Пирометр

Общие сведения о приборе

Пирометр — это очень простой и удобный в работе прибор. Для того чтобы измерить температуру выбранного объекта, достаточно просто направить на него устройство. Оно мгновенно определяет степень нагрева и выдаёт показания.

Преимущества и недостатки

Прибор пирометр, как и большинство изобретённых устройств, имеют свои достоинства и недостатки. Они обуславливаются особенностями устройства и условиями применения.

К преимуществам можно отнести следующие:

1. Простота конструкции и малые габариты. Пирометры используются довольно часто, поэтому малые размеры позволяют носить их даже в самом небольшом кармане или специальной сумке.
2. Низкая стоимость. Использование минимального количества деталей в конструкции позволяет производителям выпускать приборы в большом объёме и продавать их по низкой цене.
3. Высокая надёжность. Аппарат отличается хорошей работоспособностью, что незаменимо при использовании его в экстремальных условиях.
4. Широкий диапазон измерения. Большинство современных пирометров позволяют определять температуру объекта в пределах от 10 до 800 градусов. В выпущенных под конкретные задачи устройствах этот показатель может достигать и более высоких значений.

Среди недостатков можно выделить такие:

1. Зависимость прибора от излучательной способности объекта. При измерении температуры у одинаково нагретого блестящего и тёмного предмета будут получаться разные показатели.
2. Пирометр может выдавать неправильные показания из-за структуры поверхности объекта исследования, его физического состояния и наличия защитных покрытий.
3. Откорректировать показатели и установить погрешность можно только на самых новых приборах. Старые аппараты такой функцией не обладают.
4. На точность измерений влияет расстояние. Чем оно больше, тем выше вероятность выдачи неправильных показателей.

Сферы применения

Пирометры широко используются на производстве, где установлено много нагревательных приборов. С их помощью проверяется температура теплотрасс, бойлеров, паропроводов и обрабатываемых деталей. Электрики этим прибором проверяют степень нагрева кабелей, трансформаторов и мест соединения проводов, а металлурги — печей, станков, прессов.

Не обошли вниманием пирометр и автомастера. Им они проверяют нагрев электродвигателя и прочих деталей машины

В пищевой промышленности такие устройства используют для получения точных сведений о температуре хранения тех или иных продуктов питания.

Бесконтактные пирометры иногда используют для особых случаев. Среди них стоит отметить следующие:

Необходимость провести быстрое измерение (при пожарах и прочих непредвиденных ситуациях).
Исследование предметов или деталей, обладающих низкой теплоёмкостью.
Следить за степенью нагрева объектов, к которым запрещено прикасаться руками или какими-либо устройствами.
Измерение температуры тонкого поверхностного слоя изделия или очень маленькой его детали.
Контроль за степенью нагрева заготовки при изготовлении деталей особой важности.
Исследование объектов, которые работают от электрической энергии.
Необходимость определения температуры быстро движущегося объекта.
Проверка степени нагрева труднодоступных узлов или отдельных его деталей.

Другие материалы по теме

Технические параметры

Точность измерения

Основное влияние на качество замеров оказывают:

• способность поверхности предмета излучать тепловые волны;

• фактическая температура самого тела и окружающих его объектов;

• дистанция между прибором и обследуемым предметом.

Излучательный показатель идеально чёрного тела равен единице, а у идеального зеркала сводится к нулю. Учитывая особенности основной части измеряемых объектов, недорогие пирометры настраиваются на значение излучения 0,95. В физических и инженерных справочниках упоминаются усреднённые значения излучательной способности различных тел. К примеру:

• отполированный алюминий – 0,05;

• отполированная латунь – 0,1;

• чистая вода – 0,974;

• асфальт – 0,93;

• кварц (без обработки) — 0,9;

• круглый лес и доски различного типа, разнообразные пиломатериалы – 0,8-0,9;

• покрытые лаком поверхности – 0,9;

• лёд – 0,97;

• бетон различных марок – 0,7-0,85;

• красный керамический кирпич – 0,75-0,9;

• мрамор – 0,9;

• обожжённая глина – 0,75;

• нержавеющая сталь (в зависимости от марки) — 0,2-0,6.

Если точность замеров критически важна, поверхность могут даже покрывать особыми лаками, излучательная способность которых заранее задана. Но на характеристики излучения влияет и температура нагретого тела — в диапазоне 300–900 градусов ошибка может отличаться очень существенно.

Кроме того, пирометры бюджетной категории не смогут сколько-нибудь точно определить температуры свыше 500 градусов. В этом случае их показания окажутся крайне далеки от реальных значений. Есть и ещё один фактор — полупроводниковые датчики температуры при прогреве воздуха на 10 градусов теряют 1% точности. И это — если сам прибор высокого класса, полностью исправен и хорошо калиброван. На точность замеров влияет и то, не выходит ли пространство, с которого снимают показания, за пределы обследуемого объекта.

Коэффициент излучения

Этот показатель (он же степень черноты) определяет важнейшее для пирометрических обследований свойство объекта. Данный индекс вычисляют, деля энергию, испускаемую при конкретной температуре объектом, на энергию, испускаемую при той же температуре абсолютно чёрным телом. Он обычно имеет значения от 0,1 до цифр, близких к единице. Нулевое значение и единичный показатель в реальной практике не встречаются. Коэффициент излучения металла определяется степенью окисления поверхности.

Оптическое разрешение

Этот параметр обозначает площадь обследуемого объекта

Важно: в некоторых источниках вместо «оптического разрешения» говорят про «показатель визирования». Расчёт очень прост: определяют соотношение диаметра окружности, испускаемые с которой лучи могут быть зафиксированы пирометром, и дистанции до объекта

При замерах с близкого расстояния оптическое разрешение должно быть 4: 1 или иного небольшого значения. Но уже при работе на удалении в 3–5 м придётся использовать устройства с повышенным разрешением (иначе на результат измерения повлияют посторонние объекты и воздушные массы). Важно: пятно измерения накладывается строго на материал поверхности.

Рабочий диапазон

Этот показатель определяется тем, насколько совершенен основной датчик пирометра. У большинства приборов он составляет от -30 до +360 градусов. В бытовых областях использования этого вполне достаточно. Так, в отопительных и кондиционирующих системах температура всё равно не превышает 110 градусов. Однако для профессионального применения, в промышленности и энергетической сфере особенно, придётся выбирать более совершенную технику.

Топ-10 лучших бытовых пирометров

Хотя профессиональные приборы обладают высоким классом точности, в домашних целях чаще используют недорогие и универсальные бытовые модели. Большинство из них одинаково хорошо подходят для измерения температуры тела и поверхностей.

Elitech Р 350

Пистолетный пирометр с точечным указателем годится для медицинских и бытовых целей. Предельная температура для прибора составляет 380 °С, минимальная — 50 °С.

Купить пирометр Elitech можно за 1700 рублей

ADA TemPro 550

Качественный бесконтактный прибор с ЖК-дисплеем и подсветкой подходит для замеров температуры воды, батареи, тела человека. Обладает широким диапазоном в пределах — 50-500 °С, погрешность совсем невелика — не более 1,5%.

Купить TemPro 550 от ADA можно за 2400 рублей

CEM DT-8806H

Удобный домашний прибор для измерения температуры у человека и окружающих предметов. В первом случае пирометр работает в диапазоне 32-42,5 °С, во втором — от 0 до 60 °С. Выводит результаты на дисплей в цифровом виде.

Важно! Прибор сохраняет в памяти последние 32 замера — это может пригодиться при контроле температуры тела при болезни. Средняя стоимость пирометра CEM составляет 2500 рублей

Средняя стоимость пирометра CEM составляет 2500 рублей

KBT MS6531

Домашний пирометр с удобной формой корпуса в виде пистолетной рукояти поддерживает измерения от — 50 до 550 °С. Выводит значения на экран большим шрифтом, оборудован подсветкой, кнопки крупные. Подходит для любых замеров — медицинских и бытовых, работает с твердыми телами, жидкостями и газами.

Цена на KBT MS6531 начинается от 2200 рублей

Fluke 59 Max

Бытовой прибор с питанием от батареек способен замерять температуру до – 350 °С. Оснащен лазерным указателем, время отклика устройства составляет половину секунды. Погрешность 2%, к достоинствам можно отнести прочный ударостойкий корпус и длительное время работы на одном заряде — до 12 часов.

Цена Fluke 59 Max начинается от 4200 рублей

Elitech P 550

Простой в использовании прибор подходит для определения теплового потока от нагревательных устройств и для замеров температуры тела. Работает в диапазоне -50-550 °С, дает очень низкую погрешность, поддерживает питание от внешнего блока.

Средняя цена Elitech P 550 — 1700 рублей

CEM DT-8861

Бюджетный бытовой пирометр демонстрирует высокую скорость замеров и обладает широким диапазоном, определять температуру с его помощью можно от — 50 до 550 °С. Оснащен лазерным прицелом из 2 точек, обеспечивающим максимально достоверные измерения. Применять прибор можно как для проверки теплового потока, так и в качестве альтернативы медицинскому термометру.

Приобрести CEM DT-8861 можно от 3900 рублей

Testo 805

Компактный прибор работает с температурами — 30-250 °С, при этом демонстрирует очень высокую точность. Оснащен круговым целеуказателем, поставляется с литиевым аккумулятором, обеспечивающим питание на протяжении 40 часов. Подходит для бесконтактных измерений на короткой дистанции.

Внимание! При работе с тепловым потоком, исходящим от мощных бытовых устройств, нужно учитывать ограниченный диапазон прибора. Цена у Testo 805 довольно высокая — от 7000 рублей

Цена у Testo 805 довольно высокая — от 7000 рублей

Instrumax plRo-330

Эргономичный инфракрасный прибор справляется с измерением температуры при болезни, подходит для проверки нагрева воды и твердых поверхностей. Функционирует в пределах — 50-330 °С, оснащен лазером и системой фиксации показаний. Если температура какого-либо объекта выше допустимых для прибора пределов, пирометр сообщит об этом пользователю специальным индикатором.

Стоимость пирометра Instrumax составляет около 1900 рублей

RGK PL-12

Инфракрасный измеритель с лазерным наведением помогает обнаружить утечки тепла в помещении, проконтролировать работу электрооборудования и оценить температуру поверхности жидкостей. Прицел у пирометра состоит их 2 лучей, максимальный порог измерений — 550 °С, а минимальный – 50 °С. По отзывам пользователей, лучше всего прибор работает в теплой среде, а на холоде может давать сбои.

В среднем RGK PL-12 стоить около 3400 рублей

Какие пирометры бывают

Прибор, предназначенный для быстрого определения температуры поверхности, представлен несколькими видами. Пирометры принято разделять по принципу работы и прицеливанию, по исполнению и измерительным возможностям.

Оптические

Сравнивают излучение, исходящее от некоего объекта, со светом от накаленной нити в своей измерительной лампе. Таким образом, устанавливается разница температур.

Оптические пирометры сравнивают излучение от объекта с эталоном

Цветовые

Измеряют тепловое излучение в определенном спектре, например, инфракрасном. Обладают высокой точностью и часто применяются в быту.

Цветовые пирометры самые востребованные, они просты в использовании и дают точные показания

С лазерным прицелом

Температура измеряется бесконтактным способом на участке, четко определенном лазерной точкой. В основном медицинские и бытовые модели относятся к этому виду и демонстрируют высокую точность.

Лазерный прицел в пирометре позволяет замерить температуру в конкретной точке

Стационарные

Такие пирометры используют на производстве, устройства обладают довольно большими размерами, оснащаются защитным кожухом и системой дополнительного охлаждения или нагревания.

Стационарные пирометры чаще используют на производстве

Мобильные

Компактные небольшие модели чаще всего применяют для бытовых целей и для измерения температур в труднодоступных местах. Точность зависит от качества, хорошие переносные устройства не уступают стационарным.

Мобильные пирометры помещаются в руке и мало весят

Текстово-цифровые

Результаты измерений такие пирометры выводят на дисплей в градусах. Иногда могут указываться дополнительные сведения.

Большинство пирометров показывает итоги замера в градусах на дисплее

Графические

Прибор формирует на экране изображение, отображающее изменение температур. Модели отличаются повышенной наглядностью.

Некоторые модели пирометров предоставляют информацию о тепловом излучении в графическом виде

Рекомендации к использованию

Каких рекомендаций стоит придерживаться для того, чтобы грамотно эксплуатировать устройство и получать точный результат измерений? Прежде всего, стоит сказать о том, что точность показателей зависит от ряда факторов:

способность излучения поверхности объекта;

температура измеряемого предмета;

температура той среды, в которой находится объект;

расстояние, на котором происходит измерение.

Теперь подробнее о каждом. Излучательная способность предмета подразумевает под собой энергию (в данном случае тепло), которое объект отражает от себя. Большая часть предметов имеет способность излучения в пределах от 0,8 до 0,96. Это объясняет установленный при производстве в недорогих пирометрах показатель 0,95.

Температура предмета меняет способность излучения предмета, поэтому здесь может быть допущена погрешность в измерениях в полтора и более раз. К тому же, непрофессиональный пирометр не может дать точных показаний при замерах температуры предметов, показатель которых превышает отметку 550 градусов.

Температура окружающей среды также вносит свои коррективы в конечный показатель определения температуры. Это обусловлено тем, что в приборах встроены элементы-полупроводники, характеристика которых меняется в зависимости от окружающей среды. Изменение их свойств даст погрешность в прямой зависимости.

Расстояние, на котором производится определение показателей предмета, отражается на точности конечного результата измерений. Пирометры оснащены оптической системой, поэтому область, с которой производится снятие показаний излучения, прямо зависит от расстояния, на котором находится прибор по отношению к объекту.

При измерении стоит учитывать важную деталь – зона, с которой планируется снимать показания не должна выходить за область объекта. К каждой модели измерительных устройств прилагается инструкция с руководством по эксплуатации, в которой указывается идеальное расстояние и площадь для получения более точных результатов. Среди моделей можно встретить приборы с лазерными указателями из нескольких лучей, обозначающих границы для измерений.

Также рекомендуется предупредить попадание любых взвешенных в воздухе частиц, которые могут отразиться на конечных показателях. Нельзя проводить измерения через прозрачные поверхности, потому что, в таком случае, будет получен результат измерения температуры этой поверхности.

Виды пирометров

Эти незаменимые в промышленности приборы выпускаются под потребности конкретного производства. Они разделяются на несколько видов:

1. По принципу действия: оптические, инфракрасные. Первые разделяются ещё на два вида, которые называются цветовыми (сравнивают яркость объекта с другими областями спектра) и яркостными (исследуют степень излучения, идущего от детали, со значениями накала нити).
2. По методу прицеливания: с оптическим и лазерным наведением.
3. По коэффициенту излучения: постоянные и переменные.
4. По методу перемещения: мобильные, стационарные.
5. По измеряемым показателям: высокотемпературные (для определения показателей выше +400 градусов по Цельсию) и низкотемпературные (для измерения до 30 градусов ниже ноля).

Оптический аппарат

Такой пирометр считается одним из наиболее часто используемых. Он производит измерения в диапазоне инфракрасных лучей и видимого света. Состоит прибор из следующих деталей:

• объектив;
• лампа;
• ослабляющий светофильтр;
• нить накаливания;
• реостат;
• милливольтметр;
• рычаг реостата;
• монохромный светофильтр;
• окуляр;
• различные рукоятки для управления реостатом и всем прибором.

Оптический аппарат действует так:

1. Исходящий от исследуемой детали свет попадает в объектив прибора.
2. Через него он поступает в окуляр.
3. Рабочий видит выдаваемую степень яркости и сравнивает её с аналогичным показателем температурной лампы. Весь процесс выполняется в монохроматическом свете, который создаётся при помощи специального светофильтра.
4. Температура определяется с помощью милливольтметра. На нём нанесена специальная разметка, которая учитывает степень накала нити.

Инфракрасный радиометр

Этот вид пирометра работает на основе радиационного способа и в ограниченном интервале инфракрасного излучения. Для удобства пользования аппарат снабжён специальным лазерным указателем. Он помогает навести прибор на конкретное место детали и измерить его температуру.

Инфракрасный пирометр состоит из таких компонентов:

• диафрагма;
• объектив;
• кожух из меди;
• корпус;
• лампа;
• светофильтр;
• окуляр;
• накал;
• милливольтметр.

Принцип действия прибора основан на улавливании теплового излучения, идущего от горячего объекта, и фокусировке чувствительным элементом, соединённым с термопарой.

Работает прибор таким образом:

Включённый пирометр наводится на изучаемую деталь так, чтобы она оказалась в объективе и полностью закрыла от глаз человека другие предметы.
Окуляр передвигается и достигается максимальная чёткость изображения

При этом важно использовать светофильтр. Он не только позволит более точно выполнить измерения, но и убережёт глаза от вредного воздействия яркого света.
Тепловое излучение поступает на чувствительный элемент прибора

Она изготовлен в виде пластинки из платины.
К ней припаяны термопары, которые нагреваются в зависимости от температуры объекта.
Она измеряется, и результат выдаётся на экран прибора.

Как проверить музыку на авторские права на YouTube?

Преимущества и недостатки

Как и любой другой прибор, пирометр обладает своими достоинствами и недостатками. Их наличие объясняется нюансами устройства и условиями применения.

Плюсы

• Мобильность, малогабаритность и весьма простая конструкция;
• Доступная низкая стоимость, обусловленная использованием минимального количества элементов в конструкции;
• Высокий уровень надежности;
• Достаточно широкий диапазон измерения.

Минусы

• Прямая зависимость показаний пирометра от излучаемой способности исследуемого предмета;
• Точность результатов измерений может быть ниже из-за особенности физического состояния поверхности объекта;
• Функция внесения поправки в показатели и установления погрешности предусмотрена только на самых новых приборах;
• Расстояние играет большую роль в точности измерения.

Монохромная термометрия

Монохромный способ определения суммарной энергетической яркости использует заданную длину волны. Реализации варьируются от ручных зондов с простым дистанционным измерением до сложных переносных устройств, позволяющих одновременно наблюдать объект и его температуру с занесением показаний в память прибора или их распечаткой. Стационарные датчики представлены как простыми небольшими детекторами с удалённым расположением электроники, так и высокопрочными устройствами с дистанционным PID-управлением. Волоконная оптика, лазерное прицеливание, водяное охлаждение, наличие дисплея и сканера – опциональные варианты мониторинга технологических процессов и систем управления.

Конфигурация, спектральная фильтрация, диапазон рабочих температур, оптика, время отклика и яркость объекта являются важными элементами, влияющими на производительность и должны быть тщательно рассмотрены в процессе отбора.

Датчик может быть как простым двухпроводным, так и сложным износоустойчивым высокочувствительным устройством.

Выбор спектрального отклика и диапазона рабочих температур связан с конкретными задачами измерения. Короткие длины волн предназначены для высоких температур и длинные – для низких. Если объекты прозрачны, например, пластмассы и стёкла, то необходима узковолновая фильтрация. Полоса поглощения CH полиэтиленовой плёнки равна 3,43 мкм. Выделение спектра в этом диапазоне упрощает вычисление коэффициента излучения. Точно так же стеклоподобные материалы становятся непрозрачными при длине волны 4,6 мкм, что позволяет точно определить температуру поверхности стекла. Область излучения 1-4 мкм даёт возможность производить замер через смотровые отверстия вакуумных и барокамер. Альтернативный вариант – использование волоконно-оптического кабеля.

Оптика и время отклика в большинстве случаев несущественны, так как поле зрения размером 3 см на расстоянии 50 см и время отклика менее 1 с является достаточным. Для небольшого или быстро перемещающегося прерывистого объекта возникает необходимость в небольшом (3 мм в диаметре) или ещё меньшем (0,75 мм) пятне измерений. Дальнее прицеливание (3-300 м) требует оптического регулирования, так как стандартное поле зрения прибора становится слишком большим. В некоторых случаях для этого используется метод двухволновой радиометрии. Оптоволокно позволяет дистанцировать электронику от агрессивных сред, устранить влияние помех и решить проблему доступа.

Лазерный термометр в основном имеет регулируемое в диапазоне 0,2-5,0 с время ответа. Быстрый отклик может повысить уровень шума сигнала, а медленный влияет на чувствительность. При индукционном нагреве необходима мгновенная реакция, а для конвейера – более медленный отклик.

Монохромная ИК-термометрия проста и используется в случаях, когда для создания высококачественной продукции контроль температуры крайне важен.

Принцип работы

Основными характеристиками пирометрического оборудования оказываются:

• разрешение в оптическом диапазоне;

• диапазон температуры;

• скорость действия (особо важна, если степень нагрева быстро меняется).

Почти все современные устройства способны обработать поступившую информацию и выдать её на экран примерно за 1 секунду или даже меньше. Информация может отображаться в аналоговом либо в цифровом формате.

Часто реализуется опция установления наименьшего и наибольшего показателей в серии замеров, а также специальное звуковое или световое уведомление, когда достигается определённый уровень температуры.

Чтобы собранные сведения можно было переместить на ПК, ноутбук, смартфон или на внешний накопитель данных, применяют стандартный USB интерфейс. Но чтобы понять, откуда берутся сами передаваемые данные, нужно разобраться в принципе действия прибора. Любое тело, так или иначе, испускает инфракрасные волны. Чёрные дыры и другие экзотические состояния материи можно вынести за скобки. Когда на материальный объект направлен прибор, это излучение можно зарегистрировать.

Дальность, на которой может производиться замер, определяется величиной измеряемой поверхности и характеристиками воздуха вокруг объекта. Чем он грязнее, тем больше появляется помех, и тем труднее установить реальную температуру. Специфика пирометров позволяет использовать эти приборы:

• при определении температуры малодоступных либо вовсе не доступных объектов;

• установлении степени нагрева движущихся предметов или движущихся частей неподвижных в целом предметов;

• выяснении уровня нагрева находящихся под напряжением, в токсичной среде или иных опасных местах предметов;

• оперативном промере быстрых изменений температуры;

• работе с предметами, которые мало поглощают тепла или недостаточно быстро его проводят.