Что такое оптическое разрешение пирометра
Пирометр — что это такое?
Испокон веков люди измеряли температуру. Казалось бы, нет ни чего проще, однако при более детальном рассмотрении этот вопрос сразу обрастает все новыми и новыми сложностями. Первобытному человеку, наверное, было достаточно измерение температуры по принципу холодно-тепло и в зависимости от этого, он надевал либо набедренную повязку, либо шкуру убитого накануне медведя! Но времена меняются, и такого рода измерение уже не устраивает, а точности измерения становится не достаточно.
Появились разного вида термометры, которые позволяли достаточно точно измерять температуру. Но и они не всегда были удобны, так как для измерения термометром необходим контакт измерительного зонда с объектом измерения. А как быть если необходимо измерить температуру в точке, до которой очень трудно добраться? А если точка находится в агрессивной среде? А если объект находится в постоянном движении?
В общих чертах была поставлена задача и инженерная мысль начала поиск решения этой проблемы. Так, во второй половине прошлого века появились первые пирометры. Первый пирометр был разработан и выпущен в 1967 году американской компанией WAHL.
Компания смогла на основе важнейших физических открытий в этой области начать массовое производство пирометров с высокими потребительскими характеристиками и все это смогли спрятать в маленький корпус. 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. Пирометры прочно заняли свое место в линейке приборов для определения температуры!
Строго говоря, пирометр — это прибор который бесконтактно производит измерение температуры разного рода тел и сред на основе измерения мощности теплового излучения объектов измерения в диапазоне инфракрасного излучения, а также в области видимого света.
Исходя из этого, можно определить основные характеристики пирометров — это оптическое разрешение и настройка степени черноты тела. 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, имеюoих 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, при этом стоимость одинаковых пирометров с разными объективами (коэффициентами визирования) может отличаться в десятки раз! Для точности визирования современные пирометры имеют лазерный указатель, который будет показывать центр измерительного пятна.
Ни в коем случае нельзя эту точку воспринимать как область измерения температуры — 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 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.
Все пирометры можно разделить по следующим категориям или признакам:
Область применения пирометров очень велика, и они все сильнее теснят традиционные приборы для измерения температуры. Но все таки основная задача пирометров это измерение температуры в труднодоступных местах и в местах с агрессивными средами, а также объекты которые находятся в постоянном движении или расположены в электро или пожароопасных местах.
В настоящее время предложений по продаже пирометров очень много и здесь главное не ошибиться в выборе производителя. Пирометры, которые предлагаем мы, выпущены на промышленном государственном предприятии Китая, заводе по производству электронных приборов и компонентов CEM, SHENZHEN EVERBEST MACHINERY INDUSTRY CO., LTD.
Государственное предприятие «СЕМ» принадлежит к категории предприятий имеющих высшую оценку экспертов по качеству выпускаемой продукции. Этому предприятию предлагают свои заказы для производства многие ведущие фирмы, специализирующиеся на разработке измерительной техники. В линейке пирометров, представленных фирмой «СЕМ» насчитывается десятки пирометров, которые обеспечивают все диапазоны измерения температуры.
При выборе пирометра следует обратить внимание на следующие особенности и характеристики:
Пирометр. Что такое оптическое разрешение?
Очень часто возникает вопрос: Что такое оптическое разрешение пирометра?
К примеру: оптическое разрешение 12:1 пирометра означает что при измерении температуры поверхности объекта удаленного от пирометра на расстояние 1 метр (100 см.), диаметр круга с которого регистрировуется температура будет равен 100 см / 12 = 8,5 см.
Таким образом оптическое разрешение позволяет оценить максимальное расстояние для эффективного измерения температуры того или иного объекта.
Располагая к примеру значением диаметра трубы в 30 мм, и зная оптическое разрешение 20:1 мы определим максимально возможное удаление пирометра от трубы при выполнении измерений: 30мм х 20 = 600 мм.
Важно отметить, что говорить о достоверности результатов измерений пирометров можно лишь в том случае, если измерения температуры выполнены верно с точки зрения методики измерения и не превышено расстояние до объекта измерения определяемое оптическим разрешением.
Пирометры с оптическим разрешением:
При выполнении измерений температуры пирометрическим методом важно так же учитывать характеристики поверхности измеряемого объекта, а именно его способность к поглощению и излучению энергии. Данная способность характеризуется коэффициентом излучательной способности или иными словами «степенью черноты» тела.
Для чего нужен пирометр и как измерять температуру бесконтактным методом
Для измерения температуры различных поверхностей используют различные датчики, том числе и пирометр. Работает он довольно просто и быстро. А что представляет собой пирометр, давайте разберемся.
Что такое пирометр?
Современное инженерное устройство для определения температуры любого предмета, основывающееся на инфракрасном датчике, называется пирометром. Также он известен под названиями термодетектора, даталоггера температуры, цифрового термометра или инфракрасного пистолета. В основе действия прибора заложен принцип определения температурного значения поверхности объекта по тепловому электромагнитному излучению его поверхности. Пирометр улавливает невидимое инфракрасное излучение, преобразует его в градусы, и полученный результат выводит на дисплее. Бесконтактный и быстрый метод исследования необходимых объектов позволяет специалистам избежать возможных травм.
Область применения
Достаточно широкое применение нашлось для пирометров на тех производствах, где установлено большое количество нагревательных приборов. В области строительства и теплоэнергетики они используются для расчета теплопотерь конструкций, в том числе пирометр помогает выявить повреждения теплоизоляции.
В промышленности подобные приборы дают возможность подвергать анализу температуру всевозможных процессов дистанционно. Это бывает необходимо, например, в машиностроении, металлургии и в прочих отраслях промышленности.
Так, электрики проверяют уровень нагрева мест соединения проводов, а автослесари проверяют нагрев деталей машины. Ученым пирометры приходят на помощь во время осуществления различных исследований или опытов: так они определяют верность показателей температуры веществ и тел.
В быту люди применяют подобные устройства для определения температуры тела, воды, еды и др.
Типы и классификация
В зависимости от функционального признака, выделяют несколько классификаций пирометров.
По существенному методу, используемому в работе:
Оптические пирометры подразделяются на:
По образу прицеливания различают устройства с оптическим или лазерным прицелами.
По применяемому коэффициенту излучения выделяют пирометры с переменным и фиксированным коэффициентом.
По возможности транспортировки пирометры делятся на стационарные и мобильные (переносные).
Основываясь на возможном диапазоне измерений выделяют:
Устройство и принцип действия
Основу структуры пирометра составляет детектор инфракрасного излучения. Данные преобразуются посредством встроенной электронной системы и отображаются на дисплее.
Основными рабочими элементами пирометра считают линзу, приёмник, а также дисплей, на который выводится результат измерения. Принцип действия пирометра следующий: от изучаемого объекта исходит инфракрасное излучение и посредством линзы оно фокусируется и отправляется в приемник (термобатарея, полупроводник, термопара).
Если используется термопара, в момент нагрева приемника меняется напряжение. Сопротивление — в случае использования полупроводников. Эти изменения преобразуются в показания температуры.
Для того, чтобы провести измерение, необходимо просто навести пирометр на объект, привести его в действие и отметить полученный результат. Используя специальную кнопку, вы можете регулировать формат измерения температуры — по шкале Цельсия или Фаренгейта.
Технические характеристики
Пирометр обладает рядом параметров, которые характеризуют его функциональность. Выбор желаемой модели аппарата осуществляется по их значениям. Обратимся к основным из них.
Оптическое разрешение
Так называют показатель отношения диаметра пятна инструмента к расстоянию до предмета. Эта функция зависит от угла объектива устройства: чем он больше, тем значительную площадь он сможет охватить. Важнейшим фактором точности измерения является наложение пятна исключительно на материал поверхности. Если площадь превышена, измеренное значение скорее всего будет неточным.
СПРАВКА. У каждой модели пирометра разное оптическое разрешение. Разница между ними внушительная, например, от 2:1 до 600:1. Последнее соотношение характерно для профессиональных устройств. Как правило, используются они в тяжелой промышленности. Оптимальным показателем для бытовых и полупрофессиональных пирометров считается 10:1.
Рабочий диапазон
Погрешность
Погрешность предполагает уровень возможных отклонений значений температуры и зависит от точности пирометра. В среднем допустимые отклонения — не превышающие 2% от нормы.
Коэффициент излучения
Данный параметр представляет собой отношение мощности текущего температурного излучения к такому же показателю эталонного абсолютно черного тела.
СПРАВКА. Для матовых материалов коэффициент излучения равняется 0,9-0,95. По этой причине большее количество приборов подбираются именно на это значение. Результат будет заметно отличаться от реального, например, в случае измерения степени нагрева поверхности блестящего алюминия.
В целях более точного измерения многие модели оснащаются лазерной указкой. При этом световой луч размещается не в центре, а указывает оптимальную границу области измерения.
Преимущества и недостатки
Как и любой другой прибор, пирометр обладает своими достоинствами и недостатками. Их наличие объясняется нюансами устройства и условиями применения.
Наиболее популярные модели
ЭОП-66
Пирометр ЭОП-66 применяется при осуществлении научно-лабораторных исследований. Рассчитан он на измерение показателей поверхностей предметов при температуре от +900 до +10000°С,
Данная стационарная модель оснащена телескопом, который состоит из объектива и окулярного микроскопа. Двухлинзовый объектив располагает возможностью фокусировки на дистанции до 25,4 см, а его оптическое разрешение составляет 3:1. Обратите внимание: телескоп данного прибора фиксируется на основании и плавно передвигается в горизонтальной плоскости.
Кельвин ИКС 4-20
Данный пирометр совмещает в себе возможности как мобильного, так и стационарного устройства. Это обусловлено компактными размерами (17х17х22 см) и наличием посадочного гнезда крепления объектива М12. Производитель гарантирует абсолютную водо- и пыленепроницаемость. Так, представленную модель пирометра возможно использовать в сложных производственных и строительно-промышленных отраслях.
С-700 «Стандарт»
Данное бесконтактное устройство предпочтительно использовать, например, в строительстве или металлургии. Он достойно служит в качестве инфракрасного детектора определения степени нагрева поверхностей сыпучих и твердых объектов, а также расплавленных и текучих материалов.
Температурный диапазон колеблется в пределах от +700 до + 2200 °С, что характерно для высокотемпературных приборов. Расширения возможности взаимодействия с внешними носителями достигается посредством двух вариантов выходного интерфейса: аналоговый выход 4 — 20 мА или цифровой RS-485.
СПРАВКА. Приобрести оптический пирометр возможно по весьма доступной цене: минимальная стоимость такого прибора составляет 6000 рублей, максимальная — 30000 рублей.
Как выбрать пирометр (2020)
Содержание
Содержание
Попробуйте, подсчитать, сколько приборов для измерения температуры вас окружает. Градусник, уличный термометр, домашний термометр, термометр в духовке, индикатор перегрева двигателя, термодатчики в холодильнике и морозильнике – причем это далеко не полный набор. И неудивительно – температура предметов и сред оказывает непосредственное влияние на сохранность продуктов, на работоспособность механизмов, электроники, да и нас самих. Поэтому точному измерению этой физической величины всегда придавалось большое значение.
Принцип работы пирометров
Нагретые тела являются источниками инфракрасных лучей. И чем сильнее нагрето тело, тем мощнее ИК-излучение. Человеческий глаз не видит этого излучения, но для электронных сенсоров особой разницы между видимым светом и инфракрасным нет. Испускаемые предметом инфракрасные лучи проходят сквозь объектив и проецируются на сенсор, который по интенсивности излучения определяет температуру предмета.
Из принципа работы вытекают основные достоинства и недостатки пирометров. Инфракрасные лучи подчиняются законам оптики, но следует знать, что прозрачность многих материалов для инфракрасного излучения совсем не та, что для видимых лучей. Так, через обычное стекло проникают ИК-лучи с длиной волны не более 1 мкм. А большинство пирометров работает в диапазоне 8-14 мкм, и стекло для них будет непрозрачным.
Существует миф, что пирометр измеряет температуру с помощью лазерного луча – это не так, лазер служит только для прицеливания. Пятнышко лазерной указки на предмете еще не гарантирует того, что вы получите температуру именно предмета, а не оконного стекла, через которое прошел лазерный луч.
Пирометр может измерять температуру и по отраженному ИК-излучению – это может помочь при работе с труднодоступными деталями: не обязательно пытаться получить доступ к разогретой детали, для измерения температуры достаточно его отражения в зеркале. Но это же достоинство пирометра оборачивается и самым весомым недостатком – отраженный инфракрасный свет затрудняет измерение температуры и интересующего нас предмета, ведь какая-то часть ИК-излучения, идущая от него – отраженная. Чем выше отражающие способности материала, тем большую погрешность в результат вносят отраженные лучи. Для исключения этой погрешности следует знать коэффициент эмиссии поверхности предмета, температуру которого вы измеряете. Этот коэффициент характеризует отражающие способности материала и зависит от самого материала, от обработки поверхности (полировка может снизить этот коэффициент на порядок), от окраски и т.д. У большинства пирометров в руководстве приводится таблица с коэффициентами эмиссии распространенных материалов и вам потребуется ввести подходящее значение перед измерением.
У совсем простых моделей такой настройки нет, и они пригодны только для измерения температуры предметов из ограниченного списка материалов. В моделях подороже числа вводить не надо, вид материала можно выбрать в экранном меню. Но в любом случае как-то задать этот коэффициент потребуется – самостоятельно его приборы определить не в состоянии.
Еще один недостаток пирометров – они не измеряют температуру воздуха. Атомы воздуха слишком сильно рассредоточены, поэтому испускаемое ими инфракрасное излучение несравнимо мало по сравнению с излучением от любого предмета. Если даже у прибора есть функция измерения температуры воздуха, то это значит лишь, что в нем есть отдельный термометр внутри – и температуру он будет измерять только в месте нахождения.
Характеристики пирометров
Оптическое разрешение пирометра
Очевидно, «поле зрения» пирометра должно быть небольшим – чтобы пятно, которое «видит» сенсор, не превышало размеров предмета, температура которого нам интересна. Казалось бы, в чем проблема – надо подобрать объектив так, чтобы его угол зрения был минимальным. Но чем меньше площадь измеряемого пятна, тем меньше лучей проходит сквозь объектив и тем чувствительней должен быть сенсор. Поэтому оптическое разрешение пирометра – соотношение между расстоянием до предмета и диаметром пятна измерений – во многом определяет его функциональность и цену.
Приборы с небольшим оптическим разрешением – до 10:1 чаще используются для несложных измерений и в быту. Рабочее расстояние таких приборов – не более 1 метра, на больших расстояниях точность измерений сильно снижается.
Приборы с оптическим разрешением до 30:1 уже могут использоваться для измерения температуры небольших объектов на расстояниях до 3 метров.
Оптическое разрешение от 50:1 встречается обычно у профессиональных пирометров – они позволяют с высокой точностью измерять температуру тел на больших расстояниях, но и стоят в разы дороже бытовых.
Многие приборы снабжаются дополнительными функциями, позволяющими точнее «сфокусироваться» на интересующем вас объекте при одном и том же оптическом разрешении. Функция мин/макс значение, например, позволяет вывести на экран максимальное и минимальное значения температуры, которые прибор «увидел» внутри пятна. С этой функцией вы сможете определить температуру небольшого предмета, даже если пятно измерений больше его по размерам и в него попало много других, более холодных, предметов.
Некоторые приборы дают возможность настройки того, какую температуру будет показывать индикатор во время измерения: максимальную по пятну, среднюю или минимальную.
Функция непрерывного измерения пригодится при поиске точек утечки тепла или неисправных электрических элементов. С этой функцией вы можете перемещать лазерный маркер по интересующей вас поверхности, а пирометр будет в режиме непрерывного измерения выводить температуру поверхности в районе маркера.
Время отклика будет для вас важным, если нужно произвести множество измерений или если измеряемая температура меняется быстро. Например, под действием электрического тока некачественное контактное соединение может нагреться за секунду на сотни градусов. В этом случае времени отклика в 1 секунду будет слишком много – лучше брать прибор с временем отклика 0,5 секунд. Если и этого мало, придется раскошелиться – профессиональные модели обладают временем отклика до 0,15 секунд, но и стоят они соответственно.
Коэффициент эмиссии определяет, на какой материал настроен прибор. Бытовые приборы имеют коэффициент 0,95 – они подойдут для измерения температуры предметов из матового пластика, бетона, кирпичей, человеческого тела и т.д. (см. таблицу).
Если коэффициент эмиссии материала, температуру которого вы хотите измерить, сильно отличается от 0,95, то его нужно привести к нужному значению, наклеив на поверхность кусок изоленты, покрасив матовой краской и т.п. Если это невозможно сделать, то лучше сразу подбирать прибор с изменяемым коэффициентом эмиссии – большинство таких приборов позволяют задавать его в диапазоне от 0,1 до 1.
Определение влажности говорит о том, что в прибор встроен гигрометр. Он определяет влажность окружающего воздуха, но никак не предмета, на который нацелен лазерный маркер (как некоторые думают). Зачем это нужно? Чаще всего этой функцией пользуются для определения точки росы и оценки риска выпадения конденсата на исследуемых поверхностях.
Пирометры с определением влажности, как правило, умеют сами рассчитывать точку росы и при измерении температуры поверхности, могут сразу сообщить – появится ли на ней конденсат. Это может быть очень важно в складах, теплицах, да и в жилых помещениях тоже. Выпадение конденсата – неприятность само по себе, но при определенных температурах оно еще и способствует образованию плесени. Некоторые пирометры имеют функцию определения риска образования плесени.
Варианты выбора пирометров
Для дистанционного определения температуры раскаленных и расплавленных металлов вам потребуется прибор с широким диапазоном и большим оптическим разрешением.
Если пирометр нужен вам, чтобы следить за климатом в помещениях, выбирайте среди приборов с определением влажности – он поможет вам избежать сырости и плесени.
Если вы делаете множество измерений, выбирайте среди приборов с памятью – чтобы избавить себя от необходимости записывать каждое значение.