Знакомство с прибором

Магазин Gtest® предлагает широкую номенклатуру пирометров. Ссылка на соответствующую страничку сайта Магазина приводится в самом конце настоящего Раздела. Кроме того, приводится перечень рекомендуемых приборов + статьи для дальнейшего самообразования в этой области

Пирометр часто называют лазерным термометром, бесконтактным термометром, инфракрасным (ИК) термометром или ИК-термометром. Пирометр использует инфракрасное излучение, также известное как тепловое излучение, для косвенного измерения температуры поверхности без контакта. Уильяму Чандлеру Робертсу-Остину приписывают изобретение радиационного термометра. Любой объект с температурой выше 0 градусов Кельвина (К) испускает излучение. Пирометр измеряет только температуру видимой поверхности. Поэтому пирометр не может проводить измерения через стекло. Если измеряемый объект холоднее пирометра, поток излучения отрицательный. Чтобы рассчитать температуру, пирометр посылает тепловое излучение на измеряемый объект, чтобы скорректировать отрицательный поток.

Преимущества пирометра

Пирометр предлагает множество преимуществ. Результаты измерений можно получить очень быстро, от 10 мк до 1 секунды в зависимости от устройства. Пирометр также устраняет ошибки, связанные с плохим тепловым контактом. Пирометр практически не изнашивается, даже на портативных ручных устройствах. Высокое напряжение, электромагнитные поля и едкие материалы не влияют на процесс измерения. Измерения, проводимые с помощью пирометра, не повреждают чувствительные объекты, такие как пластиковые пленки или бумажные изделия. Еще одним важным преимуществом является то, что, поскольку измерения можно проводить бесконтактно, пирометр является гораздо более безопасным инструментом для использования в условиях высоких температур.

Измерение длины волны (NIR, MIR, FIR)

Идеальные условия для измерения длины волны с помощью пирометра зависят от материала и его температуры. Для наилучших показаний при комнатной температуре длины волн в середине рекомендуются инфракрасные диапазоны (MIR). Для этой цели используются тепловые датчики внутри пирометра, например, пироэлектрические детекторы.

Температуры от примерно 350 °C (662 °F) можно определить в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК) с помощью инфракрасных фотодиодов, используя пирометр. Таким образом, например, германиевый фотодиод может иметь более низкую длину волны приема около 1,9 мкм. Температуры от примерно 700 °C (1292 °F) в видимом спектральном диапазоне можно измерить с помощью фотодиодов. Диапазон длин волн приема пирометров для высоких температур часто определяется фоторецепторами. Например, наименьшая длина волны приема кремниевых фотодиодов составляет около 1,1 мкм. Объект с температурой 3000 К находится в состоянии максимального излучения, поэтому с его помощью можно измерять температуры от примерно 700 °C (1292 °F).

Практические применения пирометра

Как уже обсуждалось, главное преимущество пирометра по сравнению с обычным контактным термометром заключается в том, что он обеспечивает бесконтактное измерение с использованием излучательной способности. Это означает, что всего за несколько секунд можно определить температуру в частях машин, двигателей или систем, к которым нет легкого доступа без выключения. Фактически, поскольку пирометр измеряет излучение, исходящее от поверхности материала или объекта (так как все объекты излучают энергию и электромагнитные волны в зависимости от их температуры), и поскольку энергия зависит от температуры измеряемого объекта, температуру поверхности объекта можно измерить без непосредственной близости и прямого контакта. Благодаря установленному программному обеспечению и лазерному прицелу пирометр определяет коэффициент излучения измеряемого объекта и обеспечивает точное показание температуры поверхности в точно заданной области. Таким образом, пирометр является идеальным решением для мониторинга систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), деталей и компонентов. Пирометр можно использовать для регулярного мониторинга систем HVAC, а также для устранения неисправностей и поиска причины неустановленной неисправности. Состояние системы HVAC играет важную роль в любой компании, на заводе, складе, в школе или дома. Пирометр можно использовать для проверки воздуховодов, труб и стен. Техническое обслуживание системы HVAC является сложной задачей, поскольку не все элементы системы HVAC открыты для немедленного доступа и осмотра. Вот почему при тестировании, регулировке и балансировке системы HVAC (TAB) применение измерительных приборов прямого контакта не всегда целесообразно или легко. Часто трудности возникают не только из-за препятствий, создающих ограниченный доступ к ключевым точкам измерения в системе HVAC, но и из-за потенциальных рисков и опасностей для специалиста по HVAC, например, когда температура компонента системы HVAC становится слишком высокой для безопасного проведения измерения контактным способом.

Пирометр позволяет специалистам по инспекции HVAC проводить необходимые испытания и проверки системы HVAC на месте, без использования лестниц или слишком большого количества другого вспомогательного оборудования, что упрощает проверку состояния вентиляционных каналов, вентиляционных отверстий для кондиционирования воздуха, охлаждающих труб нагревательных элементов и т. п. Большинство пирометрических устройств имеют небольшие размеры, что делает транспортировку и обработку абсолютно беспроблемными. Кроме того, точность и результаты измерений большинства пирометрических изделий впечатляют. Пирометр может помочь сэкономить много времени, усилий и затрат, возникающих из-за незапланированных остановок оборудования, машин и систем. Бесконтактные измерения с помощью пирометра проводятся в режиме реального времени, и при использовании устройств с заданными пределами легко обнаружить, когда рабочие условия превышают допустимые пределы (как правило, пирометр издает звук или мигает цветным светом в качестве звукового или визуального предупреждающего сигнала тревоги).

Еще одна область, где применяются пирометрические устройства, — это медицина. Например, пациентов с подозрением на наличие высококонтагиозных заболеваний можно поместить на карантин и измерять температуру их тела с высокой степенью точности с помощью специальной пирометрической технологии.

СОВЕТЫ ПО ПОКУПКЕ ПИРОМЕТРА

Пирометр используется для измерения температуры поверхности объекта без прикосновения к поверхности объекта. На практике объектом, для которого необходимо измерить температуру поверхности, может быть что угодно: от резиновой шины до нагревательного элемента печи. Эта универсальность делает пирометр невероятно полезным инструментом для специалистов по инспекциям во многих различных отраслях. Однако для обеспечения точных результатов измерений характеристики пирометра должны соответствовать требованиям области применения.

Как определить, какой пирометр лучше всего подходит для вашего применения? Следующий текст призван помочь вам принять обоснованное решение о покупке.

Ключевые вопросы, которые следует задать себе при выборе пирометра для инфракрасного измерения температуры

- Какой тип устройства требуется для вашего приложения (например, портативный или стационарный пирометр)?

- Какое значение излучательной способности рекомендуется для измерения температуры поверхности вашего материала?

- Какое отношение расстояния до цели или расстояния к пятну (D/S) требуется для вашего приложения?

- Какая степень точности необходима для успешного выполнения вашей задачи?

- Какой объем памяти и интерфейс передачи данных необходимы, если таковые имеются?

- Какой уровень послепродажного обслуживания и поддержки желателен?

- Каков ваш бюджет?

Ниже приводится более подробный анализ критериев, которые следует учитывать при выборе пирометра.

Портативный или стационарный

Ответ на этот вопрос во многом зависит от предполагаемого применения. Если вы хотите использовать пирометр для спорадического сбора показаний для обеспечения качества, следует использовать портативный пирометр. Если вы хотите проводить измерения непрерывно и использовать показания для управления процессом, лучше использовать стационарный пирометр. Стационарный пирометр должен быть оснащен интерфейсом для передачи показаний в систему управления процессом или контроллер. Передача может быть аналоговой или цифровой.

Излучательная способность

Пирометр может иметь свои недостатки. Одним из таких недостатков является необходимость знать требуемую излучательную способность. Излучательная способность материала — это относительная способность его поверхности излучать или поглощать энергию посредством излучения. Излучательная способность зависит не только от вида материала, но и от предполагаемой температуры поверхности и длины волны (мкм) пирометра.

Другим недостатком является то, что коэффициенты излучения металлов сильно различаются, что затрудняет точное измерение. Например, при 25 °C (77 °F) сильно окисленная медь имеет коэффициент излучения 0,78, но при 527 °C (980,6 °F) та же самая сильно окисленная медь имеет коэффициент излучения 0,91, в то время как полированная медь имеет коэффициент излучения 0,012 при 327 °C (620,6 °F). Таблицу приблизительных значений коэффициента излучения для распространенных материалов можно посмотреть здесь. Предупреждение: точность значений, показанных в таблице, не может быть гарантирована, поскольку коэффициент излучения зависит от нескольких переменных (текстура поверхности, цвет, температура во время измерения и т. д.). В то время как большинство стеклянных, керамических, пластиковых, деревянных и органических материалов имеют очень высокую излучательную способность (около 0,95) в среднем инфракрасном диапазоне (MIR) и дальнем инфракрасном диапазоне (FIR), чистые металлы имеют гораздо более низкую излучательную способность в MIR и ближнем инфракрасном диапазоне (NIR) — например, полированное золото в MIR имеет излучательную способность приблизительно 0,02. Однако, когда металл анодирован (например, алюминий) или сильно окислен, он будет иметь более высокую излучательную способность около 0,9 в MIR. Когда дело доходит до окрашенных металлов, более высокая излучательная способность краски будет иметь значение для измерения температуры. Интенсивность и максимум излучения зависят от температуры.

Многие пирометрические устройства имеют функцию регулировки излучательной способности. Часто излучательная способность регулируется с помощью поворотной ручки с диапазоном 0 ... 1. Некоторые пирометрические устройства имеют дополнительный измерительный вход для контактного датчика температуры (или термопары). Если вы хотите, чтобы пирометр был откалиброван для неизвестного материала, чтобы определить излучательную способность, температуру можно измерить с помощью этого дополнительного датчика. Настройка излучательной способности в пирометре будет регулироваться до тех пор, пока бесконтактное измерение не даст тот же результат измерения, что и измерение с контактным датчиком.

Соотношение расстояния и цели

Каждый пирометр имеет линзу с определенным отношением расстояния до цели или расстояния к пятну (D/S). Такие характеристики, как 2:1, 10:1 или 20:1, очень распространены для недорогих пирометрических устройств. При рассмотрении высококачественных пирометрических устройств характеристики могут быть до 75:1. Эти значения также могут быть выражены как x:y. Это означает, что пятно измерения имеет диаметр y, когда расстояние до поверхности равно x. Например, если пирометр имеет отношение расстояния к цели 20:1, вы можете стоять на расстоянии 20 сантиметров или 20 дюймов от цели и измерять температуру круга диаметром в один сантиметр или один дюйм. Это похоже на конус света, излучаемый фонариком. Если вы приблизитесь к стене очень близко с фонариком, конус света будет меньше, чем когда вы находитесь дальше от стены. Более продвинутые пирометры могут уменьшать или увеличивать размер этого пятна измерения, чтобы соответствовать требованиям к размеру приложения.

Точность

Каждый пирометр будет иметь свои собственные характеристики точности, которые зависят от измеряемого диапазона температур. Обычно измерительный прибор с более высокой точностью будет иметь более высокую цену, поэтому важно учитывать как практичность, так и точность. Помимо излучательной способности, на результаты могут влиять такие факторы, как толщина поверхности, геометрия (ровная, вогнутая, выпуклая), отделка (полированная, шероховатая, окисленная, пескоструйная) и пропускаемость (тонкие пластиковые пленки), а также угол измерения и спектральный диапазон. Таким образом, при проведении сравнительных измерений температуры с помощью пирометра крайне важно установить контроль, чтобы минимизировать влияние как можно большего количества переменных для получения наиболее точных показаний.

Память и передача данных

Некоторые пирометры сохраняют показания температуры во внутренней памяти или на карте памяти SD. Размер памяти может быть представлен как количество ГБ или как максимальное количество сохраненных показаний. Эта память обычно позволяет загружать данные измерения температуры на ПК с помощью порта USB, интерфейса RS-232 или устройства чтения карт SD. В большинстве случаев пирометр с возможностью записи данных температуры оснащен USB-подключением. В некоторых случаях для передачи данных измерений требуется специальное программное обеспечение для ПК.

Обслуживание и поддержка

Это еще один важный момент, который следует иметь в виду. Узнайте, как долго поставщик работает в бизнесе. Чем дольше срок работы компании, тем больше вероятность, что вы сможете заказать запасные части через несколько лет после покупки пирометра. PCE Instruments работает с 1999 года. (Более подробную информацию см. в разделе «О нас» / «Корпоративная история» на нашем веб-сайте.) Также узнайте, какая техническая поддержка будет вам доступна. Позвоните в PCE Instruments, поговорите с командой технической поддержки перед покупкой и убедитесь сами в уровне предоставляемого обслуживания.

Бюджет

Часто в бюджете учитывается больше, чем просто стоимость пирометра. Расходы на калибровку являются обычными расходами, которые могут возникнуть при использовании пирометра. Например, если вам необходимо соответствовать требованиям стандарта качества ISO, необходимо соблюдать регулярный интервал калибровки. Расходы на калибровку ISO могут возникать во время покупки и повторяться ежегодно или даже раз в полгода в зависимости от ваших потребностей в точности и использования ИК-термометра. Также возможно, что повторная калибровка станет необходимой позже из-за дрейфа, который пирометры и их датчики могут испытывать с течением времени. Расходные материалы, такие как (перезаряжаемые) батареи, также должны быть включены в ваши расчеты.