки на исследуемом объекте, определенной области на объекте, или даже для получения двухмерного распределения температуры на заданной площади измерения. Принцип работы пирометров основан на оптическом методе измерения температуры. Известно, что нагретые до определенной температуры тела излучают электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне, причем интенсивность излучения зависит от температуры объекта. Именно эту интенсивность теплового излучения и регистрируют бесконтактные термометры – пирометры.

По способу измерения температуры в пирометрии существует два метода: радиационный (яркостной) и цветной. В первом случае используется зависимость от температуры энергетической яркости излучения в ограниченном частотном диапазоне. Ключевым элементом в таком приборе есть приемник, преобразующий падающее на него тепловое излучение в ток или напряжение. Его дополняет оптическая схема, собирающая излучение в определенном телесном угле, электронная схема, питание и индикация полученных результатов.

В цветном методе в основу положена зависимость цветных характеристик излучения нагретого объекта от температуры. Например, нагретые до 700-800 °С тела светят темно-оранжевым светом, при 1000-1200 °С цвет меняется на ярко-оранжевый с переходом в желтый, при 2000 °С цвет воспринимается как ярко-желтый, а после 2500 °С приближается до белого. Устанавливается температура путем сравнения цвета излучения исследуемого объекта с эталоном, чаще всего нитью лампы накаливания [1,3]. По рабочим спектральным диапазоном различают[1,4]:

 - пирометры полного излучения,
 - пирометры частичного излучения,
 - пирометры спектрального отношения.

Очевидно, что бесконтактные термометры имеют существенные преимущества по сравнению с контактными методами измерения температуры. Диагностика с помощью пирометра проводится мгновенно, не требует остановки технологических процессов или сложных механизмов, все измерения проводятся на безопасном для человека расстоянии. Контроль температуры с помощью инфракрасных термометров позволяет повысить качество продукции, предусмотреть аварийные ситуации, продлить срок эксплуатации оборудования. Пирометры – это идеальные профессиональные диагностические инструменты, обеспечивающие оператору максимальную безопасность и комфорт, вместе с тем высокоточный результат!

Технические характеристики пирометров

Оптическое разрешение (показатель визирования)

Оптическое разрешение – один из важнейших параметров пирометра – определяется как отношение диаметра пятна (круга) на исследуемой поверхности до расстояния от наблюдателя до объекта. В современных пирометрах показатель визирования может достигать значения порядка 300:1, однако на практике бывает достаточно и значительно меньших значений. Показатель визирования необходимо подбирать в зависимости от расстояния, на котором собираетесь проводить измерения и размеров объекта.

При неправильном нацеливании точность полученных результатов будет под вопросом. Необходимо, чтобы диаметр пятна был меньше, или в крайнем случае, соразмерным с областью, с которой снимаются показания. Идеально – в два раза меньше, но никак не больше. В таком случае в измерительную область попадают соседние объекты, и результаты измерений будут существенно искажены. На рисунке представлен инфракрасный термометр с показателем визирования 6:1 (с сайта компании Fluke).

Излучательная способность (коэффициент эмиссии)

Этот параметр называют еще коэффициентом черноты. Он определяет способность того или иного тела излучать в инфракрасной области спектра. Рассчитывается как отношение энергии, излучаемой поверхностью при заданной температуре, к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре.
Абсолютно черное тело – это некоторая физическая абстракция, которая однако нашла широкое применение в термодинамике, астрофизике и других отраслях науки. Это тело, которое способно поглощать электромагнитное излучение абсолютно всех длин волн, а также излучать тепловое излучение. Причем спектр излучения абсолютно черного тела определяется только его температурой, а интенсивность в зависимости от частоты описывается законом Планка.
Коэффициент эмиссии может изменяться от очень малых значений, порядка 0,1 до 1. У пирометры более дорогих моделей есть возможность ручной настройки коэффициента эмиссии. Неправильная установка данного параметра вносит наибольшие погрешности в процесс измерения температуры. Чтобы не ошибиться, стоит воспользоваться специальными таблицами, в которых приведены значения коэффициента эмиссии различных материалов и степени обработки поверхности. Существенно влияет на коэффициент эмиссии наличие оксидной пленки на поверхности. Так, излучательная способность окисленной стали 0,85, а полированной поверхности – 0,075. Также, этот параметр зависит от длины волны излучения. Для коротких длин волн коэффициент эмиссии высокий. Кроме того, коротковолновые яркостные пирометры обычно менее подвержены влиянию атмосферного поглощения. Для высокоточных измерений рекомендуется использовать радиационные бесконтактные термометры (пирометры), работающие в максимально коротковолновой области. Таким образом, мы подошли к еще одной важной технической характеристики пирометра:

Спектральный диапазон, или эффективная длинна волны.

Определяется как диапазон длин волн, в котором чувствительность инфракрасного термометра составляет 50% от максимума чувствительности. Может приводиться либо основная (эффективная) длина волны, либо ширина полосы, в которой достигается половина от максимального значения чувствительности. Как правило, приводится в мкм или нм, для широкополосных пирометров приводится диапазон длин волн, а для монохроматических - эффективная длина волны.

Как правильно выбрать пирометр?

Итак, для того чтобы подобрать оптимальную модель пирометра, которая отвечает именно Вашим задачам и потребностям, советуем дать ответы на следующие вопросы:

  • Определитесь, в каком температурном диапазоне Вы будете работать и с какими объектами. От этого зависит сложность прибора, а соответственно и его стоимость. Если температурный диапазон не широкий, то нет необходимости покупать дорогие пирометры. И наоборот, для прецизионных высокотемпературных измерений в сложных производственных условиях следует обратить внимание на более дорогие модели. Максимально возможный температурный диапазон для пирометров от -50 до 3000 °С.
  • Аналогично, расстояние, с которого будет проводиться измерения, и размеры исследуемого объекта. Для этого подберите соответствующий коэффициент визирования. Для измерения температуры малых объектов на больших расстояниях следует выбирать инфракрасные термометры с высоким коэффициентом визирования.
  • В каких условиях будет эксплуатироваться пирометр. Для каждого прибора указывается диапазон температур и влажности, в которых он будет нормально функционировать с постоянными метрологическими характеристиками. Здесь следует учесть возможность калибровки прибора при условии теплового удара, а также сохранение точности измерений при резкой смене температур. Правильно подобранная модель обеспечит долгую и эффективную эксплуатацию пирометра.
  • Определитесь с техническими требованиями к точности полученных результатов и возможной погрешности. Есть много моментов, которые могут влиять на точность полученных результатов.
  • Обратите внимание также на способ отображения информации. Современные пирометры как правило оснащены жидкокристаллическим дисплеем, на котором отображаются текущие результаты измерений. Более сложные модели могут определять усредненные, минимальные и максимальные значения, регистрировать данные, подключаться к компьютеру с целью дальнейшей обработки полученных результатов.

Обзор рынка пирометров.

В маркете измерительных приборов SIMVOLT Вы найдете широкий ассортимент пирометров и сможете подобрать бесконтактный термометр с необходимыми техническими характеристиками. Все представленные в этом обзоре пирометры можем условно разделить на несколько групп, которые будут отличаться по диапазону измерения, показателю визирования, а также по наличию дополнительных функций и возможностей. Соответственно эти параметры являются определяющими в формировании стоимости приборов.

Пирометры пистолетного типа з широкими возможностями.

К первой группе отнесем пирометры с диапазоном измерения температуры от -50 до 1000 °С. Эти инфракрасные термометры представляют собой оптимальное сочетание цены и качества. Благодаря небольшим размерам, высокой точности, малому весу и широкому диапазону измерения, портативные пирометры пистолетного типа приобрели особую популярность у пользователей. Легкие в использовании, с эргономичным дизайном, что позволяет работать одной рукой. Лазерное наведение автоматически включается при измерении и дает возможность особенно точно измерять температуру необходимой части. Такие пирометры оснащены рядом дополнительных возможностей, таких как фиксация результатов измерения на экране, фоновая подсветка для работы в условиях ограниченной освещенности, автоматическое выключение для экономии заряда батарей, функции минимального, максимального и усредненного значения результатов измерений, а также могут быть оснащены индикатором зарядки батареи и звуковой сигнализацией, которая своевременно сообщит о перегрузке. У этих пирометров как правило фиксированный коэффициент эмиссии.

Отдельно следует отметить пирометры двух специальных моделей UNI-T: UT932 та UT912, предназначенные для измерения температуры тела в условиях, когда контактными методами это сделать сложно, а также измерения температуры поверхности. У модели UT912 есть дополнительные возможности измерять температуру воздуха, а также она характеризуется более высокой точностью (± 0,3 °С для измерения температуры тела и ± 0,5 °С для температуры поверхности).

Технические характеристики  

 

 HT-822

 HT826

 DT-8828

 UT932

 UT912

Диапазон измерения

-50~380 ºC
-58 до 716 ºF

-50~550 ºC
-58 до 1022 ºF

-50...1000 ºC
-58ºF - 1832ºF

Тіла: 30-47 ºC
Поврх. 0-60ºC

Тіла:35-42,5ºC
Поврх. 0-60ºC

Точность

±2 ºC
или  ±2 %

±2 ºC
или ±2 %

± (2 – 5) °С, или±(1,5-3,5)%

± 0,5 ºC
± 2 ºC

± 0,3ºC
± 0,5ºC

D:S

8:1

80:1

16:1

10:1

10:1

Разрешение

0,1 ºC

0,1 ºC

0,1 ºC

0,1 ºC

0,1 ºC

Коэффициент эмиссии

0,95

0,95

Рег. 0,1-1,0

0,95

0,95

Лазерная указка

+

+

+

+

+

Отклик

не более 1 с

не более 1 с

не более 1 с

500 мс

500 мс

Питание

9 В

батарейки 9 В

9 В

батарейки 9 В

батарейки 9 В

Условия эксплуатации

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

Габариты

86х46х160мм

86 х46х160 мм

220x120x56 мм

270х40x90 мм

270х40x90 мм

Вес

130 г

130 г

290 г

180 г

185 г

 

Пирометры пистолетного типа с термопарой.

Во второй группе пирометры с более широкими возможностями измерения температуры как бесконтактным так и контактным способом, благодаря использованию термопары. Представленные модели комплектуются термопарами К-типа (из сплава хромель-алюмель) с температурным диапазоном от -50 до 1370 ºC. К преимуществам термопар можно отнести высокую надежность, чувствительность, возможность работы с высокими температурами и небольшую инерционность. Есть возможность измерять малые разности температур.

У этих пирометров регулируемый коэффициент эмиссии, нацеливатель (указка) на основе диодного лазера 630-670 нм, а также полный набор функциональных возможностей. Это и фиксация результатов измерения на экране, и фоновая подсветка для работы в условиях ограниченной освещенности, автоматическое выключение для экономии заряда батарей, и функции минимального, максимального и усредненного значения результатов измерений, звуковая сигнализация о перегрузке, а также индикатор зарядки батареи. Модельный ряд пирометров IR-821 -822 -823 отличается диапазоном измеряемых температур и дополнительно оснащен регистратором данных на 12 точек.

Технические характеристики 

.

 IR-821

 IR-822

 IR-823

 DT-8833

Диапазон измерения

IR: -50~850°С
ТК:-50~1370°С

IR: -50~1050°С
ТК:-50~1370°С

IR: -50~1350°С
ТК:-50~1370°С

IR:-50...800 ºC
ТК:-50..1370ºC 

Точность

-50~20°С: ±4°С
20~1050°С: ±1.5%

-50~20°С: ±4°С
20~1050°С: ±1.5%

-50~20°С: ±4°С
20~1050°С: ±1.5%

± 1.5% 

D:S

30:1

30:1

30:1

13:1

Разрешение

0,1 ºC

0,1 ºC

0,1 ºC

0,1 ºC

Коэффициент эмиссии

Рег. 0,1-1,0

Рег. 0,1-1,0

Рег. 0,1-1,0

Рег. 0,1-1,0

Спектральный диапазон

8-14 мкм

8-14 мкм

8-14 мкм

8-14 мкм

Лазерная указка

+

+

+

+

Отклик

не более 1 с

не более 1 с

не более 1 с

не более 1 с

Питание

9 В

9 В

9 В

9 В

Условия эксплуатации

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

Габариты

95 х 83х192 мм

95 х 83х192 мм

95 х 83х192 мм

180х106х48 мм

Вес

270 г

270 г

270 г

250 г

 

Профессиональные пирометры з регистрацией данных и возможностью подключения к ПК.

К этой группе отнесем высокоточные профессиональные пирометры, предназначенные для бесконтактного измерения температуры поверхности различных типов материалов. Они обеспечивают особо высокую точность измерения благодаря ручной настройке коэффициента эмиссии (от 0,1 до 1). Характеризируются широким диапазоном бесконтактного измерения температуры и высокой скорость отклика < 250 мс. Благодаря показателю визирования 50:1, можно измерять температуру на больших расстояниях. Возможность записывать и визуализировать результаты измерений на компьютере в режиме реального времени, позволяет оперативно контролировать ситуацию и принимать необходимые решения, не прерывая производственный процесс, контролировать температуру оперативно, мгновенно получать результаты измерений, например для нестационарных объектов или в условиях монтажа объектов в полевых условиях.

Максимальное, минимальное, усредненное, дифференциальное значение, подсветка LCD дисплея, звуковая сигнализация при превышении максимального и минимального значения температуры, автоматическая блокировка и отключение обеспечивают дополнительный комфорт в эксплуатации пирометров.

Серия инфракрасных термометров (пирометров) DT 8869 и DT 8868 дополнительно оснащена термопарой К-типа, а также двойной лазерной указкой для точного нацеливания. Когда пирометр находится на оптимальном расстоянии от исследуемого объекта, лучи от двух лазерных указок сходятся в одну точку.

Инфракрасный термометр AZ-8857 представляет собой уникальное сочетание пирометра и гигрометра, который одновременно дает информацию о трех параметры в климат-контроле: температуре воздуха / температуре поверхности / относительной влажность воздуха. Кроме того, оснащен дополнительными возможностями вычислять температуру мокрого термометра и точки росы.

Технические характеристики 

.

IR-861U,
863 U, 866 U

IR-862U

DT-8869, 8868

AZ-8857

Диапазон измерения

-50~1150 °C
-50~1650 °C
-50~2250 °C

-50~1350 °C

-50°С~ 1600 °С
-50
~ 1200 °С

-40 ~ 500 ° С

Точность

±1 до ±3°C

±2 до ±4°C

± 1 до ± 2 %

± 2 до ± 3 %,

D:S

50:1

50:1

50:1

8:1

Разрешение

0,1°C

0,1°C

0,1 до 1 °C

0,1°C

Коэффициент эмиссии

0,1~1,0

0,1~1,0

0,1~1,0

0,3~1,0

Спектральный диапазон

8 -14 мкм

8 -14 мкм

8 -14 мкм

8 -14 мкм

Лазерная указка

630~670 нм,
класс ІІ

630~670 нм, класс ІІ

двойная

Диодный лазер 670 нм

Отклик

менее 250мс

менее 250мс

менее 150мс

500мс

Питание

9 В

9 В

9 В

ААА батарейки

Условия эксплуатации

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

0 до 50 ºC
10 до 90 % RH

0 до 50 ºC
менш 80 % RH

Габариты

191х126х60мм

191,5х126,6 мм

180х95х45 мм

70х50х175 мм

Вес

299 г

290 г

250 г

140 г

Все вышеупомянутые пирометры являются современными, высокотехнологичными продуктами, отвечают самым высоким требованиям по качеству, безопасности и удобства эксплуатации, точности результатов измерений. Они найдут широкое применение в следующих отраслях производства и хозяйства:

  • в металургии,
  • в производстве полупроводников, пластмасс, стекла, бумаги, керамики и т.д.
  • в пищевой промышленности,
  • для трафаретной печати при измерении температуры красителей и сушке,
  • для диагностических работ, технического обслуживания / капитального ремонта электро- и теплооборудования,
  • для диагностических работ, технического обслуживания / капитального ремонта в системах вентиляции и кондиционирования, рефрижераторных установок,
  • для контроля свежеокрашенных частей, стерильных или агрессивных сред,
  • для диагностики транспортных средств,
  • для объектов под напряжением, электрических шин, трансформаторов и т.д.,
  • широко применяется в криминалистике,
  • в системах охраны труда и спасении людей,
  • в ммедицине, в частности в ветеринарии для измерения температуры тела животных.

И еще можно назвать очень много разнообразных областей применения инфракрасных термометров (пирометров) [1, 2]. Надеемся, что представленная информация помогла Вам определиться с моделью пирометра. В противном случае, обязательно обратитесь к высококвалифицированным консультантов SIMVOLT, которые помогут подобрать оптимальную модель под Ваши задачи. Помните, правильно выбранный пирометр обеспечит Вам прецизионный результат измерения температуры, а также гарантирует долгую и безотказную работу прибора !

Использованая литература:
http://temperatures.ru/pages/radiacionnye_termometry#opt 
http://temperatures.ru/pdf/Sergeev-1.pdf
http://bibliofond.ru/view.aspx?id=532604
http://uadoc.zavantag.com/text/1420/index-7.html

Перспективи та проблеми використання одноточкових промислових пірометрів як скануючи. Наталія Гоц, Віктор Засименко, 2000 Вимірювальна техніка та метрологія, № 57, 2000 р. 56-58
Технические характеристики приборов

Гнатюк Елена,
к.ф.-м. наук,
научный консультант SIMVOLT