(044) 221-93-73 (068) 867-43-47 (099) 423-46-53 (073) 041-80-26
Сучасні інфрачервоні пірометри – вимірювання температури без дотику

Принципи роботи та типи пірометрів

Стрімкий розвиток промисловості, різноманітних технологічних процесів, високотехнологічного обладнання ставить задачі точного і швидкого контролю температури середовища, деталей механізмів, сировини та ін. При цьому часто складається ситуація, коли використання контактних методів вимірювання температури є неможливим з огляду на ряд причин. Зокрема, вимірювання температури небезпечних для людини середовищ, деталей, що перебувають в русі, під високою напругою, у важкодоступних місцях. Для таких задач і були розроблені прилади для безконтактного вимірювання температури – радіаційні безконтактні термометри або пірометри

ПІРОМЕТРИ – це ціла група приладів для вимірювання температури точки на досліджуваному об’єкті, певної області на об’єкті, або навіть для отримання двомірного розподілу температури на заданій площі вимірювання. Принцип роботи пірометрів ґрунтується на оптичному методі вимірювання температури. Відомо, що нагріті до певної температури тіла випромінюють електромагнітні хвилі в інфрачервоному діапазоні, причому інтенсивність випромінювання залежить від температури об’єкта. Саме цю інтенсивність теплового випромінювання і реєструють безконтактні термометри – пірометри.

За способом вимірювання температури в пірометрії існує два методи: радіаційний (яскравісний) та кольоровий. В першому випадку використовується залежність від температури енергетичної яскравості випромінювання в обмеженому частотному діапазоні. Таким чином, ключовим елементом в такому приладі є приймач, що перетворює падаюче на нього теплове випромінювання в струм чи напругу. Його доповнює оптична схема, що збирає випромінювання в певному тілесному куті, електронна схема, живлення та індикації отриманих результатів.

В кольоровому методі в основу покладена залежність кольорових характеристик випромінювання нагрітого об’єкта від температури. Наприклад, нагріті до 700-800°С тіла світять темно-оранжевим світлом, при1000-1200°Сколір змінюється на яскраво-оранжевий з переходом в жовтий, при2000°Сколір сприймається як яскраво-жовтий, апісля2500°Снаближаєтьсядо білого. Встановлюється температура шляхом порівняння кольору випромінювання досліджуваного об’єкта з еталоном, найчастіше ниткою лампи розжарювання [1, 3]. За робочим спектральним діапазоном розрізняють [1,4]:

 - пірометри повного випромінювання,
 - пірометри часткового випромінювання,
 - пірометри спектрального відношення.

Очевидно, що безконтактні термометри мають суттєві переваги порівняно з контактними методами вимірювання температури. Діагностика за допомогою пірометра проводиться миттєво, не вимагає зупинки технологічних процесів чи складних механізмів, всі вимірювання проводяться з безпечної для людини відстані. Контроль температури за допомогою інфрачервоних термометрів дозволяє підвищити якість продукції, передбачити аварійні ситуації, продовжити термін експлуатації обладнання. Пірометри – це ідеальні професійні діагностичні інструменти, що забезпечують оператору максимальну безпеку і комфорт, разом з тим високоточний результат!

Технічні характеристики пірометрів

Оптична роздільна здатність (показник візування)

Оптична роздільна здатність – один з найважливіших параметрів пірометра – визначається як відношення діаметра плями (кола) на досліджуваній поверхні до відстані від спостерігача до об’єкта. Сучасні пірометри можуть мати показник візування порядку 300:1, проте на практиці буває достатньо і значно менших значень. Показник візування необхідно підбирати в залежності від відстані, на якій збираєтесь проводити вимірювання та від розмірів об’єкта.

При неправильному націлюванні точність отриманих результатів буде під питанням. Необхідно, щоб діаметр плями був менший або в крайньому випадку співрозмірний з областю, з якої знімаються покази. Ідеально – в два рази менший, але аж ніяк не більший. В такому випадку захоплюються сусідні об’єкти і результати вимірювань будуть суттєво спотворені. На малюнку представлений інфрачервоний термометр з показником візування 6:1 (з сайту компанії Fluke).

Випромінювальна здатність (коефіцієнт емісії)

Цей параметр називають ще коефіцієнтом чорноти. Він визначає здатність того чи іншого тіла випромінювати в інфрачервоній області спектру. Розраховується як відношення енергії, яку випромінює поверхня за даної температури, до енергії випромінювання абсолютно чорного тіла за тієї ж температури.
Абсолютно чорне тіло – це деяка фізична абстракція, яка проте знайшла широке застосування в термодинаміці, астрофізиці, та ін. галузях науки. Це тіло, що здатне поглинати електромагнітне випромінювання абсолютно всіх довжин хвиль, а також випромінювати теплове випромінювання. При чому спектр випромінювання абсолютно чорного тіла визначається тільки його температурою, а інтенсивність в залежності від частоти описується законом Планка.
Коефіцієнт емісії може мати значення від дуже малих, порядку 0,1 до 1. Пірометри більш дорогих моделей мають можливість ручного налаштування коефіцієнта емісії. Неправильне встановлення даного параметра вносить найбільші похибки в процес вимірювання температури. Щоб не помилитись, варто скористатись спеціальними таблицями, в яких наведено значення коефіцієнта емісії різноманітних матеріалів та ступеня обробки поверхні. Суттєво впливає на коефіцієнт емісії наявність оксидної плівки на поверхні. Так, випромінювальна здатність окисленої сталі 0,85, а полірованої поверхні – 0,075. Також, цей параметр залежить від довжини хвилі випромінювання. Для коротких довжин хвиль коефіцієнт емісії високий. Крім того, короткохвильові яскравісні пірометри зазвичай менше піддаються впливу атмосферного поглинання. Для високоточних вимірювань рекомендується використовувати радіаційні безконтактні термометри (пірометри), що працюють в максимально короткохвильовій області. Таким чином ми підійшли до ще однієї важливої технічної характеристики пірометра:

Спектральний діапазон, або ефективна довжина хвилі

Визначається як проміжок довжин хвиль, в якому чутливість інфрачервоного термометра складає 50% від максимуму чутливості. Може також наводитись і основна (ефективна) довжина хвилі та ширина смуги, в якій досягається половина від максимального значення чутливості. Як правило, наводиться в мкм чи нм, для широкополосних пірометрів наводиться проміжок довжин хвиль, а для монохроматичних – ефективна довжина хвилі.

Як правильно вибрати пірометр?

Отже, для того щоб підібрати оптимальну модель пірометра, яка відповідає саме Вашим задачам і потребам, радимо дати відповіді на наступні питання.

  • Визначтесь, в якому температурному діапазоні Ви будете працювати і з якими об’єктами. Від цього залежить складність приладу, а відповідно і його вартість. Якщо температурний діапазон не широкий, то немає потреби купувати дорогі пірометри. І навпаки, для прецизійних високотемпературних вимірювань в складних виробничих умовах варто звернути увагу на більш дорогі моделі. Максимально можливий температурний діапазон для пірометрів від -50 до 3000 °С.
  • Аналогічно, відстань, з якої буде проводитись вимірювання, та розміри досліджуваного об’єкта. Для цього підберіть відповідний коефіцієнт візування. Для вимірювання температури малих об’єктів на великих відстанях варто обирати інфрачервоні термометри з високим коефіцієнтом візування.
  • В яких умовах буде експлуатуватись пірометр. Для кожного приладу зазначається діапазон температур та вологості, в яких він буде нормально функціонувати та матиме незмінні метрологічні характеристики. Тут варто врахувати можливість калібрування приладу за умови теплового удару, а також збереження точності вимірювань при різкій зміні температур. Правильно підібрана модель забезпечить довгу і ефективну експлуатацію пірометра.
  • Визначтесь з технічними вимогами до точності отриманих результатів та можливої похибки. Є багато моментів, що можуть впливати на точність отриманих результатів.
  • Зверніть увагу також на спосіб відображення інформації. Сучасні пірометри як правило оснащені рідкокристалічним дисплеєм, на якому відображаються поточні результати вимірювань. Більш складні моделі можуть мати функції усереднення, мінімального та максимального значення, реєстрації даних, підключення до комп’ютера з метою подальшої обробки отриманих результатів.

Огляд ринку пірометрів

В маркеті вимірювальних приладів SIMVOLT Ви знайдете найширший асортимент пірометрів та зможете підібрати безконтактний термометр з необхідними технічними характеристиками. Всі представлені у цьому огляді пірометри можемо умовно розділити на кілька груп, що відрізнятимуться за діапазоном вимірювання, показником візуваннята наявністю додаткових функцій і можливостей. Відповідно ці параметри є визначальними у формуванні вартості приладів.

Пірометри пістолетного типу з широкими можливостями

До першої групи віднесемо пірометри, з діапазоном вимірювання температури від -50 до 1000 °С. Ці інфрачервоні термометри являють собою оптимальне поєднання ціни та якості. Завдяки невеликим розмірам, високій точності, малій вазі і широкому діапазону вимірювання, портативні пірометри пістолетного типу набули особливої популярності у споживачів. Легкі у використанні, мають ергономічний дизайн, що дозволяє працювати однією рукою. Лазерне наведення автоматично вмикається під час вимірювання та дає можливість особливо точно вимірювати температуру необхідної частини. Такі пірометри оснащені рядом додаткових можливостей, таких як фіксація результатів вимірювання на екрані, фонова під світка для роботи в умовах обмеженої освітленості, автоматичне виключення для економії заряду батарей, функції мінімального, максимального та усередненого значення результатів вимірювань, а також можуть мати звукову сигналізацію, що своєчасно повідомить про перевантаження, та індикатор зарядки батареї. Ці пірометри мають як правило фіксований коефіцієнт емісії.

Окремо слід відзначити пірометри двох спеціальних моделей UNI-T: UT932 та UT912, що призначені для вимірювання температури тіла за умов, коли контактними методами це зробити складно, а також вимірювання температури поверхні. Модель UT912 має додаткові можливості вимірювати температуру повітря, а також характеризується більш високою точністю (± 0,3 °С для вимірювання температури тіла і ± 0,5 °С для температури поверхні).

Технічні характеристики  

 

 HT-822

 HT826

 DT-8828

 UT932

 UT912

Діапазон вимірювання

-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

Точність

±2 ºC
або ±2 %

±2 ºC
або ±2 %

± (2 – 5) °С, або±(1,5-3,5)%

± 0,5 ºC
± 2 ºC

± 0,3ºC
± 0,5ºC

D:S (показник візування

8:1

80:1

16:1

10:1

10:1

Роздільна здатність

0,1 ºC

0,1 ºC

0,1 ºC

0,1 ºC

0,1 ºC

Коефіцієнт емісії

0,95

0,95

Регульований
0,1-1,0

0,95

0,95

Лазерна указка

+

+

+

+

+

Час відгуку

не більше 1 с

не більше 1 с

не більше 1 с

500 мс

500 мс

Живлення

9 В

батарейки 9 В

9 В

батарейки 9 В

батарейки 9 В

Умови експлуатації

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

Габарити

86х46х160мм

86 х46х160 мм

220x120x56 мм

270х40x90 мм

270х40x90 мм

Вага

130 г

130 г

290 г

180 г

185 г

 

Пірометри пістолетного типу з термопарою

До другої групи віднесемо пірометри з більш широкими можливостями вимірювання температури як безконтактним так і контактним способом завдяки використанню термопари. Представлені моделі комплектуються термопарами К-типу (зі сплаву хромель-алюмель) з температурним діапазоном від -50 до 1370 ºC. До переваг термопар можна віднести високу надійність, чутливість, можливість роботи з високими температурами та невелику інерційність. Є можливість вимірювати малі різниці температур.

Ці пірометри мають регульований коефіцієнт емісії, прицілювач (указку) на основі діодного лазера 630-670 нм, а також повний набір функціональних можливостей – фіксація результатів вимірювання на екрані, фонова підсвітка для роботи в умовах обмеженої освітленості, автоматичне виключення для економії заряду батарей, функції мінімального, максимального та усередненого значення результатів вимірювань, звукова сигналізація про перевантаження та індикатор зарядки батареї. Модельний ряд пірометрів IR-821-822-823 відрізняється діапазоном вимірюваних температур та додатково оснащений реєстратором даних на 12 точок.

Технічні характеристики 

.

 IR-821

 IR-822

 IR-823

 DT-8833

Діапазон вимірювання

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 

Точність

-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 (показник візування

30:1

30:1

30:1

13:1

Роздільна здатність

0,1 ºC

0,1 ºC

0,1 ºC

0,1 ºC

Коефіцієнт емісії

Рег. 0,1-1,0

Рег. 0,1-1,0

Рег. 0,1-1,0

Рег. 0,1-1,0

Спектральний діапазон

8-14 мкм

8-14 мкм

8-14 мкм

8-14 мкм

Лазерна указка

+

+

+

+

Час відгуку

не більше 1 с

не більше 1 с

не більше 1 с

не більше 1 с

Живлення

9 В

9 В

9 В

9 В

Умови експлуатації

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

Габарити

95 х 83х192 мм

95 х 83х192 мм

95 х 83х192 мм

180х106х48 мм

Вага

270 г

270 г

270 г

250 г

 

Професійні пірометри з реєстрацією даних та можливістю підключення до ПК

До цієї групи віднесемо високоточні професійні пірометри, призначені для безконтактного вимірювання температури поверхні різних типів матеріалів. Вони забезпечують особливо високу точність вимірювання завдяки ручним налаштуванням коефіцієнту емісії (від 0,1 до 1). Мають широкий діапазон безконтактного вимірювання температури та високу швидкість відгуку <250 мс. Завдяки показнику візування 50:1, можна вимірювати температуру на великих відстанях. Можливість записувати та візуалізувати результати вимірювань на комп’ютері в режимі реального часу дозволяє оперативно контролювати ситуацію та приймати необхідні рішення не перериваючи виробничий процес, контролювати температуру оперативно, миттєво отримувати результати вимірювань, наприклад для нестаціонарних об'єктів, або в умовах монтажу об'єктів в польових умовах.

Максимальне, мінімальне, усереднене, диференційне значення, підсвітка LCD дисплея, звукова сигналізація при перевищенні максимального і мінімального значення температури, автоматичне блокування та виключення забезпечують додатковий комфорт в експлуатації пірометрів.

Серія інфрачервоних термометрів (пірометрів)DT 8869 та DT 8868 додатково оснащена термопарою К-типу, а також подвійною лазерною указкою для точного наведення. Коли пірометр знаходиться на оптимальній відстані від досліджуваного об'єкта, промені від двох лазерних указок сходяться в одну точку.

Інфрачервоний термометр AZ-8857 являє собою унікальне поєднання пірометра і гігрометра, який одночасно дає інформацію про три параметри у клімат-контролі: температуру повітря/температуру поверхні / відносну вологість повітря. Крім того, оснащений додатковими можливостями обчислювати температуру мокрого термометра та точку роси.

Технічні характеристики 

.

IR-861U,
863 U, 866 U

IR-862U

DT-8869, 8868

AZ-8857

Діапазон вимірювання

-50~1150 °C
-50~1650 °C
-50~2250 °C

-50~1350 °C

-50°С~ 1600 °С
-50
~ 1200 °С

-40 ~ 500 ° С

Точність

±1 до ±3°C

±2 до ±4°C

± 1 до ± 2 %

± 2 до ± 3 %,

D:S (показник візування

50:1

50:1

50:1

8:1

Роздільна здатність

0,1°C

0,1°C

0,1 до 1 °C

0,1°C

Коефіцієнт емісії

0,1~1,0

0,1~1,0

0,1~1,0

0,3~1,0

Спектральний діапазон

8 -14 мкм

8 -14 мкм

8 -14 мкм

8 -14 мкм

Лазерна указка

630~670 нм,
клас ІІ

630~670 нм, клас ІІ

подвійна

Діодний лазер 670 нм

Час відгуку

менш 250мс

менш 250мс

менш 150мс

500мс

Живлення

9 В

9 В

9 В

ААА батарейки

Умови експлуатації

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

Габарити

191х126х60мм

191,5х126,6 мм

180х95х45 мм

70х50х175 мм

Вага

299 г

290 г

250 г

140 г

Всі вищезгадані пірометри є сучасними, високотехнологічними продуктами, що відповідають найвищим вимогам щодо якості, безпеки та зручності експлуатації, точності результатів вимірювань. Вони знайдуть найширше застосування в наступних галузях виробництва та господарства:

  • в металургії,
  • виробництві напівпровідників, пластмас, скла, паперу, кераміки, тощо
  • в харчовій промисловості,
  • для трафаретного друку при вимірюванні температури барвників та сушінні,
  • для діагностичних робіт, технічного обслуговування/капітального ремонту електро- та тепло обладнання,
  • для діагностичних робіт, технічного обслуговування/капітального ремонту в системах вентиляції та кондиціонування, рефрижераторних установок,
  • для контролю свіжопофарбованих частин, стерильних або агресивних середовищ,
  • для діагностики транспортних засобів,
  • для об'єктів під напругою, електричних шин, трансформаторів, тощо,
  • широко застосовується в криміналістиці,
  • в системах охорони праці та рятуванні людей,
  • в медицині, зокрема у ветеринарії для вимірювання температури тіла тварин.

І ще можна назвати дуже багато різноманітних галузей застосування інфрачервоних термометрів (пірометрів) [1,2].Сподіваємось, що подана інформація допомогла Вам визначитись з моделлю пірометра. В іншому випадку, обов’язково зверніться до висококваліфікованих консультантів SIMVOLT, які допоможуть підібрати оптимальну модель під Ваші задачі. Пам’ятайте, правильно обраний пірометр забезпечить Вам прецизійний результат вимірювання температури, а також гарантує довгу і безвідмовну роботу приладу!

Цитована література:
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
Технічні характеристики приладів, надані виробником.

Гнатюк Олена,
к.ф.-м. наук,
науковий консультант SIMVOLT