Прибор для измерения температуры поверхности металла

Как выбрать пирометр (2020)

Содержание

Содержание

Попробуйте, подсчитать, сколько приборов для измерения температуры вас окружает. Градусник, уличный термометр, домашний термометр, термометр в духовке, индикатор перегрева двигателя, термодатчики в холодильнике и морозильнике – причем это далеко не полный набор. И неудивительно – температура предметов и сред оказывает непосредственное влияние на сохранность продуктов, на работоспособность механизмов, электроники, да и нас самих. Поэтому точному измерению этой физической величины всегда придавалось большое значение.

Чаще всего мы меряем температуру контактным способом – с помощью термометра, прикладывая его к предмету или погружая в среду. Но иногда возникает необходимость произвести измерение на расстоянии. Как измерить температуру раскаленного куска металла? Быстро найти горячий участок трубопровода, проходящего на большой высоте? Определить, не перегревается ли высоковольтная шина? Контактный метод в этих случаях подходит плохо и на помощь приходят бесконтактные измерители — пирометры.

Принцип работы пирометров

Нагретые тела являются источниками инфракрасных лучей. И чем сильнее нагрето тело, тем мощнее ИК-излучение. Человеческий глаз не видит этого излучения, но для электронных сенсоров особой разницы между видимым светом и инфракрасным нет. Испускаемые предметом инфракрасные лучи проходят сквозь объектив и проецируются на сенсор, который по интенсивности излучения определяет температуру предмета.

Из принципа работы вытекают основные достоинства и недостатки пирометров. Инфракрасные лучи подчиняются законам оптики, но следует знать, что прозрачность многих материалов для инфракрасного излучения совсем не та, что для видимых лучей. Так, через обычное стекло проникают ИК-лучи с длиной волны не более 1 мкм. А большинство пирометров работает в диапазоне 8-14 мкм, и стекло для них будет непрозрачным.

Существует миф, что пирометр измеряет температуру с помощью лазерного луча – это не так, лазер служит только для прицеливания. Пятнышко лазерной указки на предмете еще не гарантирует того, что вы получите температуру именно предмета, а не оконного стекла, через которое прошел лазерный луч.

Пирометр может измерять температуру и по отраженному ИК-излучению – это может помочь при работе с труднодоступными деталями: не обязательно пытаться получить доступ к разогретой детали, для измерения температуры достаточно его отражения в зеркале. Но это же достоинство пирометра оборачивается и самым весомым недостатком – отраженный инфракрасный свет затрудняет измерение температуры и интересующего нас предмета, ведь какая-то часть ИК-излучения, идущая от него – отраженная. Чем выше отражающие способности материала, тем большую погрешность в результат вносят отраженные лучи. Для исключения этой погрешности следует знать коэффициент эмиссии поверхности предмета, температуру которого вы измеряете. Этот коэффициент характеризует отражающие способности материала и зависит от самого материала, от обработки поверхности (полировка может снизить этот коэффициент на порядок), от окраски и т.д. У большинства пирометров в руководстве приводится таблица с коэффициентами эмиссии распространенных материалов и вам потребуется ввести подходящее значение перед измерением.

У совсем простых моделей такой настройки нет, и они пригодны только для измерения температуры предметов из ограниченного списка материалов. В моделях подороже числа вводить не надо, вид материала можно выбрать в экранном меню. Но в любом случае как-то задать этот коэффициент потребуется – самостоятельно его приборы определить не в состоянии.

Еще один недостаток пирометров – они не измеряют температуру воздуха. Атомы воздуха слишком сильно рассредоточены, поэтому испускаемое ими инфракрасное излучение несравнимо мало по сравнению с излучением от любого предмета. Если даже у прибора есть функция измерения температуры воздуха, то это значит лишь, что в нем есть отдельный термометр внутри – и температуру он будет измерять только в месте нахождения.

Характеристики пирометров

Оптическое разрешение пирометра
Очевидно, «поле зрения» пирометра должно быть небольшим – чтобы пятно, которое «видит» сенсор, не превышало размеров предмета, температура которого нам интересна. Казалось бы, в чем проблема – надо подобрать объектив так, чтобы его угол зрения был минимальным. Но чем меньше площадь измеряемого пятна, тем меньше лучей проходит сквозь объектив и тем чувствительней должен быть сенсор. Поэтому оптическое разрешение пирометра – соотношение между расстоянием до предмета и диаметром пятна измерений – во многом определяет его функциональность и цену.

Приборы с небольшим оптическим разрешением – до 10:1 чаще используются для несложных измерений и в быту. Рабочее расстояние таких приборов – не более 1 метра, на больших расстояниях точность измерений сильно снижается.

Приборы с оптическим разрешением до 30:1 уже могут использоваться для измерения температуры небольших объектов на расстояниях до 3 метров.

Оптическое разрешение от 50:1 встречается обычно у профессиональных пирометров – они позволяют с высокой точностью измерять температуру тел на больших расстояниях, но и стоят в разы дороже бытовых.

Многие приборы снабжаются дополнительными функциями, позволяющими точнее «сфокусироваться» на интересующем вас объекте при одном и том же оптическом разрешении. Функция мин/макс значение, например, позволяет вывести на экран максимальное и минимальное значения температуры, которые прибор «увидел» внутри пятна. С этой функцией вы сможете определить температуру небольшого предмета, даже если пятно измерений больше его по размерам и в него попало много других, более холодных, предметов.

Некоторые приборы дают возможность настройки того, какую температуру будет показывать индикатор во время измерения: максимальную по пятну, среднюю или минимальную.

Функция непрерывного измерения пригодится при поиске точек утечки тепла или неисправных электрических элементов. С этой функцией вы можете перемещать лазерный маркер по интересующей вас поверхности, а пирометр будет в режиме непрерывного измерения выводить температуру поверхности в районе маркера.

Минимальная и максимальная определяемая температуры задают диапазон, в котором можно использовать прибор. Подбирайте параметры в соответствии с тем, каковы температуры интересующих вас объектов. Базовые модели обычно измеряют в пределах ‑50…500ºС, и для бытовых измерений этого вполне достаточно. Минимальная определяемая температура ниже -50 у этих приборов практически не встречается, а максимальная может достигать 2200ºС, но чем шире диапазон, тем дороже будет стоить пирометр.

Время отклика будет для вас важным, если нужно произвести множество измерений или если измеряемая температура меняется быстро. Например, под действием электрического тока некачественное контактное соединение может нагреться за секунду на сотни градусов. В этом случае времени отклика в 1 секунду будет слишком много – лучше брать прибор с временем отклика 0,5 секунд. Если и этого мало, придется раскошелиться – профессиональные модели обладают временем отклика до 0,15 секунд, но и стоят они соответственно.

Коэффициент эмиссии определяет, на какой материал настроен прибор. Бытовые приборы имеют коэффициент 0,95 – они подойдут для измерения температуры предметов из матового пластика, бетона, кирпичей, человеческого тела и т.д. (см. таблицу).

Если коэффициент эмиссии материала, температуру которого вы хотите измерить, сильно отличается от 0,95, то его нужно привести к нужному значению, наклеив на поверхность кусок изоленты, покрасив матовой краской и т.п. Если это невозможно сделать, то лучше сразу подбирать прибор с изменяемым коэффициентом эмиссии – большинство таких приборов позволяют задавать его в диапазоне от 0,1 до 1.

Определение влажности говорит о том, что в прибор встроен гигрометр. Он определяет влажность окружающего воздуха, но никак не предмета, на который нацелен лазерный маркер (как некоторые думают). Зачем это нужно? Чаще всего этой функцией пользуются для определения точки росы и оценки риска выпадения конденсата на исследуемых поверхностях.

Пирометры с определением влажности, как правило, умеют сами рассчитывать точку росы и при измерении температуры поверхности, могут сразу сообщить – появится ли на ней конденсат. Это может быть очень важно в складах, теплицах, да и в жилых помещениях тоже. Выпадение конденсата – неприятность само по себе, но при определенных температурах оно еще и способствует образованию плесени. Некоторые пирометры имеют функцию определения риска образования плесени.

Варианты выбора пирометров

Для бытовых целей вполне подойдет недорогой пирометр с диапазоном -50…500ºС – с его помощью вы сможете определить температуру сковородки, мяса в духовке или двигателя машины, не рискуя обжечься.

Для дистанционного определения температуры раскаленных и расплавленных металлов вам потребуется прибор с широким диапазоном и большим оптическим разрешением.

Если пирометр нужен вам, чтобы следить за климатом в помещениях, выбирайте среди приборов с определением влажности – он поможет вам избежать сырости и плесени.

Если вы делаете множество измерений, выбирайте среди приборов с памятью – чтобы избавить себя от необходимости записывать каждое значение.

Источник

Пирометры: характеристики, типы, виды

Конструкция

Конструкция определяет общую форму корпуса.

— Пистолетная. Данный вариант предполагает наличие пистолетной рукоятки, расположенной под углом к корпусу. Рукоятка позволяет с удобством удерживать прибор во время работы.

— Прямая. Прямой корпус без каких-либо загнутых рукояток. Подобная конструкция применяется сравнительно редко — в основном среди компактных приборов, где производитель жертвует рукояткой ради уменьшения габаритов. Обращать внимание на данную разновидность стоит в том случае, если вы ищете небольшое, максимально удобное в переноске устройство.

Целеуказатель

Тип лазерного целеуказателя, предусмотренного в конструкции пирометра.

Лазерный целеуказатель позволяет видеть, куда именно направлен прибор и температуру какого именно участка он замеряет. Варианты же могут быть такими:

— Одноточечный. Целеуказатель в виде единичного луча, указывающего в центр области измерения. Наиболее простой и недорогой вариант, однако не очень точный — в том плане, что пользователь не может точно оценить, какая зона на замеряемой поверхности попадает в поле зрения пирометра.

— Двухточечный. Целеуказатель в виде двух лучей, указывающих на точки по краям области измерения. Расположение точек может быть горизонтальным (справа и слева) либо вертикальным (сверху и снизу). В любом случае такой целеуказатель уже позволяет определить размеры области, попадающей в поле зрения прибора. Однако обходится он несколько дороже одноточечного, а потому и встречается реже.

— Многоточечный круговой. Целеуказатель в виде нескольких лучей, формирующих на замеряемой поверхности окружность из точек. Это наиболее сложный и дорогой, однако и наиболее точный вариант: окружность четко показывает расположение и размеры области измерения.

— Отсутствует. Полное отсутствие какого-либо целеуказателя в конструкции; наводить такой прибор приходится «на глаз&raqu . o;. Данный вариант встречается исключительно в отдельных моделях наиболее компактных приборов, которые в принципе не рассчитаны на измерения на больших расстояниях.

Измерения t поверхности

Диапазон температур поверхности, которые прибор может эффективно замерить.

В целом смысл данного параметра достаточно очевиден. Отметим только, что обширный рабочий диапазон не всегда является преимуществом. Во-первых, он сказывается на стоимости прибора; во-вторых, при расширении диапазона может ухудшаться точность замеров. Так что при выборе стоит не гнаться за максимальным диапазоном температур, а учитывать реальные потребности: например, навряд ли имеет смысл выбирать пирометр с верхним пределом в 500 °С для замеров качества теплоизоляции и определения утечек тепла в жилых помещениях. Условно можно поделить пирометры на те которые для измерения низких температур, и соответственно для высоких.

Измерение относительной влажности

Измерение t окружающей среды

Диапазон температур окружающей среды (окружающего воздуха), которые прибор способен эффективно замерить.

Возможность замера температуры воздуха, предусматриваемая в некоторых моделях, позволяет применять пирометр в роли традиционного комнатного или уличного термометра. Эта функция может пригодиться, в частности, при поиске проблем с теплоизоляцией помещения.

Показатель визирования

Показатель визирования прибора.

Показателем визирования называют соотношение между расстоянием до поверхности, температура которой замеряется, и диаметром пятна, попадающего в поле зрения прибора. К примеру, если на расстоянии 2 м прибор будет охватывать зону в 10 см (0,1 м), то показатель визирования составит 2/0,1 = 20.

При выборе по данному параметру стоит учитывать предполагаемые условия замеров — размеры предметов, температуру которых предполагается замерять, и расстояния до них. При этом стоит помнить, что для точного замера измеряемая поверхность должна полностью занимать поле зрения пирометра — иначе прибор будет «видеть» также посторонние предметы, излучение которых будет искажать результаты замеров. Поэтому для больших расстояний рекомендуются модели с высокими показателями визирования — 40, 50 и т. д. Если же замеры планируется проводить на расстоянии одного-двух метров, а замеряемые объекты довольно крупные, стоит обратить внимание на модели с относительно небольшими значениями данного параметра — 10, 20 и т.п.

Время отклика

Точность измерений

Точность измерений температуры, обеспечиваемая пирометром, в градусах. Указывается по максимальному отклонению в ту или иную сторону, которое может выдать прибор при работе. Например, если в характеристиках указано 1,5 °С, а замер показал 80 °С, фактическая температура может составлять от 78,5 °С до 81,5 °С. Таким образом, чем меньше число в данном пункте — тем ниже погрешность и выше точность прибора. В то же время высокая точность соответствующим образом сказывается на стоимости.

Стоит отметить, что данное обозначение нередко оказывается весьма условным, и в подробных характеристиках могут содержаться различные уточнения по поводу погрешностей. Так, точность замеров нередко приводится одновременно в градусах и в процентах с формулировкой вроде «±2 °С или ±2 %, какое из значений окажется больше». Подробнее о погрешности в процентах см. п. «Точность измерений» ниже. А данная запись значит, что фактическая погрешность замеров в градусах может оказаться и выше той, что прямо заявлена в характеристиках — к примеру, 2 % от 500 °С дают отклонение ±10 °С. Кроме того, могут встречаться и другие уточнения — например, при минусовых температурах отклонение может составлять ±2 °С плюс 0,05 °С на каждый градус ниже нуля (то есть увеличиваться с понижением температуры). Так что если высокая точность замеров является для вас критичной — стоит внимательно читать документацию производителя.

Точность измерений

Рабочая температура

Диапазон температур окружающего воздуха, при котором прибор может нормально выполнять свои функции.

Все современные пирометры гарантированно способны работать при комнатной температуре. При этом они обычно допускают отклонение от нее в пределах 15 – 20 °С — например, во многих моделях диапазон рабочих температур заявлен в пределах 0. 40 °С. Так что обращать внимание на данный показатель стоит в том случае, если прибор планируется использовать при температурах ниже нуля, либо наоборот, в жарких условиях — далеко не каждая модель способна нормально работать при том или ином «экстриме».

Отметим, что выход за пределы диапазона допустимых температур далеко не обязательно приводит к поломке прибора. Однако отклоняться от данных рекомендаций не стоит хотя бы в свете того, что при нештатных условиях устройство начинает давать слишком высокую погрешность, и о какой-либо точности измерений говорить уже не приходится.

Функции

— Регулировка коэффициента излучения. Возможность подстраивать прибор под коэффициенты излучения разных материалов. Коэффициент излучения определяет, сколько энергии та или иная поверхность излучает при определенной температуре; выражается он числами от 0 до 1 (коэффициент 1 имеет идеальное «абсолютно черное тело»). Не вдаваясь в излишние физические подробности, можно сказать, что если настройки прибора не соответствуют реальному коэффициенту излучения измеряемой поверхности, результаты замеров также будут отличаться от реальной температуры. Впрочем, большинство поверхностей, с которыми приходится на практике иметь дело — дерево, кирпичная кладка, пластик, покрытые краской и окислами металлы — имеют коэффициент излучения 0,8 – 0,9; именно на эти показатели по умолчанию настроены пирометры, и дополнительная коррекция при замерах в целом не требуется. А вот показатель излучения полированного металла и некоторых других материалов может быть заметно ниже данных значений, и под такие поверхности пирометр нужно настраивать отдельно. Ну и в любом случае, если для вас критичной является максимальная точность замеров — стоит выбрать прибор с регулировкой коэффициента излучения и настраивать его под каждую отдельную поверхность. Существуют специальные таблицы, позволяющие определить этот коэффициент для разных типов материалов.

— Подсветка. Наличие в приборе собственной подсветки. В данном сл . учае может подразумеваться как обычная, так и ультрафиолетовая подсветка. Первая фактически дополняет пирометр функцией фонарика и облегчает работу в условиях слабой освещённости. УФ-подсветка, в свою очередь, предназначена в основном для выявления утечек хладагента в кондиционерах и холодильных установках: многие хладагенты содержат добавку, светящуюся в УФ-лучах. Конкретный тип подсветки для каждой модели стоит уточнять отдельно.

— USB-порт. Стандартный USB-разъем для подключения устройства к компьютеру, ноутбуку и т.п. Как правило, для использования возможностей такого подключения нужно установить специальное ПО с сайта производителя. А возможности подключения могут быть разными. Так, нередко встречается функция записи, когда компьютер постоянно следит за показаниями прибора, выстраивая диаграмму или таблицу колебаний температуры. В других устройствах может предусматриваться возможность копировать результаты замеров из собственной памяти на ПК. Через порт USB может осуществляться также зарядка аккумулятора (см. «Питание») и настройка пирометра — например, регулировка коэффициента излучения (см. выше), калибровка, обновление прошивки и т. п. Конкретный набор возможностей в каждом случае стоит уточнять отдельно.

— Картридер. Наличие порта для карт памяти позволяет делать замеры с сохранением информации на внешний носитель. При этом, соответствующую информацию можно быстро перенести на ПК, ноутбук без использования кабелей и подключения пирометра (естественно при наличии картридера в устройстве).

— RS-232. Также известен как COM-порт. Служебный разъём для подключения пирометра к компьютерам и некоторым разновидностям специализированного оборудования. Данные через RS-232 могут передаваться в двух направлениях: внешнее устройство может вести запись показаний пирометра и с него же, при необходимости, можно управлять настройками прибора.

— Bluetooth. Технология беспроводной связи Bluetooth применяется для прямого соединения между различными устройствами. Теоретически способы использования такого соединения могут быть разными; конкретно же в данном случае Bluetooth используется в основном для подключения пирометра к смартфону, планшету или гаджету и передачи на этот гаджет результатов измерений. Для обработки результатов, как правило, нужно установить специальное приложение; оно обеспечивает различные дополнительные возможности и часто оказывается более удобным, чем обработка результатов вручную — особенно если приходится иметь дело с большим количеством данных.

Питание

— «Крона». Стандартная 9-вольтовая батарейка типа «Крона» — прямоугольной формы, с парой контактов на одном из торцов. Довольно популярный вариант: по ряду причин напряжение 9 В очень удобно для применения в пирометрах.

— AA. Популярный типоразмер сменных элементов, известный как «пальчиковые батарейки». Подобные элементы выпускаются и в виде перезаряжаемых аккумуляторов. В пирометрах такое питание встречается реже «Кроны» — в частности, потому, что для эффективной работы обычно требуется несколько пальчиковых батареек. Тем не менее, это тоже довольно популярный вариант.

— AAA. Еще один распространенный типоразмер сменных элементов — «мизинчиковые батарейки». Аналогичны описанным выше АА во всем, за исключением меньшего размера и, соответственно, более низкой емкости. Используются преимущественно в компактных приборах, для которых даже «пальчиковые» батарейки слишком громоздки.

— Фирменный аккумулятор. Питание от собственного аккумулятора оригинального стандарта, который к тому же может делаться несъемным. С одной стороны, такое питание имеет ряд преимуществ перед сменными батарейками. Так, аккумулятор изначально поставляется в комплекте, его не нужно приобретать отдельно; а при исчерпании заряда не надо тра . титься на свежие батарейки — достаточно поставить устройство заряжаться. С другой стороны, зарядка требует источника питания и занимает довольно длительное время, тогда как батарейки, при наличии запасных, меняются за считанные секунды. Поэтому данный вариант особого распространения не получил.

— CR2032. Достаточно миниатюрные батарейки-«таблетки» диаметром 32 мм и толщиной 2 мм. Из-за невысокой емкости применяются крайне редко — исключительно в миниатюрных приборах, созданных в расчете на максимальную компактность и, как правило, предназначенных для небольших расстояний (до 1 м).

Также встречаются модели с комбинированным питанием, которые могут работать от тех или иных источников.

— «Крона» / внешний блок питания. Модели, способные работать как от описанной выше батарейки «Крона», так и от поставляемого в комплекте сетевого блока питания. Достоинством данного варианта является то, что при наличии розетки прибор можно подключить к ней, экономя заряд батареи (а то и заряжая ее, если для питания используется аккумулятор в форм-факторе «Крона»).

— AA / фирменный аккумулятор. Устройства, способные работать как от сменных батареек АА, так и от фирменного аккумулятора. Для этого в комплект поставки обычно включается адаптер, позволяющий устанавливать вместо аккумулятора набор батареек. Отметим, что сам аккумулятор далеко не обязательно поставляется в комплекте с пирометром — наоборот, в комплект поставки могут входить батарейки, аккумулятор же нужно приобрести отдельно (либо снять его с другого инструмента того же бренда — некоторые производители используют для своих устройств универсальные взаимозаменяемые батареи). Подробнее о каждом типе питания см. выше, а их сочетание дает пользователю выбор и в теории позволяет взаимно компенсировать недостатки. С другой стороны, в большинстве случаев бывает проще купить сменные элементы в виде аккумуляторов, чем возиться с фирменной батареей, поэтому данный вариант особого распространения не получил.

Аккумуляторная платформа

Совместимые аккумуляторы

Термопара

Наличие термопары в комплекте поставки прибора.

Термопара представляет собой датчик для контактного измерения температуры, основанный на термоэлектрическом эффекте. Конструктивно такой датчик состоит из двух проводников из разных, специально подобранных материалов; одна пара концов у таких проводников соединена, другая выведена на измерительное устройство. При возникновении разницы температур между свободными и соединенными концами в проводниках возникает электродвижущая сила, по значению которой и определяется температура.

Термопары несколько менее удобны, чем бесконтактный замер: во-первых, они требуют контакта с поверхностью, температура которой измеряется, во-вторых, при замере нужно подождать, пока температура датчика сравняется с температурой поверхности. Тем не менее, подобные датчики имеют некоторые важные преимущества: в частности, они обеспечивают высокую точность (нередко — до сотых долей градуса) и могут работать в очень широком диапазоне температур. Поэтому в некоторых случаях использование термопары оказывается более предпочтительным, чем бесконтактный способ.

Штатив

Кейс (сумка)

Наличие кейса или сумки в комплекте поставки прибора.

Кейсом называют твердый футляр; он относительно громоздок, однако обеспечивает неплохую защиту не только от загрязнений, но и от ударов. Сумки же делаются из мягких материалов, они защищают в основном от пыли и грязи, зато такой футляр можно компактно сложить, когда он не используется. В любом случае комплектные сумки и кейсы более удобны, чем импровизированная упаковка.

Макс. время работы

Максимальное время работы пирометра на одном заряде батареек или аккумулятора (см. «Питание»).

В целом смысл данного параметра довольно очевиден, стоит отметить лишь один нюанс: разные марки сменных батареек могут заметно различаться по емкости. Поэтому при использовании недорогих элементов фактическое время работы пирометра может оказаться значительно меньше заявленного.

Уровень защиты

Степень защиты корпуса устройства согласно стандарту IP.

Данный стандарт описывает защищенность «начинки» от загрязнений и попадания влаги. Стандартно степень защиты записывается двумя цифрами, например IP54; первая из этих цифр обозначает защиту от попадания пыли и посторонних предметов, вторая — от влаги. Подробные расшифровки обозначений по стандарту IP можно найти в специальных источниках. Здесь же отметим, что высшими уровнями пылезащиты являются 5 (пылестойкость) и 6 (пыленепроницаемость), влагозащиты — 7 (возможность погружения на глубину до 1 м) и 8 (возможность постоянной работы на глубине 1 м и более). При этом на рынке встречаются модели и с уровнем влагозащиты 0 — это значит, что подобные приборы вообще не допускают какого-либо попадания влаги.

Источник