Пирометр что это за прибор

Содержание

Портативный пирометр – прибор для точечного бесконтактного измерения температуры. Незаменим для быстрого и точного теплового контроля (ТК) как статичных, так и подвижных объектов. При помощи таких приборов можно на безопасной дистанции отслеживать степень нагрева, эффективность теплоизоляции и просто замерять температуру различных объектов и поверхностей. Пирометры ещё называют термодетекторами, даталоггерами температуры, инфракрасными пистолетами и цифровыми термометрами. Базовые требования к таким приборам содержатся в ГОСТ 28243-96 «Пирометры. Общие технические требования». Пирометр — это средство измерения (СИ), соответственно, подлежит метрологической аттестации, утверждению типа и внесению в Государственный реестр СИ РФ. Только при наличии действующей поверки (проводится раз в год) или калибровки пирометры допускаются к проведению неразрушающего контроля (НК) технических устройств (ТУ), зданий и сооружений на опасных производственных объектах (ОПО), подведомственных Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзору). Пирометрами оснащаются лаборатории неразрушающего контроля (ЛНК), которые выбрали тепловой контроль в области своей аттестации, например, по правилам СДАНК-01-2020 в Единой системе оценки соответствия в области промышленной безопасности, экологической безопасности, безопасности в энергетике и строительстве (ЕС ОС). Кроме ТК, пирометры могут также применяться и других видов и методов дефектоскопии. Так, с их помощью можно измерять температуру материала перед проведением высокотемпературной ультразвуковой толщинометрии — для более точной настройки скорости упругой продольной волны. Кроме того, пирометр может пригодиться для определения температуры перед проведением механизированного и автоматизированного ультразвукового контроля, а также автоматизированного визуального и измерительного контроля. У сканеров для проведения данных видов НК есть определённый диапазон рабочих температур, и пирометры помогают следить за тем, чтобы температура объекта контроля соответствовала допустимым значениям.
Где применяются пирометры
Принцип работы
Как устроены пирометры
Виды пирометров
Подбор прибора под разные задачи
Где купить хороший пирометр

Для чего используются пирометры

в электроэнергетике – для проверки состояния и выявления перегрузок контактных соединений, трансформаторов, изоляторов, линий электропередач;
в строительстве – для оценки качества теплоизоляции ограждающих конструкций, окон и дверей;
в металлургии и металлообработке – для контроля технологических процессов ковки, прессовки, закалки и прочих видов термообработки;
в автомобилестроении и в сфере автотехобслуживания – для измерения температуры нагрева горячих частей двигателей;
в металловедении – для изучения теплофизических свойств различных сплавов, испытания образцов и пр.

Новый принцип измерения температуры

Новый принцип измерения заключался в построения сравнительных параллелей, когда вывод о температуре тела производился на основе данных инфракрасного приемника, определяющего количество излучаемой телом тепловой энергии. Такой метод измерения позволил существенно расширить границы измерения температуры твердых и жидких тел в самых труднодоступных местах.

оптическое разрешение;
настройка степени черноты тела.

Оптическое разрешение

Оптическое разрешение или как его еще называют «Показатель визирования» — это отношение диаметра пятна визирования на поверхности объекта. Измерение температуры (излучения), с которого регистрируется пирометром, к расстоянию до объекта. Это можно представить себе так – конусный луч фонарика освещает поверхность и чем дальше поверхность, тем большее пятно засвечивается. То есть, с увеличением расстояния до измеряемого объекта большая поверхность измеряется.

Но как быть, когда необходимо измерить очень маленький объект в окружении других объектов, имеющих разные температуры? Ответ прост – коэффициент визирования (оптическое разрешение пирометра) должен быть максимальным (то есть конус «фонарика» должен быть очень узким в предельном значении – луча). Это достигается использованием качественной оптики или проще говоря объективом пирометра. Качество объектива пирометра напрямую влияет на его стоимость. Цена одинаковых пирометров с разными объективами (коэффициентами визирования) может отличаться в десятки раз.

Для точности визирования современные пирометры имеют лазерный указатель, который показывает центр измерительного пятна. Ни в коем случае нельзя эту точку воспринимать как область измерения температуры, поскольку в зависимости от оптического разрешения область измерения будет кругом, с центром в точке от лазерного луча, с диаметром от 1 сантиметра до 1 метра.

Степень черноты

Степень черноты тела или, как его называю иначе коэффициент излучения, характеризует прежде всего свойства поверхности объекта измеряемую пирометром. Этот показатель определяется как отношение энергии, излучаемой данной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Он может принимать значения от 0,1 до значений, близких к 1.

Для примера: если для окисленной стальной поверхности коэффициент составляет примерно 0,85, то для полированной стали он снижается до 0,075. Это один из основных факторов, которые влияют на точность показаний. Иными словами – не может быть произведен замер температуры с большой точностью, без корректировки пирометра для конкретного объекта. Но это необходимо делать только в том случае, когда нам необходимо получить очень точные показатели измерений.

В повседневной жизни для измерения температуры погрешность, вносимая коэффициентом излучения, соизмерима и укладывается в общую погрешность, при этом необходимо учитывать «однородность» измеряемых пирометром объектов, то есть с одинаковы коэффициентом излучения или же в определенном диапазоне.

Виды пирометров

Все пирометры можно разделить по следующим категориям или признакам: по принципу измерения, по температурному диапазону и по способу эксплуатации.

По принципу измерения пирометры бывают:

яркостные пирометры, позволяющие определять температуру объекта путем сравнения цвета с эталоном.
Радиационные пирометры, измеряющие температуру объекта посредством пересчета мощности теплового излучения.
Цветовые пирометры позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.

По температурному диапазону:

Низкотемпературные. Пирометры этого типа способны определять отрицательные температуры, при этом диапазон положительных температур может быть достаточно большим.
Высокотемпературные. Пирометры работают в диапазоне высоких температур и не способны производить замеры объектов с отрицательной температурой.

По способу эксплуатации:

Переносные пирометры предназначены для эксплуатации в полевых условиях. Они имеют малый вес, дисплей отображения показателей, автономное питание. Предназначены для очень широкого круга задач по измерению температуры. Могут иметь внутреннюю память и подключаться к компьютеру для передачи данных.
Стационарные пирометры предназначены для выполнения чаше всего постоянного замера в конкретной точке. Обладают повышенной точностью и как правило не имеют своего дисплея, а передают данные на компьютер или пульт управления Способны работать при неблагоприятных условиях окружающей среды. Чаще всего применяются при необходимости замеров на промышленных предприятиях. Имеют большие размеры и вес.

Как пользоваться пирометром?

Принцип действия устройства следующий: тепловой (инфракрасный) датчик принимает инфракрасное излучение от объекта и передает его на электронный блок. Электронный блок обрабатывает излучение и выдает показания температуры на дисплей устройства.

Предположим нам необходимо узнать температуру процессора компьютера, диаметр которого 3 см. Для точных показаний нам необходимо держать устройство на расстоянии 12 * 3 = 36 см. Если мы будем держать чуть дальше, диаметр замеряемого пятна увеличится (как луч в фонарике) и показания будут сняты не только с процессора, но и с окружающей его платы.

Также при замерах важно учитывать коэффициент излучения (эмиссии) объектов, которые проверяем. Каждый материал определенным образом излучает тепло, причем степень излучения может быть разной в зависимости от цвета объекта, матовой/зеркальной поверхности и окисленности (в случае металлов).

Принцип работы

Нагретые объекты выступают источниками инфракрасного излучения. При этом существует прямая связь — чем сильнее нагрето тело, тем мощнее излучение. Люди не видят ИК-излучение, а пирометры инфракрасные определяют лучи, и по их интенсивности устанавливают температуру предмета.

Работа визуального пирометра основана на определении температуры объекта по тепловому излучению. Такие возможности устройства позволяют контролировать перепады значений и регулировать температурные показатели бытовых и промышленных объектов, в различных частях и деталях.

Инфракрасный температурный бесконтактный термометр улавливает тепловое излучение от нагретого предмета, фокусирует его чувствительной частью, соединенной с приемником.

Если установлена термопара, при нагреве приемника меняются параметры напряжения. Когда используется полупроводник, оценивают изменения сопротивления. Данные преобразуются в температурные показания.

Чтобы провести измерение, прибор наводят на объект, приводят в действие и фиксируют результат. С помощью специальной кнопки можно выбирать формат — шкала по Цельсию или Фаренгейту.

Устройством измеряют температуру по отраженному излучению. Это удобно при контроле параметров труднодоступных деталей. Нет необходимости иметь доступ к нагретой детали, достаточно воспользоваться отражением в зеркале.

На результат влияют отражающие способности материала — чем они выше, тем больше погрешность. Для исключения ошибок учитывают коэффициент эмиссии, который необходимо ввести перед началом измерения.

Функция ввода присутствует не в каждой модели. Простые модификации предназначены измерения температурных показателей из определенных материалов, которые нужно выбрать из меню.

Особенности работы

На точность показаний не влияет расстояние между пирометром и объектом. При этом прибор должен применяться для диапазона, обозначенного в инструкции.

Предметы и тела отражают не только свое инфракрасное излучение, но и от рядом расположенных поверхностей. При этом отраженное инфракрасное излучение не показывает настоящую температуру. Бесконтактный прибор не различает излучаемые и отраженные волны.

Для точности измерений необходимо произвести настройку с учетом особенностей исследуемого объекта. Для этого у приборов есть переключатель коэффициента излучения. Он компенсирует отраженное излучение, которое снижает точность показаний. При настройке можно обращаться к таблицам с коэффициентами для разных поверхностей.

Как устроен и работает пирометр

Корпус переносного пирометра изготавливается из ударопрочного пластика и имеет форму пистолета. В конструкцию прибора также входят инфракрасное устройство, процессор, ЖК-дисплей, элементы питания и кнопки управления. Инфракрасное устройство состоит из линзы и датчика с ИК-приемником.

Принцип работы пирометра основывается на том, что каждый объект излучает тепловую энергию. Чем выше температура предмета или поверхности, тем мощнее излучение. Большинство пирометров действуют в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света. Выпускаются также мультиспектральные приборы, работающие в различных участках спектра.

Для измерения температуры пирометр направляют на изучаемый объект и нажимают кнопку пуска. Линза фокусирует идущее от объекта излучение и передает на инфракрасный датчик. В качестве ИК-приемника используется полупроводниковый материал или термопара. В первом случае при нагревании меняется сопротивление. Если приемник представляет собой термопару, генерируется напряжение. Процессор преобразует изменение величин в цифровые данные, которые отображаются на дисплее.

При нагревании или остывании предмета мощность излучения увеличивается или снижается. Пирометр оценивает эти изменения и переводит в температурные показатели. Некоторые модели оснащаются лазерным указателем. Сам лазерный луч не участвует в измерении температуры, а используется для наведения прибора на объект.

Помимо собственной тепловой энергии объекты передают и отраженное от других предметов инфракрасное излучение, которое не влияет на реальную температуру изучаемой поверхности. При этом пирометр оценивает общую мощность излучения. Каждый материал обладает своим коэффициентом отражения. Эту величину необходимо учитывать, чтобы отраженное излучение не влияло на точность измерений. Продвинутые модели для этого оснащаются переключателем или автоматической регулировкой коэффициента отражения. Такая опция позволяет настроить пирометр для работы с определенным материалом.

Что учесть при выборе инструмента

Перед выбором подходящей модели важно определиться со стоящими задачами. Учитывайте характер предстоящих работ и условия использования прибора. Ознакомьтесь с техническими характеристиками модели. Вот на какие моменты нужно обратить внимание.

Тип питания. Пирометры работают от щелочных батареек или съемных аккумуляторов. Приборы первого типа используют батарейки типоразмера ААА, крона, или «таблетка». Одного комплекта обычно хватает на 45–50 часов работы. У аккумуляторных моделей продолжительность работы на одном заряде зависит от емкости батареи. В среднем этот показатель составляет 4–5 часов.
Диапазон измерений. Эта характеристика говорит, в каком температурном диапазоне работает пирометр. Чем больше эта величина, тем шире возможности для применения прибора. У бюджетных портативных моделей диапазон составляет около 400°C, у более функциональных доходит до 1000°C, а у стационарных — до 2000°C. В техническом описании устройства производитель указывает минимальную и максимальную температуру измерений для этой модели.
Погрешность. Параметр показывает точность работы устройства. В техпаспорте инструмента величина указывается в процентах или градусах Цельсия. Хорошим показателем для переносных пирометров считается погрешность в 1,5–2°C.
Вес прибора. Влияет на удобство работы с инструментом. Эту характеристику важно учитывать, когда пирометр используется для длительных измерений. Аккумуляторные модели за счет веса АКБ обычно тяжелее, чем работающие на батарейках.

Что и где измеряет пирометр?

Он измеряет среднюю температуру поверхности объекта. По форме пятно измерения — это эллипс или окружность. Чем дальше от пирометра находится объект измерения, тем больше площадь окружности, среднюю температуру которой показывает пирометр. Представьте себе конус, на острие которого стоит пирометр, а в основании — объект измерения. Встроенный в прибор лазерный указатель помогает «нацелить» прибор в центр окружности измерения.

Показатель визирования пирометра — это отношение расстояния до объекта к размеру измеряемого участка его поверхности. Обычно в пирометрах серии DT параметр D:S равен 8:1. Это означает, что на расстоянии в 15 см диаметр пятна измерения составит около 2 см, на расстоянии 50 см — примерно 6,3 см, на расстоянии 1 метра до объекта — 12,5 см и т.д.;
Диапазон рабочих расстояний у пирометра — расстояние до объекта измерения, на котором пирометр показывает температуру с заявленной точностью. Обычно в пирометрах серии DT это расстояние от 0,15 до 5 м. При бОльших или меньших расстояниях пирометр также работоспособен, но точность измерения температуры при этом падает;
Спектральный диапазон прибора: 8 — 14 мкм. Это длина волны теплового излучения объекта измерения в инфракрасном, невидимом глазом диапазоне. Этот диапазон выбран не случайно. Благодаря специальному оптическому фильтру на входе прибора, корорый пропускает только этот диапазон, а остальное излучение от объекта задерживает, им можно пользоваться при солнечном освещении — т.н. «солнечно слепой» прибор;
Разрешающая способность по температуре — это способность пирометра различать температуру соседних участков объекта измерения. Обычно в пирометрах серии DT это 0,1 °C;
Точность. Не путать с разрешающей способностью. Это абсолютное (в градусах) или относительное (в процентах) отклонение измеренной температуры от истинной температуры объекта. Чем ближе температура к краям диапазона, тем ниже точность измерения. Обычно для пирометров это 1-2 градуса или порядка 2%;
Излучательная способность. Одноканальные инфракрасные термометры и пирометры (яркостные, частичного и полного излучения) определяют температуру по величине принятого каналом сигнала. Энергия, которую испускает нагретое тело, зависит не только от температуры этого тела, но и от материала, из которого оно сделано. Различные материалы излучают по-разному, и это учитывается коэффициентом, называемым излучательной способностью. Излучательная способность показывает, какую часть от излучения, испускаемого идеальным излучателем (абсолютно черным телом, АЧТ), находящимся при равной с нашим объектом температуре, излучает наш объект. Значение излучательной способности лежит в пределах от 0,01…0,02 (у полированных металлов) до 0,9…0,98 (дерево, строительные краски, поверхность земли, человеческая кожа и т.д.). В пирометрах серии DT это значение фиксированно и составляет 0,95.
Ресурс работы от автономного источника питания. Приборы серии DT чрезвычайно экономичны. Они работают от элемента напряжением 9V и потребляют небольшой ток только в режиме измерения и подсветки ЖК дисплея. Автоматически выключаются в режиме простоя, в котором потребляют ток, сравнимый с током саморазряда батареи. Поэтому ресурс работы напрямую зависит от количества измерений. Если пользоваться прибором периодически, с перерывами, то батареи может хватить на срок около года или даже более. Прибор не имеет движущихся частей и в идеале будет безотказно работать в течении многих лет — вам нужно будет только изредка заменять батарею питания;
Усреднённые измерения необходимы, когда требуется более высокая точность измерений. Для этого выполняют несколько (обычно от 3до 7) измерений подряд и находят среднее арифметическое.

Ошибки измерения пирометра — как бороться?

Если Вы всерьёз озабочены точностью измерений, но получаете результаты, которые отличаются от действительныой температуры объектов, прочтите текст ниже.

Приборы серии DT принадлежат к классу яркостных пирометров, т.е. являются одноканальными приборами. Они работают в одном диапазоне длин волн и вследствие этого имеют ряд особенностей, корорые необходимо учитывать при проведении измерений:

в первую очередь к ним относится необходимость знать излучательную способность измеряемого объекта – коэффициент, показывающий, какую часть от излучения находящегося в тепловым равновесии с измеряемым объектом абсолютно черного тела испускает измеряемый объект;
далее, при измерении такими приборами необходимо, чтобы измеряемый участок полностью перекрывал поле зрения пирометра на выбранном расстоянии, ибо невыполнение этого требования ведет к неконтролируемому занижению результата измерений, иногда на порядок превышающему заявленную инструментальную погрешность;
в связи с несовершенством оптики ИК-прозрачных материалов, приборы характеризуются небольшой зависимостью показаний от расстояния до объекта, а также от излучения прямо не попадающих в поле зрения пирометра областей измеряемого объекта (расположенные рядом объекты, температура которых сильно отличается от температуры объекта измерения).

Учёт вышеприведённых факторов и усреднённые измерения позволят Вам с помощью пирометра быстро и точно определить температуру интересующих Вас объектов.

Пирометры и их принцип действия

Пирометры – приборы дистанционного измерения и регистрации температуры поверхности объекта, принцип действия которых основан на восприятии и преобразовании теплового излучения объекта в инфракрасном спектре излучения и видимого света в информационные показатели на дисплее. Такие приборы в измерениях используют принцип радиационной пирометрии и часто называются инфракрасными радиометрам.

Тепловое излучение от исследуемого объекта фокусируется оптической системой прибора (если она установлена для повышения чувствительности и дальности действия) и попадает на фотоэлектрический датчик, который является первичным преобразователем тепловой и световой энергии в электрическую. Под воздействием сфокусированного мощного излучения в полупроводниковом фотоэлементе происходит активация электронов и поляризация материала, что влечет возникновение электрического потенциала и снижения направленного электрического сопротивления.
Возникающий в фотоэлементе электрический потенциал поступает на электронную сборку с усилителем сигнала и микропроцессорным дешифратором (преобразователем), который и выводит измеренные параметры на жидкокристаллический дисплей.
Принцип действия пирометра в зависимости от модификации может несколько отличаться, причем главным и важнейшим отличием является чувствительность восприятия фотоэлементом различного спектра излучения. Одни модели регистрируют только инфракрасное излучение, а другие – способны «подхватывать» и другие спектральные излучения, что расширяет их функциональные возможности, позволяет увеличить расстояние от исследуемого объекта и повышает точность проводимых измерений.
Несмотря на то, что есть прямая зависимость между повышением температуры объекта и его излучающей мощностью, пересчет степени электромагнитного излучения в информационные данные осуществляет электронная схема прибора, которая обязательно нуждается в первичной калибровке и периодической поверке на специализированном стенде. Без программирования электронные пирометры не способны регистрировать правильные и точные результаты.
Для удобства эксплуатации измерительного прибора он снабжается световым указателем («лазером»), при этом не стоит забывать, что принцип действия пирометра основан на восприятии температурного излучения другим фотодатчиком, который не должен перекрываться другими предметами или быть поврежденным.