Как выбрать пирометр

Как выбрать пирометр?

Пирометр — это прибор для измерения температуры тел по их собственному тепловому излучению на расстоянии.
С появлением пирометров решение задач по измерению температуры тех или иных объектов стало более безопасной, так как теперь нет необходимости приближаться к высокотемпературным областям и устанавливать датчики рискуя обжечься. Применив пирометр оператор замеряет температуру за считанные секунды на расстоянии.

Коэффициент теплового излучения (эмиссии). На что он влияет?

Как мы писали, каждый объект имеет свое тепловое излучение. Для матовых, черных поверхностей оно одно, для глянцевых, отражающих — другое. Недорогие модели пирометров такие, как Trotec BP15 имеют фиксированный коэффициент эмиссии 0,95, который соответствует большинству известных нам материалов. Но для получения максимально точных показателей в профессиональных моделях таких, как Trotec BP21, Trotec TP7, Trotec TP10 используется регулируемый коэффициент эмиссии. Для более наглядного примера, предлагаем просмотреть видео:

Рисунок теплового излучения различных объектов при воздействии температуры:

Для ознакомления с таблицей теплового излучения можно ознакомиться перейдя по ссылке http://pragmatic.com.ua/news/tablica_koehfficientov_ehmissii_izluchenija/2014-10-13-7

Что такое оптическое разрешение?

иной пирометр». Это не совсем корректный вопрос, так как есть такое понятие как оптическое разрешение. Информация об оптическом разрешении, как правило, нанесена на корпус устройства.

А в технических характеристиках она выражается как 20:1 (например Trotec BP25), 12:1 (Trotec BP21)
75:1 (Trotec TP10) и т.д.
Что это значит?
Допустим, стоит задача измерить нагретую емкость, диаметр измеряемой области которой составляет 1 метр. Это значит что при оптическом разрешении

• 20:1 данную область можно измерить с расстояния в 20 метров
• 75:1 данную область можно измерить с расстояния в 75 метров и т.д.

Обратите внимание, что если производить измерения с дистанции превышающую допустимое оптическое разрешение, устройство получит тепловое излучение от посторонних объектов и усреднит их. Например, измеряя пирометром с оптическим разрешением 20:1 объект, диаметром 1 метр, с расстояния 25-30 метров будет учитываться и усредняться температура соседних объектов (стена, соседняя более или менее нагретая емкость и пр.).

Здесь стоит отметить, что необходимо обратить внимание на минимальный диаметр измеряемого пятна. У большинства устройств минимальный диаметр пятна составляет 18-25 мм. Такой прибор подходит для измерения, например, труб отопительных систем. Для более деликатных работ рекомендуем использовать пирометры с меньшим диаметром минимального пятна.

Напомним, что для определения крайних точек измеряемого пятна, большинство пирометров имеет двойную лазерную указку. Бюджетные модели инфракрасных термометров имеют либо одну лазерную указку, либо не имеют их вовсе.

Дополнительные функции.

Технический прогресс не стоит на месте. Поэтому производители помимо основных функций оснащают инфракрасные термометры дополнительными опциями.
Так пирометр, Trotec BP25 имеет встроенные датчики влажности и температуры воздуха. Благодаря чему его успешно применяют для мониторинга климатических условий и поиска риска образования плесени в помещениях.
Trotec TP10 и PCE-IVT1 оснащены внутренней памятью или поддерживают внешний накопитель для регистрации значений которые можно анализировать в дальнейшем.

От чего зависит коэффициент эмиссии пирометра

Наибольшее количество споров и эмоциональных отзывов, как правило негативных, чему способствует интернет при активном распространении и перепостах вызывает такой параметр, как коэффициент эмиссии, без правильного задания которого ИК пирометр покажет температурную чепуху.

Это не ртутный медицинский градусник, которым может пользоваться даже ребенок. Это измерительная техника, которая требует не только строго соблюдения требований эксплуатации, но и понимания процессов непрямого метода измерения температуры и хотя бы минимального набора теоретических знаний.

Проблема в том, что тела по-разному отражают, поглощают и излучают инфракрасный тепловой поток, и чтобы исходящее от них излучение учитывалось целиком и полностью, как раз и необходимо настраивать указанный показатель.

Что оказывает влияние на коэффициент эмиссии пирометра

Первый фактор – это материал. Но не только в физическом смысле: рулон блестящей нержавейки или керамический горшок под цветы.

Оказывает воздействие степень механической обработки и агрегатное состояние – твердый, жидкий.
Приведем базовый перечень факторов влияния на коэффициент излучения:

• материал;
• длина волны;
• температура.

Но он не полный. Как в математике — есть необходимый перечень, но не достаточный.
Продолжая оперировать математическими терминами, функция точности имеет три аргумента, а экстремум будет достигнут только в одной точке, когда каждая из входящих в температурную функцию величин, будет оптимальной. Что честно говоря, значительно усложняет решение задачи.

Почему меняется сам коэффициент излучения для разных материалов ? Причем судя по таблицам, в широчайшем диапазоне от 0.01 до 0.99.

Поясним на примере. Возьмем "крылатый" металл, популярный в авиастроении – алюминий. Это светлый материал с низким коэффициентом излучения.

А вот если поверхность начнет взаимодействовать с атмосферным кислородом, например при нагреве и потемнеет по причине образования слоя окислов, коэффициент увеличится.

И если при одной и той же настройке пирометра проводить измерения, но в одном случае поверхность будет чистой, а в другом – оксидированной, разница в покрытии даст о себе знать погрешностью в температуре.

На коэффициент излучения также оказывает влияние:

1. Окисление.
2. Загрязнение.
3. Механическая обработка – полировка, шлифовка.

Но и это еще не все ! ИК излучение – это колебательный процесс со своей частотой, периодом и длиной электромагнитной волны. И объекты могут излучать как в широком спектре, так и на узком участке.

Как можно увидеть на рисунке, коэффициент теплового излучения в значительной степени зависит от длины волны, причем не линейно. Например, для чугуна на длине волны около 1 мкм, ниспадающая кривая падает резко вниз, а сам коэффициент излучения уменьшается в разы.

Но если настройку коэффициента эмиссии можно сделать, нажав одну-две клавиши, то длина волны , на которой проводится бесконтактное измерение температуры, задается на заводе , указана в технических характеристиках и не может быть изменена . Диапазон обычно составляет 8-14 мкм.
Для измерения температуры металлических поверхностей, желательно пирометр купить с наиболее коротковолновым диапазоном.
Еще одно важное преимущество коротковолновых моделей выясняется, если вспомнить процессы затухания и поглощения ИК лучей в атмосфере от взвешенных частиц. Чем более коротковолновый диапазон выбран, тем меньше влияют пылинки, и молекулы газа.

И еще один аргумент, от чего зависит коэффициент теплового излучения – это температура.

Как же так ? Сначала мы отметили, что коэффициент неизменный и указан в справочных таблицах. Потом выяснилось, что он зависит от длины волны. А теперь открывается, что присутствует еще и зависимость от температуры.

Но ведь мы рассмотрели на примерах, что температура, измеренная бесконтактно, наоборот определяется коэффициентом излучения. Так что от чего зависит ? Вспоминается поговорка:” что первично – курица или яйцо ?”.

Все это так. Но когда мы выше говорили о неизменном, уникальном коэффициенте теплового излучения, для конкретного типа материала, речь шла все-таки идет об усредненном значении, что доказывает следующий график зависимости коэффициента от температуры.

Температурный график позволяет сделать 2 вывода.

Основная причина в том, что на определенном этапе, в области высоких температур начинает играть роль агрегатное состояние вещества. Это прежде всего касается металлов.
Как только материал начинает раскаляться – при нагреве до сотен градусов, коэффициент теплового излучения увеличивается, растет плотность теплового потока.

Но что любопытно – при плавлении коэффициент излучения опять резко падает (на графике не показано) и снова нужно подстраивать. Начинает сказываться высокая степень отражения емкости с расплавленным металлом.

Окончательно запутывают неопытного работника, слой окислов, шлака, посторонних включений, плавающие на поверхности жидкого металла.

Получается, что функция приобретает еще один аргумент, определяемый состоянием загрязнения расплавленного металла или сплава, который достаточно сложно определить эмпирическим путем.

Шлак не стоит на месте, перемещаясь в бурлящей массе и показания постоянно меняются и колеблется коэффициент излучения, из-за того, что в поле зрения входной оптической линзы загрязнения то попадают, то нет.

Следует обратить внимание на еще один важный момент. Малый коэффициент теплового излучения в области низких температур, как мы отметили, приводит опять же к пониженной плотности теплового потока, и начинают влиять паразитное тепловое излучение от окружающих предметов, искажающих показания.

Конечно “низкие температуры” понятие очень условное. Для металлов низкой температурой может быть и 100 градусов Цельсия, хотя вода уже начнет кипеть, а сталь или чугун даже не накалятся, что легко определить по цвету. На этом принципе кстати работают высокотемпературные оптические пирометры, с так называемой исчезающей нитью.

Как рассчитать коэффициент эмиссии ?

Итак, коэффициент является функцией нескольких параметров. Как его верно рассчитать ?
Таблицы это хорошо, а сравнительное измерение температуры лучше. Именно так. Допустим, в таблице указано, что для полированного алюминия коэффициент излучения составляет 0.35.
Входим в режим настроек и устанавливаем указанную величину, нажимая на копку, поскольку по умолчанию значение — 0,95.

Понадобится еще например термопара.
И сравниваем 2 показателя. Если контактный датчик показывает большее значение температуры, значит выставленный коэффициент занижен, и чтобы плотность теплового потока соответствовала реальной температуре, увеличиваем показатель, пока разница не станет минимальной.

ИоффеЛЕД

Вопрос: Какой режим накачки светодиода лучше использовать: короткие импульсы и большой ток или меандр или непрерывный режим и малый ток?

Ответ: Ватт-амперная характеристика большинства светодиодов (за исключением LED 19 Sr и LED 21 Sr ) имеет сублинейный характер. Поэтому с точки зрения получения максимальной средней мощности излучения, правильно использовать светодиод в области малых токов и малой скважности, т.е в режимах, наиболее близких к непрерывному или меандру. У светодиодов с длиной волны 1.9 и 2.1 мкм, ватт-амперная характеристика имеет сверхлинейный характер (в области допустимых токов), поэтому максимальная средняя мощность достигается при больших токах и больших скважностях.

2.

Вопрос: Многие производители светодиодов, используют для коллимации пучка рефлекторы. Чем линзы лучше рефлекторов и имеет ли смысл использовать для уменьшения расходимости пучка, дополнительный рефлектор?

Ответ: В реализованной нами конструкции светодиода, используется иммерсионное сопряжение чипа и линзы, что дает не только коллимацию пучка, но и увеличение эффективности вывода излучения из чипа светодиода, и соответственно увеличение мощности светодиода. Использование дополнительного рефлектора нецелесообразно, поскольку выходящее из линзы излучение имеет и так небольшую расходимость.

3.

Вопрос: Насколько долговечны Ваши светодиоды и каковы причины выхода их из строя?

Ответ: При использовании «щадящих» режимов работы – когда ток накачки светодиода составляет ½ от максимального тока, мы не наблюдали достоверной деградации оптических или электрических характеристик светодиодов. Прогнозируемый срок службы, полученный по методикам ускоренной деградации, составляет 80 – 100 тыс. часов при токе накачке, близком к максимальному.

Основной причиной выхода из строя СД, является его электрический пробой, связанный с неправильным включением, когда потребители либо путают полярность включения, либо «прозванивают» СД тестером.

4.

Вопрос: Какова стабильность параметров СД?

Ответ: Оптические и электрические характеристики однозначно определяются одним единственным параметром – температурой. Точность поддержания или измерения температуры СД определяет стабильность характеристик или их предсказуемость соответственно.

Вопрос: Как быстро СД реагирует на внешние изменения температуры?

Ответ: По нашим оценкам, время за которое СД успевает «прогреться», составляет около 1 минуты.

Вопрос: Как быстро СД выходит на стационарный режим после включения СД тока накачки?

Ответ: Вопрос более неопределенный, чем предыдущий. Зависит эффективности теплоотвода или, другими словами, от «окружения» СД.

Вопрос: Насколько разогревается СД во время работы?

Ответ: Максимальный ток накачки, определяется как ток, при котором СД разогревается на 20 градусов. При токе накачке, равном ½ от максимального тока, перегрев не превышает 10 градусов.

Вопрос: Как измерять температуру СД?

Ответ: Самый распространенный способ – терморезистором, который «сидит» на теплоотводе СД, максимально близко к последнему.

5.

Вопрос: Каков разброс параметров СД и ФД внутри партии и от партии к партии?

Ответ: Для СД, разброс по мощности составляет, как правило, ±25 % внутри партии, т.е. для приборов, собираемых из одной эпитаксиальной пластины. Различие между партиями, т.е. приборами, собираемыми из разных эпитаксиальных пластин, так же ±25 %. Таким образом, максимальный разброс по мощности (по крайним точкам) не превышает 2-х раз. Для ФД, ситуация, приблизительно такая же (некоторое усложнение имеет место, поскольку необходимо учитывать разброс двух параметров — токовой чувствительности и темнового сопротивления.

6.

Вопрос: Какую дополнительную фокусирующую оптику, Вы бы посоветовали для работы с Вашими компонентами?

Ответ: Зависит от требований к Вашей оптической схеме. При длине оптического пути до нескольких сантиметров, возможно, обойтись без дополнительной оптики. Однако, настоятельно рекомендуем предусмотреть возможность подстройки положения СД и ФД по углу, с помощью поворотных трансляторов или специальных держателей (типа «глаз хамелеона»)

7.

Вопрос: По сравнению с тепловыми источниками и приемниками излучения, Ваши компоненты, достаточно узкополосны по спектру. Можно ли обойтись без использования интерференционных фильтров при детектировании газов?

Ответ: Зависит от конкретных условий, в частности наличия других газов. В общем, мы рекомендуем использовать интерференционные фильтры при решении задач газового анализа, поскольку в этом случае, упрощается моделирование температурных зависимостей параметров наших компонентов.

8.

Вопрос: Какие сроки поставки изделий?

Ответ: Зависит от количества, выбора корпуса, наличия комплектующих. В частности, при небольших количествах (до 100 штук):

а) иммерсионные свето- или фотодиоды (LED/PDxxSr/Sy/Cy) с линзой из Si — 1-2 недели;

б) иммерсионные свето- или фотодиоды с термохолодильником (LED/PDxxTO8TEC) — 2-6 недель (зависит от наличия нужного количества термохолодильников на складе. Если нужного количества нет, то к сроку сборки (2 недели) добавляется время на заказ холодильников (около 4-х недель);

9.

Вопрос: Ваши производственные возможности?

Ответ: до 3-х тысяч диодов в месяц, но требуется 1-2 месяца на подготовку выполнения такого заказа. Большие количества (до 10 тысяч в месяц) также возможны, но потребуют большего времени на подготовку склада комплектующих (линз, корпусов).

Пирометры. Разновидности и сферы применения пирометров

С середины 60-х годов прошлого столетия началось интенсивное развитие бесконтактных портативных пирометров, так как именно в это время были сделаны важные физические открытия, которые позволили начать производство малогабаритных пирометров с высокими характеристиками, широко применяемых на различных производствах. Изначально, когда Pieter van Musschenbroeck изобрел один из первых пирометров, они предназначались для измерения температуры визуально, по яркости и цвету сильно нагретого объекта. На сегодняшний день определение пирометра несколько расширилось, современные приборы правильнее называть инфракрасные радиометры, сейчас они измеряют достаточно низкие температуры от 0°C и ниже. Стремительное развитие технологий, позволило значительно расширить границы измерения температур твердых и жидких тел.

Лазерные пирометры и принцип их действия

Пирометр — это прибор для точного бесконтактного измерения температуры непрозрачных тел, являющийся одним из видов термометров, принцип действия которого заключается в измерении силы теплового излучения, которое исходит от объекта в диапазонне видимого света и инфракрасного излучения. Пирометры заключают в себе сложнейшие оптические и электронные системы, которые позволяют решить практически любую теплоизмерительную проблему в достаточно широком диапазоне температур, от -50 до 3000°С. Принцип действия инфракрасного пирометра заключается в измерении абсолютного значения излучаемой энергии одной волны в инфракрасном спектре. Такой метод измерения, на сегодняшний день, является относительно не дорогим. Данные пирометры могут производить любые измерения температуры, с нужной дистанции, но имееют ограничения связанные с диаметром исследуемого объекта и прозрачностью окружающей среды, что и является их уязвимой частью. Высокая чувствительность к загрязненной среде, ограничивает использование пирометра в влажных, запыленных, задымленных средах. Также далеко не все пирометры пригодны для измерения поверхности тел, которые во время технологического процесса переходят из одного физического состояния в другое, например из жидкого в твердое.

Основные виды пирометров

Пирометры спектрального диапазона можно разделить на несколько основных видов. Яркостные пирометры позволяют без применения специальных устройств определить температуру тела, путем сравнения цвета эталонной нити с цветом нагретого тела. Радиационные пирометры измеряют температуру с помощью пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Мультиспектральные пирометры определяют температуру объекта путем сравнения теплового излучения в различных спектрах.

Сферы применения пирометра

Измерение температуры пирометром выгодно отличается от обычных термометров. Измерения можно производить без остановки технического процесса или производства на безопасном расстоянии в местах повышенных температур. Так как пирометрические измерения очевидно имеют ряд преимуществ, сфера применения достаточно широка. Пирометры активно применяются на теплотрассах, для эффективного нахождения прорывов теплоизоляционной оболочки, также в строительстве для нахождения теплопотерь в жилых и промышленных зданиях. В лабораторных условиях, при исследованиях, где контактный метод нарушает чистоту эксперимента. В сфере теплоэнергетики, где нужно точно и быстро измерять температуру на участках малодоступных для другого вида измерения. Конроль температуры букс и ответственных узлов грузовых и пассажирских вагонов в сфере железнодорожного транспорта. Быстрое определение температуры любых непрозрачных тел, которые находятся в движении, поддержание и регулирование противопожарной безопасности, контроль и проверка систем кондиционирования, вентиляции и отопления.

Выбирайте пирометры Testo

На сегодняшний день лидером на рынке теплового измерительного оборудования, а в частности пирометров и термометров, является всемирноизвестная крупная немецкая компания Testo. Практически на всех рынках, где Testo присутствует со своими продуктами, компания занимает не только лидирующие позиции, но и стабильно удерживает 1-2 места по продажам среди производителей аналогичного оборудования. Успех компании достигается ставкой на научно-технические разработки, на которые ежегодно выделяется около 12% всего оборота компании. Таким образом ассортимент и качество продукции дает Testo явное превосходство над большинством аналогичных компаний.

Количество просмотров статьи: 10065

Постоянная ссылка на статью: http://viva-telecom.org/articles/pyrometers/
При перепечатывании активная ссылка на данный документ или на главную страницу сайта обязательна.

Магазин и информационный ресурс по продажам и обслуживанию термометров . Цена на товар в наличии всегда актуальна. Всю предлагаемую технику можно купить с доставкой из городов Краснодар, Омск и Москва в любой регион России и страны таможенного союза. Приобретайте оборудование только у проверенных и надежных поставщиков.

2009—2021 © ЗАО «Вива-Телеком». ОГРН 1085543064947. Основано в 2008 году. Радиостанции и измерительные приборы.