Что такое пирометр, сфера применения и разновидности пирометров

Многие мастера привыкли измерять температуру предметов тактильно. Таким образом может измеряться нагрев/охлаждение: двигателя, радиатора, холодильной камеры и пр. Но данный метод определения температуры является как непрактичным, так и небезопасным. Куда удобней и безопасней измерять степень нагрева/охлаждения пирометром.

Первые попытки дистанционно измерить температуру сильно нагретых предметов относятся ко второй половине XVIII века. В это время для измерения температуры использовалась глина. По характеру застывания и растрескивания глины делался вывод о температуре нагрева.

Пирометр – устройство для дистанционного измерения температуры. В основе современных пирометров лежит принцип измерения тепловой мощности в инфракрасном спектре.

При соблюдении правил эксплуатации пирометра устройство позволяет измерять температуру с точностью до 1-1,5%. В обзоре будет рассказано как выбрать пирометр.

Ключевым преимуществом современных пирометра является возможность измерения температуры как нагретых, так и охлажденных предметов. Среднестатистический пирометр дает возможность определять степень нагрева/охлаждения в диапазоне от –50 до +500 С.

Виды пирометров

Современные пирометры можно разделить на 2 категории:

1. Оптические
2. Инфракрасные

У каждой разновидности пирометров есть своя специфика применения.

• Оптические пирометры – такие устройства являются аналоговыми. Пользователь должен самостоятельно сравнивать яркость свечения нагретого объекта с эталоном.

Первый оптический пирометр появился в начале XX века. Оптический измеритель представляет собой трубку с нитью накаливания внутри. Это так называемый эталон, яркость которого можно регулировать за счет изменения напряжения.

Интенсивность свечения нити накаливания нужно настроить таким образом, чтобы ее цвет соответствовал оттенку нагретого предмета. Далее по шкале напряжений можно легко определить температуру предмета.

Ключевыми преимуществами оптического пирометра являются:

1. Простая конструкция
2. Высокая точность измерения
3. Доступная цена

К недостаткам оптических измерителей можно отнести:

1. Хрупкость устройства
2. Необходимость использования штатива
3. Возможность измерения температуры лишь нагретых до красна предметов

Оптические пирометры обычно используются в металлургии, при плавке и термообработке различных металлов. Какие еще виды пирометров существуют.

• Инфракрасные пирометры – измерительные приборы нового поколения. В таких измерителях процесс определения температуры полностью автоматизирован. Результат замера выводится на дисплей.

Первые пирометры инфракрасного типа появились в 60-х годах ХХ века, когда научно-технический прогресс позволил создать точный, стабильный и надежный датчик инфракрасного излучения.

В конструкции инфракрасного пирометра предусмотрены:

1. Оптическая система (линзы)
2. ИК-датчик
3. Процессор

Оптика отсеивает другие виды излучения, что повышает точность расчета температуры. Дополнительно тип оптической схемы пирометра определяет расстояние, с которого допустимо проводить замер. Датчик определяет мощность теплового инфракрасного излучения. Процессор производит вычисление температуры, с поправкой на коэффициент тепловой эмиссии.

Для электропитания инфракрасного пирометра используется батарейный блок. Элементами питания обычно выступают пальчиковые или микропальчиковые батарейки (АА, ААА).

У инфракрасных пирометров есть ряд неоспоримых преимуществ:

1. Удобная переносная конструкция
2. Устойчивость к вибрационным и прочим механическим нагрузкам
3. Высокая точность измерения
4. Возможность измерения как нагреты, так и охлажденных предметов
5. Возможность измерения температуры в труднодоступных местах

Основным затруднением использования ИК-пирометров является необходимость настраивать коэффициент тепловой эмиссии. От этого напрямую зависит точность замеров.

Разумеется, в бюджетных моделях нет возможность выбора коэффициента тепловой эмиссии. В таких приборах используется стандартное значение коэффициента, что значительно ограничивает перечень предметов, температуру которых можно измерять с более-менее высокой точностью.

Как выбрать пирометр с учетом эксплуатационных характеристик.

Основные параметры пирометров

При выборе и эксплуатации пирометров пользователю следует учитывать следующие характеристики:

• Оптическое разрешение – данный параметр определяет расстояние, с которого можно производить замер температуры.

Оптическое разрешение выражается соотношением D:S, где D – расстояние до предмета, а S – диаметр измеряемого пятна.

В простеньких бюджетных пирометрах применяется оптическое разрешение на уровне 10:1. Это значит, что с расстояния 10 метров точка измерения будет иметь диаметр 1 метр.

Чем больше диаметр сенсорного пятна, тем менее точным становится замер. Пирометры с оптической схемой 10:1 позволяют точечно производить замер температуры с расстояния около 1 метра.

Профессиональные пирометры обычно имеют оптическое разрешение на уровне 75:1. Подобные устройства дают возможность точечно определять температуру с расстояния около 10 метров.

• Коэффициент тепловой эмиссии (EMS) – данный параметр позволяет увеличить точность измерения температуры. Данный коэффициент дает возможность настроить прибор на измерение температуры определенного предмета.

Поверхности из различных материалов по-разному рассеивают тепловое инфракрасное излучение. Благодаря коэффициенту тепловой эмиссии пирометр ведет измерение температуры с поправкой.

Коэффициент тепловой эмиссии может иметь значение в диапазоне от 0,01 до 1,00. При измерении температуры человеческого тела обычно используется коэффициент тепловой эмиссии 0,98. Этот же коэффициент можно использовать для замера температуры поверхностей из древесины, пластмассы, резины.

EMS можно уточнить по специальной таблице. Если в пирометре данный коэффициент регулируется, то к прибору должна прилагаться и документация с подробной расшифровкой используемых коэффициентов тепловой эмиссии.

Пирометры бюджетного класса обычно не позволяют регулировать значение коэффициента EMS. В данном случае пользователю необходимо уточнить, какой коэффициент тепловой эмиссии используется в роли стандартного (постоянного). Таким прибором получится точно измерять температуру лишь тех предметов, которые изготовлены из материалов со «стандартным» коэффициентом.

В пирометрах профессионального класса значение коэффициента тепловой эмиссии можно настраивать в достаточно широких пределах. Многие пирометры вместо цифрового значения EMS используют название материала (бетон, кирпич, сталь, стекло и пр.). Но есть и такие приборы, где значение коэффициента тепловой эмиссии нужно настраивать вручную, до сотых (0,01).

• Время отклика – данный параметр определяет время замера температуры. Среднестатистический пирометр измеряет температуру на протяжении 1 (с).

Время отклика имеет значение в тех случаях, когда требуется измерять температуру либо подвижных предметов, либо поверхностей с высокой динамикой нагрева/охлаждения.
Для бытовых нужно пирометра с временем отклика 1 (с) будет вполне достаточно. Но если речь идет о применении измерительного прибора на производстве или в лабораторных условиях, то нужен более «быстрый» пирометр.

Время отклика у профессиональных пирометров может колебаться в пределах 0,5-0,25 (с).

• Тип прицела – подавляющее большинство пирометров оснащаются лазерным целеуказателем.

В простых пирометрах бюджетного класса прицел позволяет визуально контролировать лишь направление замера. Измерительные приборы профессионального класса оснащаются более функциональным прицелом.

Лазерный целеуказатель продвинутого пирометра позволяет визуально контролировать как направление замер, так и площадь контактного пятна сенсора.

Существуют следующие разновидности прицела:

1. Одинарная точка с фиксированным сечением
2. Одинарная точка с изменяемым сечением
3. Две точки (пересечение лучей)
4. Множество точек (контур окружности)

Самые простые пирометры имеют целеуказатель в виде точки фиксированного размера. Таким прицелом удобно контролировать направление замера и приблизительную область взаимодействия с сенсором. Этот тип приборов используется для замера с близкого расстояния, до 1 метра.

Остальные разновидности прицелов позволяют контролировать как направление замера, так и область контакта, с которой взаимодействует ИК-датчик. Визуальный контроль размера контактного пятна сенсора важен при дистанционном измерении температуры с большого расстояния.

Вспомогательные функции пирометра

В продвинутых пирометрах помимо инфракрасного датчика могут бать предусмотрены:

1. Атмосферный термометр
2. Гигрометр

Вспомогательное оснащение пирометра заметно расширяет функциональные возможности измерительного прибора.

Благодаря атмосферному термометру можно быстро и легко определить температуру окружающей среды в том месте, где находится устройство. Касательно гигрометра, этот сенсор определяет влажность воздуха в месте расположения пирометра.