Пирометр, также известный как инфракрасный термометр или радиационный, бесконтактный термометр, используется для определения температуры поверхности объекта, которая зависит от испускаемого объектом (инфракрасного или видимого) излучения.
Пирометры действуют как фотодетекторы, благодаря способности поглощать энергию и измерять интенсивность электромагнитных волн на любой длине волны.
Они используются в разных деятельностях, включающих и те, что предусматривают измерения температуры высокотемпературных печей. Эти устройства могут измерять температуру очень точно, чисто визуально и быстро.
Пирометры доступны в разных спектральных диапазонах (поскольку металлы - коротковолновые, а неметаллы - длинноволновые).
Высокоскоростные пирометры используются для измерения температуры быстрее. Доступны в комбинации с одноцветными и двухцветными пирометрами. Эти устройства могут создавать четкие температурные профили быстро движущихся объектов и контролировать соответствующий уровень температуры.
Принцип работы пирометра
Пирометры доступны в разных спектральных диапазонах. По спектральному диапазону они подразделяются на одноцветные пирометры, двухцветные пирометры и высокоскоростные пирометры.
Основной принцип работы пирометра заключается в том, что он измеряет температуру объекта, ощущая тепло / излучение, исходящее от объекта, без контакта с ним. Он регистрирует уровень температуры в зависимости от интенсивности испускаемого излучения.
Пирометр состоит из двух основных компонентов:
- оптическая система;
- детекторы, которые используются для измерения температуры поверхности объекта.
Когда берется любой объект, температура поверхности которого должна быть измерена пирометром, оптическая система улавливает энергию, излучаемую объектом.
Затем излучение направляется на детектор, который очень чувствителен к волнам излучения. Выходной сигнал детектора относится к уровню температуры объекта из-за излучения.
Обратите внимание, что температура детектора, анализируемая с использованием уровня излучения, прямо пропорциональна температуре объекта.
Виды пирометров
Для определения температуры различных объектов пирометры делятся на 2 типа:
- Оптические пирометры
- Инфракрасные / радиационные пирометры
Оптические пирометры
Оптические пирометры используются для регистрации теплового излучения видимого спектра. Температура измеряемых горячих объектов будет зависеть от излучаемого ими видимого света.
Фото - пример оптического пирометра
Оптические пирометры визуально сравнивают откалиброванный источника света и поверхность целевого объекта.
Когда температура нити накала и поверхности объекта одинакова, тогда интенсивность теплового излучения, вызванного нитью накала, сливается с поверхностью целевого объекта и становится невидимой.
Когда происходит этот процесс, ток, проходящий через нить накала, преобразуется в уровень температуры.
Инфракрасные
Инфракрасные или радиационные пирометры предназначены для обнаружения теплового излучения в инфракрасной области, которая обычно находится на расстоянии 2–14 мкм.
Фото - пример инфракрасного пирометра
Этот тип пирометра измеряет температуру целевого объекта по испускаемому излучению.
Это излучение можно направить на термопару для преобразования в электрические сигналы. Поскольку термопара способна генерировать более высокий ток, равный выделяемому теплу.
Инфракрасные пирометры состоят из пироэлектрических материалов, таких как:
- поливинилиденфторид (PVDF);
- триглицинсульфат (TGS);
- танталат лития (LiTaO3).
Сфера применения
По назначению пирометры делятся на бытовые и промышленные.
В быту они могут применяться для того, чтобы измерять температуру пищи, тела и т.д.
В промышленности же пирометры используют при наличии теплоэнергетического оборудования.
В сфере электроэнергетики они нужны для измерения температуры трансформаторов, распределительных щитов.
В металлургии пирометра и измеряют прессы, печи. В сфере электронной промышленности прибор используется для того, чтобы контролировать уровень нагревания деталей и схем.
Что нужно знать перед покупкой пирометра
Существует большое разнообразие моделей пирометров и для того, чтобы выбрать подходящую модель, нужно обратить внимание на несколько основных характеристик:
- Диапазон измеряемых температур
- Коэффициент визирования
- Коэффициент эмиссии
- Тип лазера
Диапазон измерения
Вы должны четко понимать, какой диапазон температур измерять. Не стоит выбирать пирометр со слишком большим диапазоном температур, если вы не планируете работать с таким диапазоном, так как это снижает общую точность измерения.
То есть, если вы работаете с температурой до 300°С, не нужно брать пирометр с диапазоном до 2000°С - можно брать с запасом, но небольшим.
Коэффициент визирования
Коэффициент визирования обозначается «DS» в техническом паспорте.
DS – это соотношение расстояния и диаметра окружности, которую измеряет пирометр.
Чем больше соотношение коэффициента визирования, тем при большем расстоянии пирометр может измерять маленькие объекты.
Дело в том, что само расстояние работы пирометра не ограничено, ограничено сообщение измеряемого объекта к расстоянию на котором он будет измеряться. Допустим, если взять пирометр с соотношением 12:1, это означает, что если расстояние 12 см, диаметр измеряемой поверхности будет 1 см.
Если же это будет 30:1, то на расстоянии уже 30 см диаметр будет 1 см. Соответственно, если объект маленький - например, труба, то лучше и точнее будет определять пирометр с большим соотношением. (30:1)
Коэффициент эмиссии
Коэффициент эмиссии – параметр определяющий количество отраженного тепла от объекта, который измеряет пирометр. На что он влияет? В первую очередь – точность измерения. Пирометры по этой технической характеристике делятся на две категории:
- те, у которых коэффициент эмиссии не расстраивается - фиксированный. Такие пирометры идеально подходят для измерения температуры кирпича, бетона, керамики, асфальта, дерева, картона, бумаги, бетона. Для других поверхностей он подходит меньше.
- с настраиваемым коэффициентом эмиссии.
Насколько сильно данный коэффициент играет роль? Если вы попробуете пирометром с фиксированным коэффициентом измерить поверхность алюминия, у которого коэффициент составляет 0,3, то погрешность может составить до 50%, что теряет смысл измерения.
Для того, чтобы выяснить, подходит ли коэффициент эмиссии к измеряемому материалу, в комплекте с пирометром выдаётся книжка, в которой записаны значения.
Для тех же случаев, когда значений нет нигде, например, при измерении температуры шоколада, нужно измерить точную температуру контактным термометром, затем поднести пирометр и регулируя настройки коэффициента эмиссии подобрать тот коэффициент, при котором показания контактного и бесконтактного термометров совпадут.
Далее следует записать себе для дальнейших измерений полученную цифру.
Тип лазера
Бывают лазеры:
- одноточечные
- двухточечные
- многоточечные.
Одноточечные лазеры – лазеры, которые при включении пирометра показывают лазерную указку, которая имеет всего одну точку. Сам лазер не измеряет температуру – он лишь показывает центр измеряемой окружности. Когда вы включаете пирометр и пробуете им измерить, вы видите одну точку, но вы не понимаете, что конкретно измеряет пирометр.
Дело в том, что по мере удаления или приближения к объекту диаметр изменяется. Соответственно, может быть такое, что диаметр измеряемого объекта будет меньше, чем диаметр окружности, которую будет измерять пирометр. В такой ситуации получаются недостоверные результаты измерений.
У большинства моделей, особенно бюджетных, лазер представляет собой одну точку. Двухточечные и многоточечный лазер по своему функционалу в процессе работы практически не отличаются. Но в то же время оба этих лазера по работе значительно превосходят одноточечный лазер.