Что такое пирометр, сфера применения и разновидности пирометров

Пирометр — это продвинутый прибор для определения температуры любого объекта на основе инфракрасного датчика, который считывает невидимое инфракрасное излучение, преобразует показания в температурные и выводит полученное число на дисплей. Максимальный диапазон измерения — 1000°C. Он так же известен, как бесконтактный цифровой термометр или инфракрасный пистолет.

Пирометр — бесконтактный цифровой термометр

Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Хотя пирометры сравнительно недавно начали использоваться в промышленности, тем не менее они находят все более широкое применение для измерения температуры, так как они удобны, дают точные показания и более безопасны, чем другие виды температурных датчиков.

Пирометр может быть чрезвычайно полезным для поиска неисправностей в системах, где избыточный нагрев может быть одной из причин. Например, киповец может использовать пирометр для обнаружения нагретого участка на монтажной плате, не отключая цепь от источника питания либо в непосредственной близи от цепей под напряжением. Также пирометр отлично подойдет для поиска неисправностей в любом оборудовании с вращающимися частями, так как измерение с его помощью не подвергает киповца опасности соприкосновения с вращающимися частями.

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.

Топ-3 лучших пирометра с АлиЭкспресс

Дешевые, но функциональные пирометры можно приобрести в Интернете через АлиЭкспресс. Хотя надежность таких устройств считается более низкой, чем у приборов из фирменных магазинов, обычно они хорошо справляются с бытовыми задачами.

Habotest HT650A

Удобный домашний пирометр с круговым прицелом подходит для определения не только температуры, но и влажности. Максимальный порог для прибора составляет 380 °С, работает инфракрасное устройство по бесконтактному принципу.

Norm 400/600

Инфракрасный прибор способен замерять температуру до 400 °С, подходит для любых целей — от медицинских до бытовых. Несмотря на невысокую стоимость, обладает малой погрешностью около 1,5%.

DT-8809C

Среднебюджетный аппарат с АлиЭкспресс осуществляет измерения температуры у человека до 43 °С и у неодушевленных объектов — до 100 °С. Обладает высокой точностью, прост в использовании, замеры можно проводить с расстояния 5-10 см.

Стационарная модификация

Эти модели существенно отличаются компоновкой и представляют собой оптический модуль цилиндрической формы, внутри которого заключен измерительный датчик. Данный компонент соединен специальным прочным кабелем с электронным модулем управления, который оснащается монохромным жидкокристаллическим дисплеем и кнопочным меню управления.

Блок размещают в закрытом щитке, подключают питание и сигнальные линии. В дальнейшем величина выходного тока (или напряжения) передается по проводам на компьютер посредством специальных средств логики (контроллеров) и специализированного программного обеспечения. Такая схема удобнее, поскольку экран электронного модуля невелик. На нем трудно различить отображаемые показания.

Стационарные пирометры пригодны к применению в различных сферах промышленности. Они производятся с широким диапазоном измеряемых пределов. Благодаря такому качеству, прибор позволяет контролировать любой технологический процесс, связанный с температурой.

Читайте также: Для чего нужен клапан в кальяне

Он может эксплуатироваться в тяжелых или даже агрессивных условиях окружающей среды (запыленность, высокая температура, влажность и прочее). Это возможно потому, что оптический элемент заключен в герметичный защитный кожух из нержавеющей стали с водяным охлаждением или воздушной продувкой.

Стационарные пирометры оснащаются лазерными системами прицеливания, могут комплектоваться дополнительными аксессуарами. Например, фирменным креплением, защитным кожухом, оптикой и прочими элементами.

Рейтинг лазерных бесконтактных пирометров 2022 г

Чтобы понять, какой пирометр лучше купить для дома, стоит ознакомиться с обзором популярных моделей. Самыми востребованными у покупателей являются бесконтактные приборы с лазерным прицелом.

ADA TemPro 700 A00224

Относительно недорогой прибор из профессиональной категории подходит для выявления утечек тепла в доме. Поставляется в прочном корпусе с длинной рукоятью, устойчив к температурным перепадам и отличается высокой достоверностью результатов. Оснащен лазерным прицелом, позволяющим снимать точечные показания.

Testo 830-T1

Прибор подходит для измерения низких и высоких температур, причем работает не только с твердыми объектами, но и с жидкостями. Благодаря встроенному лазеру может снимать показания как с обширных зон, так и с небольших участков. Способен проводить замеры в диапазоне от — 30 до + 400 °С.

Bosch PTD 1

Универсальный прибор определяет температуру воздуха и поверхности, а также уровень влажности в помещении. Применяется в технических целях, помогает выявить утечки тепла. Проводит замеры от — 20 до 200 °С по поверхности, а в качестве комнатного термометра отображает показания от — 10 до 40 °С.

Что измеряют пирометром?

Предметом определения является среднее температурное значение для поверхностей предметов, тел в рамках пятен измерений. Они имеют эллипсовидную либо округлую форму. Чем больше длина пути от объекта измерения к пирометру, тем масштабнее размеры пятна. Устройство нацеливают на нужный предмет, материал при помощи встроенного в него лазерного указателя. Его направляют непосредственно в центр измеряемой окружности.

Современные пирометры дистанционно фиксируют температуру, допускают минимальные погрешности, а также имеют эргономичный дизайн и автономное питание. Таким оборудованием пользуются, когда необходимо:

• проконтролировать температурный режим объектов в условиях высокого риска попадания под удар электрического тока;
• иметь дело с поверхностью предметов, где могут наблюдаться резкие изменения температуры;
• измерять силу нагрева объектов с неординарными температурными режимами (высокие уровни на одном и нормальные значения – на другом элементе).

Поскольку устройство имеет особый принцип работы, основанный на «считке» излучения тепловых волн инфракрасного диапазона, оно способно фиксировать температурные показатели объектов, которые находятся на расстоянии до 15 метров. Благодаря этому аппарат имеет такие плюсы, как:

• безопасность;
• удобство применения;
• высокая точность фиксации показателей тел, предметов, конструкций, материалов.

Для начала немножко теории…

Любое тело излучает тепловую энергию Е, пропорциональную его температуре поверхности в четвёртой степени и коэффициенту излучения к.

Научившись измерять и обратно преобразовывать эту тепловую энергию в температуру можно измерять температуру поверхности на расстоянии (дистанционно).

Рис.1.Как происходит измерение температуры поверхности пирометром

Любой пирометр содержит некоторую оптическую систему, позволяющую снимать данные (собирать тепловую энергию) с пятна определённой площади S на расстоянии L. Отношение L/D, где D — это диаметр пятна называется оптическим разрешением пирометра. Чем этот параметр больше, тем на большем расстоянии можно измерять температуру конкретного тела и тем дороже прибор.

При помощи оптической системы прибора энергия излучения падает на сенсор ИК термометра (Рис.2).

Рис.2.Устройство сенсора ИК термометра

У современных пирометров сенсор представляет собой миниатюрную термопару, на рабочий спай которой и направлено тепловое излучение контролируемого объекта. Вблизи холодного спая термопары располагается сенсор температуры, в качестве которого чаще применяется термосопротивление.

Электронная схема прибора по термосопротивлению измеряет температуру холодного спая термопары и добавляет к ней вторую часть пропорциональную напряжению с термопары. ИК сенсоры уже давно научились изготавливать полностью в интегральном исполнении. Есть сенсоры с цифровым выходом.

Если бы все тела излучали одинаково, имея равную температуру, то погрешность пирометра определялась бы только точностью его юстировки .

Однако все тела излучают по-разному. Для того чтобы измерить температуру поверхности какого-либо тела достаточно точно, необходимо точно знать его коэффициент изучения к.

Обычно пирометр юстируется на производстве или в метрологической лаборатории при помощи «абсолютно-чёрного тела» (АЧТ), т.е. поверхности, с коэффициентом излучения близким к 1. Затем в память прибора устанавливают реальный, усреднённый коэффициент излучения. Чаще 0,95. Есть однако модели пирометров подороже, в которых потребитель сам устанавливает коэффициент. Но какой – вот в чём вопрос. А коэффициент излучения очень сильно зависит как от материала поверхности, так и от качества обработки, наличия загрязнений, ржавчины, влаги и т.д. В табл. 1 представлены коэффициенты излучения для ряда материалов.

Материал	К
доска	0,96
бумага	0,93
базальт	0,72
ржавое железо	0,70

Табл. 1 Коэффициент излучения к для нескольких материалов

При неправильно выставленном коэффициенте излучения можно получить погрешность в десятки градусов.

Как пользоваться?

Ручным устройством работать просто. Правила проведения замеров несложны и заключаются в следующем:

1. Необходимо включить пирометр;

2. С помощью лазерного указателя направить его на объект измерения;

3. Нажать кнопку активации (курок).

После совершения этих действий, на экране отобразится значение температуры. Важное условие для успешного и точного измерения – это соблюдение размеров пятна визирования на поверхности. Если не придерживаться рекомендации, то это привет к недопустимой погрешности.

Ввиду своих особенностей эксплуатации и установки, стационарные модели пирометров достаточно настроить один раз.

Какой пирометр лучше — лазерный или инфракрасный

Пирометры бывают оптическими и инфракрасными. Именно последние обычно и применяют в быту, они компактны, обладают хорошей точностью и выводят результаты на дисплей в цифровом виде.

Что касается лазерных устройств, то они являются разновидностью инфракрасных. Речь идет о приборах, оснащенных системой прицеливания. В применении они более удобны, чем приборы, у которых лазерного прицела не предусмотрено. Простейшие модели пирометров измеряют температуру «по области» и не сосредотачиваются на конкретной точке объекта. Приборы с лазером оценивают инфракрасное излучение на выбранном небольшом участке и поэтому демонстрируют повышенную точность.

Виды пирометров

Все пирометры можно разделить по следующим категориям или признакам: по принципу измерения, по температурному диапазону и по способу эксплуатации.

По принципу измерения пирометры бывают:

• яркостные пирометры, позволяющие определять температуру объекта путем сравнения цвета с эталоном.
• Радиационные пирометры, измеряющие температуру объекта посредством пересчета мощности теплового излучения.
• Цветовые пирометры позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.

По температурному диапазону:

• Низкотемпературные. Пирометры этого типа способны определять отрицательные температуры, при этом диапазон положительных температур может быть достаточно большим.
• Высокотемпературные. Пирометры работают в диапазоне высоких температур и не способны производить замеры объектов с отрицательной температурой.

По способу эксплуатации:

• Переносные пирометры предназначены для эксплуатации в полевых условиях. Они имеют малый вес, дисплей отображения показателей, автономное питание. Предназначены для очень широкого круга задач по измерению температуры. Могут иметь внутреннюю память и подключаться к компьютеру для передачи данных.
• Стационарные пирометры предназначены для выполнения чаше всего постоянного замера в конкретной точке. Обладают повышенной точностью и как правило не имеют своего дисплея, а передают данные на компьютер или пульт управления Способны работать при неблагоприятных условиях окружающей среды. Чаще всего применяются при необходимости замеров на промышленных предприятиях. Имеют большие размеры и вес.

Почему пирометр врет — причины

Прибор этот безусловно хороший, но давайте подробнее рассмотрим вопрос, как же им правильно пользоваться. Ведь простое наведение лазерного луча и считывание показаний на электронном табло, не всегда гарантирует и дает корректные результаты.

При замерах существует множество погрешностей, о которых большинство пользователей даже не догадывается. Измерение температур при помощи оптического прибора, отличается от измерения температуры приборами контактными.

Вот основные ошибки, которые допускают новички:

• не учитывается материал, из которого сделан предмет измерения

• замеры производятся через стекло или в пыльном, влажном помещении

• температура самого пирометра значительно отличается от температуры окружающей среды

• измерения происходят слишком далеко от объекта, без учета конуса расширения луча

• экономные «специалисты» пытаются работать прибором наподобие тепловизора на больших площадях, не учитывая при этом частоту обновления показаний девайса

Рассмотрим все эти моменты более подробно.

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

Диапазон действия прибора зависит от пирометрического датчика и, зачастую, варьируется от -30 °С до 360 °С. Так, для бытового использования подойдут почти все виды пирометров, если учесть максимальную температуру теплоносителя в системе отопления до 110 °С.

Итак, какие факторы влияют на точность измерения промышленного пирометра?

Перечислим несколько основных факторов:

• точность юстировки пирометра на АЧТ при к =1,
• точность задания к-коэффициента излучения,
• чистота поверхности измерения, наличие влаги, пыли и т.д.,
• временной фактор, влияющий на старение оптической системы и эл. компонентов,
• наличие «засветки» от посторонних источников,
• соответствие диаметра «пятна» и размеров контролируемой поверхности (диаметр пятна должен быть заведомо меньше).

Какая реальная точность измерения, указывается в документации на промышленные пирометры среднего ценового диапазона? +/-1% от измеряемой величины, т.е. примерно +/-0,4°С при измерении температуры поверхности нагретой до +40°С. Давайте запомним это значение. Оно нам пригодится далее.

Принцип действия

Работа приборов этого типа основана на возникновении инфракрасного излучения и определении показателя абсолютного значения излучаемой в инфракрасном спектре энергии длины волны.

Инструмент направляется на удалённый объект, расстояние до которого лимитируется только диаметром замеряемого пятна и составом («чистотой») окружающей объект воздушной среды. Измерение характеристик излучения объекта (его интенсивность и спектральный состав) пирометрическим прибором косвенным образом определяет и температуру его поверхности.

Принцип работы пирометра определяет основной функционал инструмента:

• измерение температуры удалённых (недоступных или труднодоступных) объектов, а также температуры их движущихся элементов;
• анализ температурного режима находящихся под напряжением объектов при невозможности контактных способов измерения;
• экспресс-фиксация быстрых температурных изменений поверхности объектного тела;
• исследование объектов, обладающих низкой теплоёмкостью или теплопроводностью.

Использование пирометра на промышленных объектах и в быту не представляет никаких сложностей: инструмент наводится на обследуемый объект, измерение и фиксация на дисплее температурных данных выполняется в считанные секунды при нажатии и удержании «курка».

Как правильно измерять температуру бесконтактным способом

Процесс правильного замера пирометром будет выглядеть следующим образом.

Определяете материал из которого сделан предмет (сталь, медь, алюминий). Далее в таблице ищите его коэффициент излучения и заносите эту поправку в сам прибор.

И только после этого направляете луч инфракрасного пирометра на объект.

При таком измерении вы действительно получите близкие результаты к фактической температуре. Ну а те девайсы, в которых заводом жестко установлен коэфф.=0.95, попросту будут врать при каждом замере.

Под каким бы углом вы не направляли луч, как близко бы не подносили прибор к поверхности, искажения в любом случае будут. И здесь речь уже идет не об одном или двух градусах.

Погрешность может составлять десятки единиц!

Какие бывают дополнительные функции?

В зависимости от сферы применения пирометра, определяют целесообразность покупки: простую модель или с набором дополнительных свойств. В любом случае стоит о них упомянуть:

• Подсветка дисплея (Bosch PTD 1 0603683020, ADA TemPro 1600 А00128). Этой функцией обладают практически все приборы и это обоснованно. Даже во время работы при плохой видимости данные хорошо различимы.
• Встроенная память (ADA TemPro 1600 А00128). В зависимости от модели техники можно сохранять до 10 измерений. Это очень удобно, потому что информацию не нужно записывать в блокнот.
• Подключение к компьютеру через USB-порт. Показания можно сохранить в компьютере, чтобы потом использовать в анализе работы или составлении отчета.
• Определение максимального/минимального значения, вычисление разницы между показаниями, усредненной температуры (ADA TemPro 1600 А00128). Эти функции пригодятся, если планируется производить сложную диагностику работы механизма.
• Удержание полученного показания на экране (Testo 830-T3). Работать с таким прибором удобно, потому что после того, как сделан замер, показания не исчезнут, а будут видны, пока человек не активирует другую программу.

Эти параметры нужно учитывать при выборе, потому что с ними даже очень сложные замеры Вы выполните просто, быстро и с удовольствием. Подробная информация о характеристиках и возможностях прибора указана в инструкции к товару, поэтому перед покупкой обязательно ознакомьтесь с ней. Зная все самые важные особенности разных моделей техники, Вам легко будет остановиться на самой подходящей.

Не сомневайтесь в том, что использование инструмента на практике не составит труда, и представьте, каких затрат можно избежать, имея такого помощника. С пирометром удастся своевременно обнаружить «слабое» место в двигателе автомобиля, в домашней котельной или на кровле. Таким образом, не потребуется покупать новый «движок» (достаточно дорогостоящий), котел не выйдет из строя, потому что вовремя будет поменян шланг, обои на стене комнаты не нужно будет переклеивать из-за влажности. Знакома хотя бы одна из этих причин? Тогда не медлите с оформлением заказа через интернет-магазин «»! После завершения процедуры оплаты покупка будет доставлена в кратчайшие сроки и Вы сразу же сможете приступить к запланированной диагностике температуры.

Разница показаний при замерах нагретых и холодных тел

К примеру, если у вас предмет имеет температуру окружающей среды, то излучает и отражает он приблизительно одну и ту же температуру. Но если его при этом нагреть, то сразу же появится погрешность, существенно искажающая реальные данные.

Чтобы удостоверится во всем вышесказанном, можете сами провести простейший эксперимент. Возьмите блестящую кастрюлю и какую-нибудь книжку.

Далее проведите замеры на них одним и тем же пирометром. Чтобы повысить точность эксперимента, старайтесь делать замеры в одной точке.

Результаты у вас точно не будут одинаковыми, правда сильной разницы вы не увидите. Если перепроверить это дело контактным термометром, то отклонения будут составлять всего 2-3 градуса.

Но это все будет справедливо только при комнатной температуре предметов. А что будет, если в кастрюлю залить горячую воду?

Измерения в этом случае тут же пойдут в разнос.

Это говорит о том, что температура нагретых гладких блестящих поверхностей, просто так пирометром не измеряется.

Поэтому, когда в видеороликах показывают, насколько элементарно бесконтактным измерителем определить температуру батарей или контактов, не сильно доверяйте данной рекламе.

Рекомендации по использованию пирометров

Использование пирометров для бесконтактного измерения температуры на открытой поверхности (зеркале) металла Краткий обзор

Поверхность металла как с чистой, так и с окисленной поверхностью может быть измерена с достаточно высокой точностью с использованием инфракрасных пирометров разного типа. Тип используемого пирометра зависит от нескольких параметров. Наиболее часто и эффективно использовать пирометр, который работает на наиболее короткой из возможных длине волны, но также бывают случаи, когда необходимо остановить свои выбор на пирометр спектрального отношения. Основным из главных факторов является стабильность характеристик излучения измеряемой поверхности нагретого материала во время рабочего процесса, а также степень окисления его поверхности. Также важным фактором является наличие и характер атмосферы попадающую в зону измерения. Необходимо учитывать, что пирометры спектрального отношения так и не нашли более широкого распространения соответствующего их теоретической базе. Введение

Для инфракрасных пирометров идеальным случаем по бесконтактному измерению температуры является измерение температуры поверхности нагретого металла, который находиться при комнатной температуре (в качестве примера можно назвать прокатный стан установленный в цеху). Следует учитывать что от правильного выбора пирометра зависит точность и стабильность измерения температуры. Не существует универсального пирометра, который позволит решить все поставленные перед ним задачи по измерению температуры. Существующее понятие “холод” означает, что излучаемая средой плотность облучения, которая взаимодействует с измеряемым материалом, незначительна, по сравнению с излучением нагретого материала. Другими словами, если температура окружающей среды холоднее на 300°С чем температура поверхности измеряемого материала, то окружающую среду можно считать “холодной”. Далее вы узнаете о факторах, которые позволят определить оптимальный пирометр, а также узнаете о возможностях некоторых типов используемых пирометров. В таблице ниже предлагаются факторы влияющие на выбор пирометра и краткий комментарий к нему:

Факторы влияющие на выбор пирометра	Наличие трудностей влияющих на измерения	Предлагаемый к выбору пирометр
Изменяющие условия измерения объектов
Изменяющаяся степень окисления поверхности	Постоянное изменение параметра относительной излучательной способности измеряемого объекта в значительной мере от длины волны	Оптимальным выбором почти всегда будет коротковолновый монохроматический пирометр
Сплавы изменяющиеся во времени	Постоянное в зависимости от сплава изменение параметра относительной излучательной способности	Каждый сплав должен измеряться индивидуально
Наличие «холодных» участков на поверхности измеряемого материала (например, окалина)	Наличие большого потенциала для возникновения ошибочных заниженных показаний	Для измерения можно использовать не только пирометры спектрального отношения но для небольших объектов коротковолновые пирометры с последующей обработкой максимальных измеренных значений. Применение последнего типа пирометров предпочтительней при температуре“холодных” участков меньше 200-300°С температуры измеряемого объекта
В процессе измерения измеряемые объекты меняют габаритные размеры и местоположение	Размер и положение объекта может изменятся относительно поля зрения пирометра	Используются как пирометр спектрального отношения так и коротковолновый с обработкой максимальных значений
Свертывание, завихрение потоков жидкого металла	Постоянно изменяет эффективную относительную излучательную способность	Предпочтительней использовать пирометр спектрального отношения, но также как и монохроматический он никогда не сможет дать достаточно точные показания
Наличие на поверхности поляризации	На степень поляризации влияет величина угла между осью оптики пирометра и перпендикуляром к измеряемой поверхности	Необходимо использовать тип пирометра не подверженный влиянию энергии поляризации падающего излучения. Необходимо в процессе измерения избегать использование пирометров, к конструкцию которых входят угловые зеркала, а также полузеркала
Поглощение излучения на пути визирования	Большие потери энергии излучения	Необходимо попытаться избегать всех видов потерь, и по возможности свести потери к минимуму
Наличие между пирометром и измеряемой поверхностью водяного пара или СО2	Потеря энергии при определенных диапазонах длин волн	Рекомендуется использование коротковолновых пирометров, имеющих длину волны не выше 1.8 микрометра.
Наличие между пирометром и измеряемой поверхностью пара или дыма	Возникновение потерь от рассеивания, зависящих от диапазона длин волн	Рекомендуется использование коротковолновых пирометров. Пирометры спектрального отношения из-за измерения “условной температуры” дают очень низкие значения (например, пропускание солнечного света через туман)
Наличие между пирометром и измеряемой поверхностью пыли или больших частиц	Возникновение потерь при размерах частиц выше определенного размера и не всегда зависящих от длины волны	Необходимо использование пирометра спектрального отношения
Наличие между пирометром и измеряемой поверхностью насыщенного пара (воздушных каплей)	Возникновение потерь при размерах капель воды выше определенного размера, и не всегда зависящих от длины волны	Необходимо использование пирометра спектрального отношения
Отражение от поверхности дневного света или излучения вольфрамовых ламп	Наличие отражения всегда приводит к наличию больших ложных показаний, это особенно актуально при измерении температуры светлых металлов низких температур	Необходимо защитить пирометр от этого излучения путем установки соответствующих экранов

Принятие решения о выборе пирометра

Наиболее трудное решение это выбор правильного пирометра для решения задачи измерения температуры: монохроматический пирометр или пирометр двух спектрального отношения (так называемый 2-х цветовой пирометр). Обычно предоставляемой информации о условиях работы и свойствах измеряемого материала недостаточно для выбора пирометра. Для выбора желательно провести тестирование разных типов пирометра для оптимального выбора его модели. Следует учитывать что в большинстве случаев подойдет простой монохроматический пирометр. В параграфе ниже мы рассмотрим выбор типа монохроматического пирометра, преимущества и недостатки обоих типов пирометров. Монохроматический (яркостный) пирометр

Выбор этого типа пирометра достаточно прост. Если в режиме измерения температуры поверхности материала его относительная излучательная способность стабильная и высокая, то тогда легко добиться от пирометра высокой точности измерения не зависимо от его типа. Большинство неметаллических материалов почти всегда отвечают этим требованиям и являются идеальными объектами измерения. Далее вы узнаете о проблемах, которые возникают при измерении многих металлов, у которых относительная излучающая способность меняется со временем, а также с изменением температуры. Если игнорировать эти факторы, то результаты измерения температуры будут совершенно неудовлетворительными.

Происходящие на поверхности пирометра окисления

Если на поверхности металла имеется окисление, то при излучении поверхности более стабильный результат получается при короткой длине волны, менее стабильный при длинной. По мере роста толщины окисленного слоя этот окисленный слой просвечивается, пока не достигнет значения соответствующего используемой пирометром длины волны, после превышения этой толщины слой окисления постепенно станет менее просвечивающимся, пока не достигнет значение полного его не пропускания.

Ошибки, вызванные атмосферным поглощением излучения

Из-за особенностей коротковолновых яркостных пирометров они также менее подвержены атмосферному поглощению, чем спектральные пирометры. Следует учитывать что если поглощение на пути визирования вызывается каплями или частицами воды, то значение погрешности меньше при использовании коротковолновых пирометров из-за меньшей относительной зависимости измеренной температуры от излучаемой энергии.

Таблица 2. Появление погрешности измеряемой температуры пяти различных литейных форм, с использованием трех пирометра различной длины волны (температура формы 500°С).

Длина волны, микрометры		1,0	2,0	3,0
Тип литейных форм	Время прогрева, час	Возникающая погрешность температуры, °С
1	-2,5	-29,0	-61,0
2	8	0	+8,0	+7,0
3	13	+2,0	+24,0	+52,0
4	22	+1,8	+27,0	+60,0
5	34	+2,5	+29,0	+61,0

Следует учитывать что при температуре ниже 300°С имеется возможность по нивелированию ошибок, возникающих из-за поглощения в атмосфере водяного пара.

Использование промышленных коротковолновых пирометров

Конструктивно коротковолновые пирометры состоят стабильных детекторов, которые работают в диапазоне волн от 0,4 до 30 мкм. Детекторы работая совместно с оптическими фильтрами позволяют получить широкий модельный ряд пирометров, которые отвечающих почти всем требованиям соответствующей промышленности. С некоторыми их этого модельного ряда пирометрами вы можете ознакомиться в таблице ниже. Таблица 3.

№	Диапазон изменяемых температур							Значение эффективной длины волны, мкм	Ошибка при 1% изменении Е
	Оптимальная (Т0), °С			Полная (Тf), °С					При Т0 (мин), °С	При Т0 (макс), °С
	мин	макс		мин			макс
“Коротковолновые” пирометры
1	0		100		-50	400		10	-0,2	0,7
2	0		150		0	500		7	-0,15	0,5
3	100		300		100	300		2,3	0,25	0,5
4	250		400		250	650		1,8	0,35	0,55
5	300		450		300	700		1,5	0,35	0,55
6	350		500		350	650		1,3	0,35	0,55
7	400		750		400	750		1,0	0,35	0,75
8	600		900		600	1100		0,9	0,5	0,8
9	900		1100		900	1500		0,75	0,7	0,9
10	1000		1400		1000	1700		0,6	0,7	1,2
Пирометры двух спектрального отношения
11	600		1600		0,85	1,00		5,7	3,0	13,9
12	300		600		2,0	2,4		12	2,7	6,4
13	200		700		1,65	2,2		6,6	1,0	4,3

Следует учитывать что название группы пирометров “коротковолновые» — относительное, так как при температуре 1000°С — 1 мкм – считается короткой длины волны так же как и при температуре 10°С — 10 мкм тоже считается короткой длиной. Пирометр с длиной волны 10 мкм считается пирометром “широкого» диапазона волны. Основным критерием для отнесения пирометра к группе “коротковолновых” пирометров является максимальная длина волны, выбираемая настолько короткой чтобы сохранялась возможность получения требуемого отношения «шум-сигнал», поступаемого от детектора, при минимальной температуре. Важно знать что энергия излучения существенно изменяется в области коротких длин волн. Поэтому необходимо знать соотношение между значением длины волны и минимальной рабочей температурой в том числе и для приемников с повышенной чувствительностью. Эффективное значение длины волны

Принимаем во внимание что работа пирометра основывается на узком диапазоне волн, в следствии чего изменение показаний пирометра зависит от изменения температуры объекта и определяется по закону Планка. Но фактически используемые в пирометрах приемники работают на достаточно широком диапазоне волн, поэтому даже использовании фильтров не позволяет ограничить работу в узком диапазоне для того чтобы назвать пирометр строго монохроматическим. Учитывая то, что кривая энергии сильно зависит от используемой длины волны и имеет вид от очень крутой кривой на короткой длине волны, показания пирометров почти во всем температурном диапазоне почти полностью согласуются с теоретическими расчетами Планка и соответствующие значению длины волны очень близкой к так называемой “отсечной” максимальной длине волны системы приемник-фильтр. Вводимое понятие «эффективной» длины волны позволяет произвести оценку скорости изменения энергии (и как следствие показаний пирометра) в соответствии с изменением измеряемой температуры. В предложенной ранее таблицы 3 значение эффективной длины волны дано каждого типа указанного в таблице пирометра при его работе в диапазоне средних температур. Описание выбора оптимального типа пирометра

Если имеется проблема при изменении излучательной способности или диапазон измеряемых температур не существенен: то необходимо останавливать свой выбор на пирометре с минимальной (наиболее короткой) длиной волны, позволяющей проводить необходимые измерения минимальной температуры в стандартном рабочем диапазоне измерения. Необходимо не допускать наличие большого запаса при выборе пирометра измерения нижнего предела температуры и рабочей температуры. Если же произвести такой выбор, то это сильно повлияет на точность измерения при измерении нормальной рабочей (средний рабочий диапазон) температуре. В качестве примера можно привести следующий алгоритм выбора пирометра: стандартная измеряемая температура нагретого тела равна 500°С, а нижний предел измерения выборочно определяется из ряда значений: 200, 250, 300, 350, 400, 450°С. В таблице 4 приведена погрешность измерения температуры от выбранной минимальной температуры. Из этой таблице ясно что оптимальным выбором будет пирометр с минимально измеряемой температурой в 400 и 450°С. при выборе пирометра с минимальной температурой 200°С погрешность измерения будет достаточно большой. В таблице ниже приведены погрешности измерения температуры в 500°С при разной номинальной минимальной температуры измерения пирометра. Таблица 4. Погрешности различных пирометров при 10% изменении излучательной способности (Тобъекта=500°С).

Номинальная Тмин, °С	Пирометр		Погрешность,°С
	Тип пирометра	Значение эффективной длины волны, мкм
200	2	7	17
250	4	1,8	7
300	5	1,5	6
350	6	1,3	5
400	7	1,0	4
450	7	1,0	4

Описание преимуществ пирометров спектрального отношения и пирометров частичного излучения

Нельзя равноценно сравнивать пирометры коротковолновые и пирометры спектрального отношения при их использовании для измерения температуры металлических поверхностей. Например пирометр двух спектрального отношения является идеальным для случая одинаковой отражательной способности металла на обеих длинах волн. В случае если отражательная способность разная, то их соотношение оставалось бы постоянным, в результате чего погрешность корректируется так же как и погрешности рассчитываемая для монохроматического пирометра. К тому же материалы серого цвета (это материалы у которых при любой длине волны одинаковая излучательная способность) встречаются очень редко, по сравнению с материалами черного цвета (это материалы у которых излучательная способность равна 1). Надо помнить что все измерения температуры зависит от от излучательной способности материалов. Необходимо дать ответ на вопрос: погрешность монохроматического пирометра связанная с изменением излучательной способности может быть уменьшена по сравнению с погрешностью связанной с изменением соотношения Е1/Е2 для пирометра двух спектрального отношения. Из-за маленькой накопленной базы с информацией о изменении излучательной способности металлов с изменением температуры и времени, особенно во время различных процессов, в ходе которых желательно измерение температуры. Поэтому желательно экспериментально проверить работоспособность пирометра на возникающие, в следствии измерения, ошибки или проведения измерения отражательной способности комплекта образцов. Как вы видим для решения этой задачи пирометры двух спектрального отношения предпочтительней, но как мы увидим ниже, это не верно. Приведем пример с измерением температуры объекта с заведомо известной температурой. При измерении пирометром двух спектрального отношения ошибка больше чем при использовании монохроматического пирометра. В таблице 5 показаны погрешности, вычисленные для пирометра спектрального отношения при l1=0.9 мкм и l2=1.1 мкм, которые сравниваются с монохроматическим прибором с lэффективной=1 мкм, а также два пирометра спектрального отношения с l1=1.8 мкм и l2=2.2. мкм, а также l1=1.5 мкм, l2=2.0 мкм, которые сравниваются с монохроматическим пирометром lэффективной=2 мкм. Во всяком случае требуемая градуировка пирометров должна быть оптимизирована с целью сведения к минимуму разброса погрешностей.

Таблица 5. Значения температурных погрешностей при измерении температуры пяти литейных форм монохроматическими пирометрами и пирометрами двух спектрального отношения (Т=500°С)

Пирометр №	21	24	22	25	26
Тип	монохро-матический	отношения	монохро-матический	отношения	отношения
Значение диапазона длин волн, мкм	1,0	0,9 и 1,1	2,0	1,8 и 2,2	1,5 и 2,5
Литейная форма №	Погрешность, °С
1	-2,5	+9,5	-29,0	+35,0	+32,0
2	0,0	-1,7	+8,0	-8,0	-6,0
3	+2,0	-8,2	+24,0	-30,0	-28,0
4	+1,8	-8,2	+27,0	-35,0	-32,0
5	+2,5	-9,5	+29,0	-35,0	-32,0

В результате мы можем сделать важные выводы:

• оптимальным пирометром можно считать монохроматический пирометр, имеющей наименьшую длину волны;
• выбор пирометра из двух различных спектральных диапазонов не дает преимущество в точности измерения (пример в таблице 5: пирометры №25 и №26);
• сделать выбор между пирометрами проблематично (так как особенной разницы между пирометрами 22, 25, 26 нет);

Описанный выше пример дает информацию о ситуации в которой главное проблемой является прогрессирующее окисление на поверхности. Но это не значит что не может использоваться пирометр двух спектрального отношения. Всегда существуют случаи в которых этот тип пирометра дает более точные результаты, чем монохроматический, но в большинстве случаев такого не происходит. Далее мы рассмотрим следующие факторы, рассмотренные в таблице 1.

Сплавы разного химического состава

Предприятие может на одной линии всегда выплавлять разные сплавы с разным химическим составом и температурой. Точно определиться с выбором универсального пирометра без проведения испытаний на большом количестве материалов не возможно. В качестве примера можно привести две компании по переработки алюминия. Первая использует пирометр спектрального отношения, вторая измеряет методом частичного диапазона волн. Объективно показания приборов сравнить не возможно, можно сравнить только экономическую составляющую от выбора одного из этих методов. Возникающий эффект от неоднородности измеряемого объекта (например, наличие окалины на стали)

Не всегда можно точно определиться с правильным выбором пирометра одного из двух методов, например при измерении нагретого объекта с “крапленой поверхностью”, поверхность которого частично покрыта окалиной. В этом случае монохроматический и двух спектральный пирометр измеряют одинаковый участок поверхности объекта, но спектральный из-за своей особенности всегда даст более точные результаты. Степень точности будет зависеть от разницы температуры окалины и температуры объекта. При непрерывно движущемся объекте можно использовать монохроматический пирометр с режимом выборки максимального измеренного значения, так как пирометр будет всегда видеть истинную температуру. При неподвижном объекте выбор монохроматического пирометра так-же возможен, но тогда необходимо использование нескольких пирометров с осуществлением сканирования поверхности и математического выбора измеренного значения. Трудности зависящие от размеров измеряемой поверхности

Одно из главных преимуществ использования двух спектрального пирометра это его не зависимость от размера измеряемого объекта. Если у потребителя имеется сомнения в точном расположении измеряемого объекта в поле зрения монохроматического пирометра, то необходимо использовать спектральный пирометр с большим углом обзора. Измерение расплавленного потока жидкого металла

При измерении плоского потока жидкого металла всегда возникают трудности, аналогичные трудностям которые возникают при работе с твердыми материалами. Наличие вертикального или неравномерный поток создает дополнительные трудности из-за возникающих на поверхности неровностей, которые создают частичные полости абсолютно черного тела. Прогнозировать величину ошибки при описанных факторах трудно, так эти факторы в равной степени влияют на оба типа пирометра. Произвести относительную оценку измеренной температуры поверхности жидкой стали обоими пирометрами, на которой возникает турбулентность различной силы, различная степень отражения поверхности: от в лучшем случае двух отражений до множества отражений на поверхности. В таблице ниже показан возникающий эффект от отражений при измерении монохроматическим пирометром (lэффективная=0.6 мкм) и пирометром спектрального отношения (l1=0.6 мкм, l2=0.8 мкм) при измерении потоке с температурой 1600°С. Таблица 6. Ошибки, вызванные турбулентностью в потоке жидкой стали.

Условие на поверхности	Плоская поверхность	1 отражение	Много отражений
/ Тип пирометра	Температурная погрешность, °С
Монохроматический	0	+63	+110
Спектрального отношения	0	-21	-78

Наличие поляризации поверхности

Излучение, которое испускает нагретая поверхность металла поляризуется до уровня, зависящего от величины угла между перпендикуляром к измеряемой поверхности и направлением визирования пирометра. Необходимо убедиться, что полученные показания пирометра не будут зависеть от степени поляризации. Пирометры всегда будут зависеть от этого типа погрешности, если они конструктивно содержат сферы отражатели или полу отражатели, не перпендикулярные к этому исходящему излучению. Измерение температуры с использованием двух спектральных пирометров, которые расщепляют поток излучения и имеют угловые отражатели всегда ненадежно. Поглощение излучения в поле визирования пирометра

Всегда необходимо прилагать большие усилия для уменьшения влияния на измерения поглощения излучения из-за препятствий в поле визирования пирометра. Добиться этого можно в том числе и: за счет оптимального расположения пирометра, наличия постоянной продувки очищенным воздухом (инертным газом) поля визирования. В случае если принятые меры не помогают необходимо:

1. при наличии в атмосфере водяного пара или двуокиси водорода — подбор оптимальной для этой атмосферы рабочей длины волны пирометра. Необходимо учитывать что при использовании двух спектрального пирометра одна из рабочит длин вол полностью поглощается водяным паром (двуокисью водорода), то полученные результаты измерения температуры будут больше чем при измерении монохроматическим пирометром с аналогичной длиной волны. Ошибка измеренной температуры будет всегда пропорциональна эффективной длине волны двух этих пирометров.
2. при наличии продуктов сгорания между пирометром и измеряемым объектов (двуокись углерода при 2.7 мкм и 4.3 мкм) необходимо использовать пирометры с большей длиной волны. При наличии газа или дыма пирометр спектрального отношения измеряет так называемую “цветовую температуру” источника излучения, при этом возникающий эффект от частичного затемнения поля видения пирометра маленькими частицами (размер которых соизмерим с используемыми в пирометре длинами волн) аналогичный тому, как вы рассматривали бы солнце сквозь туман. Температура солнца в 6000К представлялась бы темно-вишневым цветом, который соответствовал бы температуре 1000К. Аналогично можно представить измерение потока жидкой стали через завесу тумана и дыма. Ни один из пирометров не справиться с такой задачей измерения температуры, однако монохроматический пирометр всегда даст более лучший результат нежели спектральный;
3. наличие пыли, частиц и паровые капель в зоне виденья пирометра размером больше чем используемая длина волны дает противоположный результат. Их воздействие на пирометр спектрального отношения не большое и использование этого пирометра более предпочтительно. Поглощение излучения водяными каплями (видимый насыщенный пар) в значительной мере также не зависит от используемой длины волны.
4. наличие воды не влияет на проницаемость излучения с короткой длиной волны, но поглощение водой излучения быстро возрастает при с ростом длины волны. Если требуется измерять температуру сквозь слой воды, то это это можно сделать только при условии достаточно горячего объекта измерения, для измерения монохроматическим пирометром который имеет длину волны не более 1 мкм.

В таблице ниже показана взаимосвязь от использования различной длины волны и возникающих препятствий между объектом измерения с температрурой 1050°С и различных пирометром. Таблица 7. Ошибки, вызванные введением воды и пара в поле визирования четырех различных типов пирометров (температура объекта 1050°С)

Диапазон рабочих длин волны пирометра, мкм		Погрешность при столбе воды 6 мм, °С	Погрешность при столбе пара 300 мм, °С
от 0.4 до 2.8	пирометр частичного излучения	-420	-150
от 0.5 до 1.1		-7	-56
от 0.5 до 0.7		0	-29
0.67/0.9	пирометр спектрального отношения	+31	+3

Наличие отражения от дневного или электрического (вольфрамовая нить) света

Если измерения нагретого объекта происходит монохроматическим пирометром или пирометром спектрального отношения необходимо убедиться в защите объекта от попадания на него излучения от источника с высокой температурой. Частично это относиться и к поверхностям, которые имеют низкую излучательную способность, а так же низкую температуру. Брусок холодного и отполированного металла, на который будет попадать солнечный свет, для пирометра (с рабочей длиной волны 0,7 мкм) будет казаться нагретым до температуры 1000°С. Это влияние будет оказываться даже в пасмурные дни, когда солнце скрыто за облаками, например использование пирометра спектрального отношения с длинами волн 0.6 мкм и в 0.7 мкм даст завышенные показания температуры этого тела. Величина, на которую будут завышаться показания, всегда зависит от силы света, попадаемого на объект измерения. При измерении температуры холодных объектов это всегда надо иметь в виду! Способ быстрого получения данных по излучательной способности объекта

Всегда при наличии измеряемых объектов можно получить в удобной для Вас форме относительно быстрое измерение параметра спектрального отражения (а следовательно и спектральной излучательной способности, поскольку оно рассчитывается по формуле Еl=1-Rl). Этот метод включает измерение отношения энергии, которая отражена от холодного образца материала, погруженного в абсолютно черное тело, к энергии излучения самого черного тела при отсутствии установленного в него образца. Измерения производятся для различного типа пирометров, имеющих различное значение параметра El для определения зависимости изменения Еl от l.

Подробнее о технических характеристиках пирометрах можно узнать в каталоге

Для консультации связывайтесь с нашими специалистами по телефону 8(499) 75-096-75 или отправляйте запрос на электронную почту [email protected]

Опросный лист для выбора пирометров

Проверка пирометром систем отопления

Как измерить давление в рампе топливной

Какой вывод из всего вышесказанного можно сделать? Безусловно, пирометр штука полезная, но применять его нужно там, где действительно требуется именно бесконтактное измерение температуры.

Например, электрические контакты находящиеся под напряжением. Здесь он действительно помогает безопасно выявить плохое соединение еще до того, как ситуация станет критичной.

Не всем электрикам в этом деле доступны тепловизоры.

А вот для людей профессионально занимающихся системами отопления, подобные девайсы оказываются не нужными, и в некоторой степени даже вредными. Замерять температуру отопления пирометрами очень сложно.

Даже на крашенной белой глянцевой поверхности радиатора, достаточно три раза щелкнуть пирометром по одному месту, и у вас получится три разных значения температуры. Не говоря уже про хромированные трубы.

Если у вас блестящие медные трубы на выходе из котла, то замеры могут показать разбежку в 20 и более градусов, по сравнению с датчиком котла. Вот и думайте после этого, что же в системе неисправно.

На практике появляется слишком много факторов, искажающих реальное состояние дел. Чтобы добиться приемлемых результатов измерений на трубах и батареях, придется брать некую пленку или малярный скотч с постоянным коэффициентом отражения, наклеивать эту штуку на поверхность, и только после этого проводить измерения.

Спрашивается, зачем создавать себе такие сложности, если есть более эффективные контактные термометры. Время замера у которых всего несколько секунд и гарантированно точный результат до десятых долей градуса появляется у вас на экране.

Что касается теплых полов, здесь не все однозначно.

Например, температуру стяжки пирометром еще можно измерить довольно точно. А вот если она будет закрыта плиткой, то погрешность моментально возрастает.

Производители безусловно знают об этих проблемах и постоянно совершенствуют приборы. Поэтому если уж и собрались покупать пирометр, выбирайте качественную модель.

Хорошие варианты можно подобрать и заказать здесь или здесь.

Есть относительно недорогие модели, снабженные выносным датчиком термопары.

С его помощью можно составлять и вносить собственные таблицы поправочных коэффициентов любых материалов. Один раз делаете замер нужной поверхности датчиком, сравниваете результат и вносите корректировку.

После этого можно спокойно стрелять лучом пирометра и не бояться ошибок. У китайцев такую модель можно заказать отсюда.

Если вам интересна эта тема и хочется заниматься измерениями пирометром более профессионально, а не только на бытовом уровне, скачайте и ознакомьтесь с двумя полезными брошюрами по данной тематике:

Карманное руководство по термографии — скачать

Руководство по бесконтактному измерению температур – скачать

Бесконтактные методы измерения температур. Л 7-8

Яркостный

исп-ся з-н Вина, зависимость яркости объекта от тем-ры в данной длине волны. Энергия зависит от тем-ры и длины волны. В качестве чувствительного элемента ипс-ются фотоэлементы. Яркостная температура всегда меньше действительной.

Цветовой

исп-ет зависимоть тем-ры объекта от изменения распределения энергии участка спектрального излучения. Этот метод применяется для серых тел. Цветная тем-ра всегда больше действительной. От 1000°С.

Радиационный

исп-ет з-н Стефана-Больцмана, зависимость общего кол-ва энергии излучаемого теплом в широком спектральном интервале от тем-ры. Радиационная тем-ра меньше действительной. Предел 400°С.

Измерение температуры в холоде

Еще не забывайте про температуру окружающей среды. Многие пользователи жалуются, что отдельные модели пирометров, начинают безбожно врать при температурах ниже комнатной.

То есть, они берут прибор, выходят в котельную, подвал или гараж и там пробуют им “пострелять” температуру. В итоге получают совершенно странные результаты.

Дело здесь в том, что любой электроникой, тем более измерительной, нельзя пользоваться пока температура прибора не выровняется с температурой окружающей его среды.

Вынесли пирометр на улицу или в гараж, выдержите его минут 10-20, и только после этого приступайте к измерениям.

Речь конечно не идет о том, что прибор нужно замораживать до минусовых температур. Здесь он врать, скорее всего будет безбожно, так как не рассчитан на работу в таких условиях. В остальных случаях, благодаря такой “выдержке”, погрешность уменьшается.