Где применяется пирометр
Однако область его применения только этими отраслями не ограничивается. С его помощью замеряют температуру движущихся частей механизмов. Например, чтобы выяснить греется подшипник на двигателе или нет.
Выявляют перепады температур на смежных поверхностях – цилиндры компрессора в холодильных установках, или отдельные детали внутри автомобиля.
Допустим у вас греется двигатель по неизвестной причине и вам нужно выяснить почему. Для этого пирометром сначала замеряете температуру на выходном патрубке термостата и сравниваете ее с температурой радиатора.
Если разница очень большая, тогда скорее всего виноват термостат.
Еще один из вариантов применения – измерение температуры раскаленного металла для его правильной обработки.
Если это делать классическими термометрами, то вы потеряете драгоценное время на нагрев самой термопары. А беспроводным термокрасным пирометром, все это занимает буквально мгновение.
Вот сводная графическая миниатюра и расшифровка возможностей и областей применения пирометров:
Расшифровка и особенности
Как пирометром пользоваться
После того, как вы купите такой прибор для измерения температуры поверхности, ознакомьтесь детально с инструкцией. Несмотря на то, что правила эксплуатации несложные, к значительным искажениям показателей температуры могут привести неправильные действия.
Как правильно определять какую температуру нагрева имеет материал:
- Устройство необходимо включить.
- На измеряемую поверхность направить раструб.
- Отделить границу пятна измерения при помощи лазерной указки.
- После того как активируется прибор на дисплее появиться значение температуры. Значения могут заменяться следующими показателями или записываться в память устройства. Всё зависит от выбранной модели.
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.
Безопасны ли инфракрасные термометры?
Новые технологии нередко пугают людей, в том числе и бесконтактные измерители температуры, например, многих интересует вопрос в чем опасность ИК-термометров и есть ли она.
Исходя из устройства этих приборов и принципа их действия, можно понять, что инфракрасный термометр не представляет никакой опасности для человека и даже для маленьких детей.
Безопасность в использовании бесконтактных термометров обеспечивается самим устройством принципом его действия.
В редких случаях, потенциальную опасность может представлять пластик, из которого производят эти гаджеты, но даже самый дешевый материал не нанесет заметного вреда здоровью.
Это связано с тем, что прибор сканирует поверхность тела человека, от которого идет тепловое излучение и используют его редко.
Важно!
Тепловое излучение идет именно от человека, а не от прибора!
Таким образом, ИК-градусники никак не воздействуют на организм, а лишь улавливают его тепло, трансформируют полученный сигнал в электронный вид, результат которого отображается на экране.
Кроме того, о безопасности приборов сказано в инструкциях, которые идут к каждой модели устройства.
Гипотетически условная опасность может заключаться в неточности измерений, которые обычно не превышают 1-2 градусов Цельсия.
Данная погрешность не является критичной, а потому по большому счету, даже при ее наличии ни никакого вреда от этого не будет.
Чтобы исключить недостоверные показания прибора, его следует периодически проверять и калибровать.
Более того, бесконтактное измерение температуры обеспечивает защиту здоровых людей.
Когда здоровый человек не прикасается к больному у него меньше рисков заразиться.
Кроме того, можно замерить температуру маленького ребенка, когда он спит, чтобы не беспокоить его сон.
Погрешность при отражении луча и коэффициент излучения
Когда вы измеряете градусы контактным термометром, вы по факту делаете замер только температуры тела. А вот если вы попытаетесь тоже самое проделать на некотором расстоянии, то вы попутно измерите все те волны и лучи, которые не зависимо от вашего желания так или иначе попадают в объектив пирометра.
А попадает туда не только то излучение, которое испускает тело.
И если при этом не знать как правильно настраивать пирометр, то прибор будет показывать полную белиберду.
Что это за помехи, которые влияют на точность измерения? При работе с инструментом в его объектив попадает 3 составляющих:
- лучи, которые тело пропускает через себя
- лучи, которые оно испускает (это его собственная температура)
- отраженные лучи от окружающих предметов
Пропускаемые лучи в расчетах обычно не учитываются, потому то большинство тел попросту непрозрачны для них. Поэтому в расчет берутся только две величины:
- коэффициент излучения или коэффициент эмиссии
- коэффициент отражения
Причем вас в большей степени должен интересовать именно коэфф. излучения, так как это и есть та самая температура, которую имеет тело.
Коэффициент эмиссии (излучения) — это величина, которая показывает сколько процентов от всего излучения составляет именно тепло. Остальное может быть отраженный свет или свет, который проходит сквозь тело.
В этом плане стоит заметить, что пирометр не может измерять температуру предмета, который находится за стеклом, в дыму или тумане.
Стекло для оптики прибора – это не прозрачный элемент, а отдельный объект, выделяющий свое собственное излучение. Поэтому его нужно убирать из области замера.
Большинство тел и поверхностей нас окружающих, имеют коэффициент излучения равный 0,95. Именно такие заводские настройки изначально выставляются на приборах.
Причем на дешевых моделях, они жестко встроены в программную составляющую раз и навсегда, и изменить вы их не сможете. На более дорогих аппаратах, данный коэфф. можно регулировать вручную.
Для чего это необходимо делать? У разных по составу и свойствам тел, коэфф. излучения отличается. И чем он выше, тем точнее будут результаты измерения температуры пирометром.
Например, если он составляет величину К=0,95, то у вас на отражение остается всего 5%. Ошибка, которую будут вносить эти самые 5%, будет крайне мала и ей можно пренебречь.
Но дело в том, что на практике как в электричестве, так и в отоплении, нас мало интересуют предметы с высоким коэффициентом излучения. К таковым относятся стены, пол, поверхность стола, предметы мебели и т.д.
Пирометром мы в первую очередь измеряем медные или алюминиевые контакты, радиаторы батарей отопления, трубы, хромированные полотенцесушители и т.п.
Все они имеют яркую блестящую поверхность, которая как раз-таки и вносит существенную ошибку в данные замеров. При этом есть определенный нюанс.
Назначение, устройство и принцип действия
Инфракрасные термометры предназначены для дистанционного измерения температуры любого объекта, поэтому их называют бесконтактными.
Объектом может быть любое живое существо, либо неодушевленный предмет, как в твердом, так и в жидком состоянии.
Основное назначение бесконтактных термометров – измерять температуру тела человека, также ИК-градусником можно замерить температуру супа, каши, чая, сока, молока и других продуктов перед тем, как покормить, например, маленького ребенка.
Устройство бесконтактного термометра состоит из:
- корпуса;
- оптической системы (сенсора);
- датчика-преобразователя;
- электронного преобразователя;
- счетного устройства;
- курка (кнопка «Пуск);
- дисплея и панели управления.
В зависимости от устройства модели ИК-градусников могут работать от разных батареек.
Принцип действия инфракрасного термометра заключается в замере теплового излучения исследуемого объекта для определения его температуры.
Оптическая система прибора устроена таким образом, что тепловое излучение, исходящее от измеряемого объекта сфокусировано передается на датчик-преобразователь.
Преобразованный электрический сигнал является пропорциональным значению температуры измеряемой поверхности.
Этот сигнал трансформируется в электронном преобразователе, после чего отображается на дисплее в виде конкретных цифр.
Все эти процессы происходят практически мгновенно, буквально за доли секунд.
В результате температуру измеряемого объекта можно узнать за одну-две секунды, что очень удобно.
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.
Температура «горячей» кастрюли
Реальная температура с верным коэффициентом
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.
Физические основы под устройство бесконтактного термометра
Далёкий 1900 год стал моментом, когда учёным физикам удалось определить полный электромагнитный спектр. Тогда же были установлены качественные и количественные корреляции, описывающие инфракрасную энергию.
Определение термина «чёрное тело»?
Конвертер излучения, способный поглощать всё входящее излучение при полном исключении проявления эффекта какого-либо отражения или пропускания энергии, учёные характеризуют как «чёрное тело».
Элементы конструкции бесконтактного ручного термометра: 1 – кнопка установки единиц измерения температуры (ºC / ºF); 2 – кнопка установки режима работы; 3 – кнопка включения / выключения; 4 – измеренная температура на дисплее; 5 – красная точка лазера; 6 – детектирующее отверстие; 7 – клавиша активации измерения; 8 – блок питания
«Чёрному телу» характерно излучение максимума энергии на каждой длине волны. При этом уровень фона не зависит от угловых величин. «Чёрное тело» рассматривается как основа понимания физических принципов бесконтактного контроля температуры, а также техники калибровки инфракрасных бесконтактных термометров.
Достаточно простой видится конструкция полого «чёрного тела», имеющего небольшое отверстие в одной из конечных областей. Если происходит нагрев до определенного значения температуры, внутри полой области отмечается баланс температуры. Сквозь имеющееся отверстие эта температура излучается. Под каждый температурный диапазон и с учётом применения, роль играют материал и геометрическая структура «чёрного тела».
Если отверстие очень малого диаметра по сравнению с общим объёмом, интерференция идеального состояния крайне мала. Позиционируя измерительный аппарат (бесконтактный термометр) по системному отверстию «чёрного тела», выполняют калибровку измерительного устройства.
Для калибровки таких устройств как бесконтактный термометр используется специальное оборудование, благодаря которому получают и определяют базовую температурную точку
На практике простые устройства используют поверхности, которые покрыты пигментированной краской, демонстрируя значения поглощения, плюс излучающую способность для установленного диапазона длин волн. Такого подхода достаточно для калибровки под реальный контроль.
Концепция фона «чёрного тела»
Закон лучистой энергии по Планку устанавливает базовую взаимосвязь под бесконтактное измерение температуры. Этим законом характеризуется удельная величина спектрального излучения (Mλs) «чёрного тела» в область полупространства, с учётом температуры (T) и длины волны (λ).
Увеличение температуры сопровождается смещением удельной максимальной величины спектрального излучения в зону более коротких длин волн. Однако представленную формулу недопустимо применять без ограничений. Но допустимо брать из концепции различные соотношения.
Внедрением спектральной интенсивности излучения под все длины волн от 0 до бесконечности, открываются возможности получения значений фона объекта в целом. Такое соотношение определяется законом Стефана-Больцмана:
MλS = σ · T4 [Watt m2] σ = 5,67 · 10–8 WM–2 K–4
Полный фон «чёрного тела» в границах общего диапазона длин волн растёт пропорционально четвёртой степени абсолютной температуры. Закон Планка в графике также демонстрирует, как длина волны под генерацию максимума фона «чёрного тела» сдвигается по факту температурных изменений.
Закон смещения по Вину выводится из формулы Планка методом дифференциации:
λ max · T = 2898 μm · K
Длина волны под максимальное значение излучения, с ростом температуры переходит в область коротких волн.
Что такое «серое тело»?
Лишь немногие тела соответствуют идеалу чёрного тела. Многие тела излучают куда меньше радиации при аналогичной температуре. Излучающая способность (ε) определяет отношение величины излучения в реальном и «чёрном» телах (между нулём и единицей). Инфракрасный датчик воспринимает излучение с поверхности объекта, включая фон окружающей среды, плюс инфракрасное излучение от контрольного объекта:
ε + ρ + τ = 1;
где: ε – излучающая способность, ρ – отражательная способность, τ – степень прозрачности.
Большинство существующих тел остаются непрозрачными в инфракрасном диапазоне, поэтому в таких случаях применимо следующее выражение:
ε + ρ = 1;
демонстрирующее, насколько проще измерять отражение, нежели излучающую способность объекта (тела).
Таблица коэффициентов излучения разных материалов
В большинстве случаев, нельзя просто так направить луч, нажать курок и тут же получить правильный результат измерения на табло. На блестящих нагретых предметах все пирометры начинают сильно врать.
И зависит эта погрешность напрямую от коэффициента излучения. Вот подробная таблица коэффициентов излучения различных материалов. Этими данными необходимо пользоваться каждый раз при замерах пирометрами.
Чтобы повысить точность измерений, стоит покупать более дорогие модели с возможностью выставления этих коэфф. внутри программных настроек.
Замерить температуру материалов, которых нет в таблице, можно двумя способами. Использовать “мишень” с известным коэфф., накладывая ее на измеряемый объект.
Или сначала определить контактным термометром температуру поверхности, и затем меняя значения в приборе, добиться примерного совпадения.
Принцип работы и конструкция прибора пирометра
Для того, чтобы измерить температурный режим на поверхности того или иного материала, существует множество приборов различного типа. Эти приборы делятся на контактные или с дистанционным снятием значений. Пирометры относят к приборам с дистанционным снятием показателей.
Принцип работы основывается на измерении тепловых волн, излучаемых нагретой поверхностью.
Конструкция прибора пирометра следующая:
- Датчик.
- Кнопка.
- Электронный преобразователь.
- Корпус.
- Измерительно-счётное устройство.
- Ось видоискателя.
- Видоискатель.
- Зеркало.
- Оптическая система.
Принцип работы следующий: через раструб прибора излучение попадает на датчик пирометрический. В нём энергия преобразуется из тепловой в электрическую. Мощность поступающего сигнала зависит от температуры поверхности, на которой она измеряется — чем больше будет температурный показатель, тем мощнее будет сила тока, которая генерируется датчиком. При помощи преобразователя электронного типа полученные результаты выводятся на жидкокристаллический экран.
Тепловизоры — это одна из разновидностей пирометров. Их принцип работы основывается на сравнении эталонного спектра и спектра теплового излучения.
От объектов, которые попали в объектив оборудования, проецируется на цветной экран картинка тепловых волн. Величину температуры можно определить по спектральной характеристике, а также визуально следить за её градиентным изменением по всей площади измеряемого материала.
Практическое применение тепловизоры нашли и для частного автономного отопления. При их помощи можно в скрытом трубопроводе точно установить место протечки.
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!
Поверка
Согласно установленным стандартам и требованиям к измерительным приборам, особенно используемым в медицине необходимо проходить соответствующие тесты.
На основе таких тестов выдаются документы, подтверждающие работоспособность устройства, его точность, безопасность и надежность.
Прохождение поверки инфракрасных термометров требуется только в случае их использования в медицинских учреждениях.
Межповерочный интервал зависит от конкретной модели прибора, обычно это 1-2 года.
Некоторые ИК-термометры первичную поверку проходят на заводе-производителе.
На каком расстоянии можно работать пирометром
Кстати, отдельно стоит сказать о расстоянии. По сути, луч пирометра измеряет температуру некой точки или круга.
При этом не путайте точку лазерного целеуказателя и пятно замера. Это разные вещи. Они отличаются размерами на несколько порядков.
Если вы находитесь на большом расстоянии от объекта, то и это пятно или круг увеличиваются по площади. Соответственно для более точных измерений, прибор следует подносить как можно ближе.
Например, у большинства моделей, конус который они видят, имеет соотношение 12 к 1.То есть на расстоянии в 1.2 метра, вы можете без погрешности измерить температуру тела диаметром 10см, не более.
Хоть это и считается нормальным параметром, но лучше подносить прибор поближе. Так как при замере у вас может дрогнуть рука, либо прицел собьется, и в итоге вместе с требуемой поверхностью, вы измерите и соседнюю, которая внесет свой вклад в общие показания.
Так как указано на фото ниже, измерять температуру модульных автоматов не желательно. Вы невольно вместо одной фазы, захватите и соседнюю, что внесет ошибку в данные. Расстояние между ними слишком маленькое.
То же самое относится и к замерам клеммных колодок и зажимов. Подносить пирометр к ним нужно максимально близко.
ГОСТ
В настоящее время ГОСТ на инфракрасные термометры не предусмотрен.
При этом некоторые модели бесконтактных градусников указаны в Госреестре.
Также измерительные приборы могут соответствовать требованиям следующих нормативных документов: ГОСТ Р 50444 92, ГОСТ Р 50267.0 92, ГОСТ Р 50267.0.2 2005, которые имеют косвенное отношение к качеству продукции.
К документам, подтверждающим качество, надежность и безопасность ИК-термометров относятся сертификаты и декларации соответствия.
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.
Характеристики
Характеристики инфракрасных термометров могут иметь отличия в зависимости от производителя, формы прибора и его устройства.
Например, некоторые модели оснащены переключателем для измерения температуры в двух единицах измерения: по Цельсию или по Фаренгейту.
Также одни приборы могут иметь форму в виде пистолета, другие бывают похожи на маленький пульт дистанционного управления.
Оптическое разрешение – 0,1-0,5 С.
Диапазон измеряемых температур может быть от 0 до 100 градусов Цельсия, в зависимости от выбора одного из режимов: «Человек» или «Объект», если таковые функции имеются.
Дистанция измерения – 1-15 см.
Быстродействие или время отклика, как правило, меньше одной секунды.
Точность измерения варьируется от 0,1 до 1,5 единиц измерения.
Память – в памяти могут сохраняться до 100 предыдущих результатов (если из прибора не вынимались элементы питания).
Элемент питания – батарейки типа ААА (мизинчиковые, пальчиковые, в виде таблетки или другие).
Дисплей – в виде жидко-кристаллического экрана.
В некоторых моделях имеется звуковой сигнал и подсветка дисплея.
Размеры и вес
Размеры инфракрасных термометров бывают разные в зависимости от производителя и модели.
Наибольшим спросом пользуются бесконтактные градусники в форме, напоминающей пистолет.
В среднем размеры примерно такие:
- ширина: 14 см;
- высота: 15см;
- толщина: 4см.
Размеры разных моделей могут иметь незначительные отличия.
Вес также зависит от конкретной модели, в среднем 100-120гр.
Материал
Пластиковый корпус, называемый пластик АВС, этот материал используют во многих отраслях, т.к. он обладает очень хорошими характеристиками: плотный, крепкий, нескользкий и др.
Системы измерений
Большинство моделей инфракрасных термометров имеют возможность производить измерение температуры по двум системам измерений: по Фаренгейту и по Цельсию.
Такая возможность сделана с целью универсальности использования приборов в разных странах, где в качестве системы измерений принята одна из указанных выше.
Для выбора нужной системы требуется произвести необходимые настройки, которые прописаны в инструкции по использованию прибора.
Память
В некоторых моделях ИК-термометров имеется встроенная память, которая хранит результаты последних измерений.
Объем памяти может быть от 10 до 32 результатов.
Сохраненные данные последних показателей помогают отследить динамику улучшений или ухудшений состояния больного.
Время обновления данных
Еще один важный параметр пирометра помимо точности – частота обновления показаний. Особо важно иметь высокую частоту при сканировании и сравнении температур на больших поверхностях.
Прибор в этом случае, как бы имитирует работу тепловизора и ищет максимумы и минимумы.
Очень хорошими показателями считаются результаты от 250мс и меньше. Обладают подобными параметрами только известные бренды. Например, тот же Fluk.
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.
Пирометр ADA TemPro 700 можно купить за 3500 рублей
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.
Цена Testo 830-T1 начинается от 4000 рублей
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.
Надежный Bosch PTD 1 стоит в среднем 8000 рублей
Рейтинг лучших недорогих и точных пирометров 2022 года
Приборы профессионального уровня могут стоить довольно дорого. Большой интерес вызывают бюджетные модели, тем не менее, сохраняющие хорошее качество и точность измерений.
CEM DT-608
Компактное устройство подходит как для измерения температуры тела, так и для оценки теплового излучения предметов. Работает в диапазоне 0-60 °С, демонстрирует хорошую точность.
Совет! Для получения максимально достоверных результатов пользователи рекомендуют провести замеры несколько раз подряд и взять среднее значение.
Инфракрасный CEM DT-608 стоит от 2000 рублей
Мегеон 16280
Недорогой пирометр с лазерным прицелом проводит измерения за полсекунды и показывает точные результаты на дисплее. Подходит для определения температуры поверхности — 32-280 °С, дает минимальную погрешность 1,5%.
Цена пирометра Мегеон начинается от 1400 рублей
Мегеон 16400
Еще один хороший пирометр для бытового применения проводит замеры до 380 °С. Определяет также отрицательные температуры до — 20 °С, точно наводится на нужное место при помощи лазера. Измерения осуществляются без контакта с поверхностью, поэтому прибор очень долговечен.
Мегеон 16400 можно купить за 1300 рублей
