Как правильно измерить температуру пирометром

Dacha.news

Можно ли с помощью недорогих пирометров точно измерить температуру? Если нет, то какова погрешность и от чего она будет зависеть?

Пирометр – прибор (в данном случае мы говорим о распространенных бытовых инфракрасных моделях), измеряющий уровень электромагнитного излучения предмета в определенном спектре и на основе его интенсивности определяющий температуру.

От чего зависит точность измерений пирометром

1. От излучательной способности поверхности тела. У идеальной модели черного тела она равна 1. У идеального зеркала – 0. Основная масса тел имеет излучательную способность в диапазоне от 0,85 до 0,95. Потому дешевые модели пирометров, где нет возможности ручного указания излучательной способности, обычно настроены на наиболее типичное значение 0,95.

Значения излучательной способности берут из различных справочников и таблиц, но все они являются предметом споров и могут применяться лишь с оговорками. Вот примеры значений излучательной способности некоторых материалов:

Реальная погрешность измерений недорогими пирометрами, вносимая неточным указанием излучательной способности, обычно лежит в диапазоне от 3 до 20% при ошибке указания от 10% до 30% соответственно.

Там, где нужно провести максимально точные измерения, поверхность сначала покрывают специальными лаками с достоверно известной излучательной способностью.

2. От температуры тела. Излучательная способность тел меняется в зависимости от температуры и на диапазонах от 300 до 900 градусов ошибка может быть в 1,5 и более раз. Более того, пирометры рассматриваемого нами класса не способны делать точных измерений объектов с температурой 500 и более градусов.

3. От температуры окружающей среды. В качестве датчиков в пирометрах чаще всего используются полупроводниковые элементы – болометры, фотодиоды, пироэлектрики, термоэлементы. Их характеристики напрямую зависят от окружающей температуры. Если усреднять, то изменение их температуры на каждые 10°С будет давать дополнительную погрешность в 1%.

4. От расстояния. Поскольку инфракрасные пирометры снабжены оптической системой, то площадь, с которой снимаются показания излучения для определения температуры, напрямую зависит от расстояния до объекта.

И тут важно, чтобы область, с которой снимаются показания, не выходила за края объекта. Для каждой модели пирометра значения площади от расстояния будет свое, и оно обязательно указывается в инструкции. Многие модели среднего и высшего ценовых диапазонов имеют лазерные указатели в виде одного, двух или более лучей, которые обозначают границы пятна.

Рекомендации по использованию пирометров

— Большинство недорогих пирометров не пригодно для измерения температур полированных металлических поверхностей или просто светлых металлов. Использовать с оговорками можно лишь те, у которых имеется возможность ручного указания значений излучательной способности материалов.
— Любые предметы или частицы (пар, дым, пыль), попадающие в область измерения будут влиять на результаты.
— Нельзя измерить температуру объектов через прозрачные предметы (стекло, пленку), поскольку по факту будет измерена температура стекла и т.д.

Вам также может быть интересно:
— Тест недорогого пирометра GM320

Как выбрать пирометр (2020)

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.

Как правильно измерить температуру пирометром — ошибки и правила.

Появились разного вида термометры, которые позволяли достаточно точно измерять температуру. Но и они не всегда были удобны, так как для измерения термометром необходим контакт измерительного зонда с объектом измерения. А как быть если необходимо измерить температуру в точке, до которой очень трудно добраться? А если точка находится в агрессивной среде? А если объект находится в постоянном движении?

В общих чертах была поставлена задача и инженерная мысль начала поиск решения этой проблемы. Так, во второй половине прошлого века появились первые пирометры. Первый пирометр был разработан и выпущен в 1967 году американской компанией WAHL.

Компания смогла на основе важнейших физических открытий в этой области начать массовое производство пирометров с высокими потребительскими характеристиками и все это смогли спрятать в маленький корпус. Новый принцип измерения заключался в построения сравнительных параллелей, когда вывод о температуре тела производился на основе данных инфракрасного приемника, определяющего количество излучаемой телом тепловой энергии. Такой метод измерения позволил существенно расширить границы измерения температуры твердых и жидких тел в самых труднодоступных местах. Пирометры прочно заняли свое место в линейке приборов для определения температуры!

Строго говоря, пирометр — это прибор который бесконтактно производит измерение температуры разного рода тел и сред на основе измерения мощности теплового излучения объектов измерения в диапазоне инфракрасного излучения, а также в области видимого света.

Исходя из этого, можно определить основные характеристики пирометров — это оптическое разрешение и настройка степени черноты тела. Оптическое разрешение или как его еще называют Показатель визирования это отношение диаметра пятна визирования на поверхности объекта, измерение температуры ( излучения) с которого регистрируется пирометром к расстоянию до объекта. Это можно представить себе так — конусный луч фонарика освещает поверхность и чем дальше поверхность тем большее пятно засвечивается то есть с увеличением расстояния до измеряемого объекта большая поверхность измеряется.

Но как быть когда необходимо измерить очень маленький объект в окружении других объектов, имеюoих разные температуры? Ответ прост — коэффициент визирования (оптическое разрешение пирометра) должен быть максимальным (то есть, конус «фонарика» должен быть очень узким в предельном значении — луча). Это достигается использованием качественной оптики или проще говоря объективом пирометра, при этом стоимость одинаковых пирометров с разными объективами (коэффициентами визирования) может отличаться в десятки раз! Для точности визирования современные пирометры имеют лазерный указатель, который будет показывать центр измерительного пятна.

Ни в коем случае нельзя эту точку воспринимать как область измерения температуры — в зависимости от оптического разрешения область измерения будет кругом, с центром в точке от лазерного луча, с диаметром от 1 сантиметра до 1 метра! Степень черноты тела или как его называю иначе коэффициент излучения характеризует прежде всего свойства поверхности объекта измеряемую пирометром. Этот показатель определяется как отношение энергии, излучаемой данной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Он может принимать значения от 0,1 до значений, близких к 1.

Для примера: если для окисленной стальной поверхности коэффициент составляет примерно 0,85, то для полированной стали он снижается до 0,075. Это один из основных факторов, которые влияют на точность показаний иными словами — не может быть произведен замер температуры с большой точностью, без корректировки пирометра, для конкретного объекта. Но это необходимо делать только в том случае, когда нам необходимо получить очень точные показатели измерений.

В повседневной жизни для измерения температуры погрешность вносимая коэффициентом излучения, соизмерима и укладывается в общую погрешность, при этом необходимо учитывать «однородность» измеряемых пирометром объектов то есть с одинаковы коэффициентом излучения или же в определенном диапазоне.

Все пирометры можно разделить по следующим категориям или признакам:

• 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 предназначенные 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.

Область применения пирометров очень велика, и они все сильнее теснят традиционные приборы для измерения температуры. Но все таки основная задача пирометров это измерение температуры в труднодоступных местах и в местах с агрессивными средами, а также объекты которые находятся в постоянном движении или расположены в электро или пожароопасных местах.

В настоящее время предложений по продаже пирометров очень много и здесь главное не ошибиться в выборе производителя. Пирометры, которые предлагаем мы, выпущены на промышленном государственном предприятии Китая, заводе по производству электронных приборов и компонентов CEM, SHENZHEN EVERBEST MACHINERY INDUSTRY CO., LTD.

Государственное предприятие «СЕМ» принадлежит к категории предприятий имеющих высшую оценку экспертов по качеству выпускаемой продукции. Этому предприятию предлагают свои заказы для производства многие ведущие фирмы, специализирующиеся на разработке измерительной техники. В линейке пирометров, представленных насчитывается десятки пирометров, которые обеспечивают все диапазоны измерения температуры.

При выборе пирометра следует обратить внимание на следующие особенности и характеристики:

• Диапазон измеряемой температуры. Разные модели инфракрасных пирометров способны показывать температуру объектов от отрицателных до высоких температур, лучше выбирать пирометр уже зная какой диапазон температур вам нужен
• Оптическое разрешение. еще называют показателем визирования. Оптическое разрешение пирометра определяется отношением диаметра так называемого пятна на поверхности объекта, излучение с которого регистрируется пирометром к расстоянию до объекта. Чтобы понять какое оптическое разрешение пирометра вам нужно, необходимо знать где будет применяться прибор. Если нужно или возможно измерять температуру объекта с небольшого расстояния(10-30см) и площадь предмета будет достаточно большой(от 3см2), то подойдут инфракрасные термометры с небольшим оптическим разрешением например 8:1 вряд ли подойдет. Если требуется измерять температуру с растояния в несколько метров, то следует выбирать пирометр с высоким оптическим разрешением, так что бы пятно измерения не выходило за пределы объекта например 50:1.
• Ниже изображен рисунок пирометра и его пятно измерения температуры на разном расстоянии, как выбрать пирометр:
• Погрешность. Выбирается пирометр в зависимости от того с какой точностью вам нужно измерить температуру объекта с помощью бесконтактного термометра
• Излучаемость (коэфициент излучения). Коэффициент излучения (называемый иногда «степень черноты») характеризует способность поверхности тела излучать инфракрасную энергию. Этот коэффициент определяется как отношение энергии, излучаемой конкретной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Коэффициент излучения пирометра может принимать значения от очень малых, ниже 0,1 до близких к 1. В недорогих моделях пирометров он как правило фиксированный(усредненный 0,95), если вы измеряете температуру объекта у которого степень черноты отличается от 0,95 то пирометр с фиксированным коэфициэнтом будет измерять с большей погрешностью. В более дорогих моделях есть возможность устанавливать для каждого объекта свой коэффициент излучения. Неправильный выбор коэффициента излучения — основной источник погрешности для всех пирометрических методов измерения температуры.
• Контактный датчик температуры (термопара). У более дорогих моделях в комплекте идет термопара с помощь которой можно откалибровать пирометр для каждого объекта, путем вычисления коэфициента излучения.
• Лазерный целеуказатель. Практически во всех моделях пирометров есть лазерный целеуказатель, он упрощает наведение инфракрасного термометра на цель В профессиональгных моделях пирометров встроен двойной лазерный целеуказатель, при наведении на объект когда два лазерных луча сходятся в одной точке достигаестся оптимальное расстояние до объекта.
• Возможность записи видео и фото. Модели пирометров с возможностью при измерении температуры одновременной записи видео измеряемого объекта, эта функция удобна при анализе данных температуры объекта.
• Передача данных на ПК. Модели имеющие интерфейс USB для передачи данных на ПК и последующего анализа
• Регистрация и удержание данных на дисплее. Возможность пирометров регисрировать максимум и минимум при измерении температуры, а также удерживвать показания после измерения.

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.

Пирометр – что это? Описание принципа работы и правила эксплуатации

Дистанционное измерение температуры необходимо не только при контроле производственных процессов, но и является частью процесса наладки автономного отопления. После просчета удельной мощности нагревательных приборов и их монтажа необходимо проверить фактические температурные показатели. Лучше всего для этого применять инфракрасные пирометры.

Конструкция и принцип работы

Для измерения температуры поверхности материалов есть множество типов приборов. По своему применению они различаются на контактные и с дистанционным снятием показаний. Пирометры относятся к последнему классу устройств.

Принцип их работы основан на измерении тепловых волн, которые излучает нагретая поверхность. Общая схема устройства показана ниже:

Излучение попадает через раструб прибора на пирометрический датчик. В нем тепловая энергия преобразовывается в электрическую. Мощность получаемого сигнала зависит от температуры измеряемой поверхности – чем она выше, тем большая сила тока будет генерироваться датчиком. С помощью электронного преобразователя исходные данные выводятся на жидкокристаллический дисплей.

Есть еще одна разновидность пирометров – так называемые тепловизоры. Принцип их работы основан на сравнении спектра теплового излучения с эталонным.

На цветной экран проецируется картинка тепловых волн от объектов, попавших в объектив устройства. По спектральной характеристике можно определить величину температуры и визуально наблюдать ее градиентное изменение на площади измеряемого материала. Тепловизоры нашли практическое применение и для автономного частного отопления. С их помощью можно точно определить место протечки в скрытом трубопроводе.

Технические характеристики

Как и любой прибор измерения, работа инфракрасного пирометра характеризуется определенными параметрами. Выбор определенной модели осуществляется по их значениям. Рассмотрим самые важные из них.

Оптическое разрешение

Он определяет площадь объекта, на поверхности которого измеряется температура. Он напрямую зависит от угла объектива устройства. Чем он больше, тем значительнее будет площадь измерения температуры. При этом учитывается расстояние до объекта.

Главным условием проведения точного измерения является наложение пятна только на материал поверхности. В случае превышения площади значение температуры будет неточным. Оптическое разрешение – это величина отношения диаметра пятна прибора к расстоянию до объекта. В зависимости от модели оно может быть равным от 2:1 до 600:1. Последнее относится к классу профессиональных устройств, применяемых для снятия показаний нагрева поверхности в тяжелой промышленности. Для бытовых и полупрофессиональных пирометров оптимальный показатель равен 10:1.

Рабочий диапазон

Определяется параметрами пирометрического датчика. В большинстве случаев он составляет от -30°С до 360°С. Учитывая, что теплоноситель в системе отопления может иметь максимальную температуру до 110°С, для бытовых целей можно применять практически все виды пирометров.

Погрешность

Указывает степень колебаний значений температуры в зависимости от точности настроек устройства. В среднем допускаются отклонения около 2% от нормированного показания.

Коэффициент излучения

Это отношение мощности температурного излучения при текущей температуре к такому же параметру эталонного абсолютно черного тела. Для неблестящих материалов он составляет 0,9-0,95. Поэтому большинство устройств дистанционного измерения температуры настроены именно на это значение. Однако, если попытаться ими измерить степень нагрева поверхности блестящего алюминия, то значение на индикаторе будет значительно отличаться от фактического.

Как пользоваться

После приобретения прибора необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией. Несмотря на несложные правила эксплуатации, неправильные действия могут привести к значительным искажениям температурных значений. Порядок измерения степени нагрева материала с помощью пирометра:

• Включить устройство.
• Направить раструб на измеряемую поверхность.
• С помощью лазерной указки определить границу пятна измерения.
• После активации на экране появятся значения температур. В зависимости от модели они могут быть записаны в память устройства или будут заменены значениями следующих измерений.

Как видно, на практике пирометром может пользоваться каждый. Поэтому он становится обязательным прибором измерения для работников компаний, занимающихся проектированием и монтажом автономных систем отопления.

Пирометр для определения потерь тепла в доме и квартире

С наступлением холодов многие домовладельцы задаются вопросом о том, откуда в дом поступает холод, и как можно выявить потери тепла с минимальными затратами. Для выявления потерь тепла используется специализированный инструмент, который называется тепловизор. Однако он настолько дорого стоит, что не каждый может позволить себе даже заказать услугу по определению тепловых потерь. Альтернативная замена тепловизора — это пирометр. Пирометром можно выявить потери тепла в доме, и пусть не настолько эффективно, но, тем не менее, вполне реально.

Что такое пирометр и как он устроен

Для бесконтактного измерения поверхности материалов применяются специальные приборы, которые называются пирометрами. По способу применения они являются дистанционными. Принцип работы таковых устройств основывается на измерении температуры тепловых волн, излучаемых нагретой поверхностью.

Пирометры не только просты в применении, но они еще и стоят не дорого, если сравнивать их с тепловизорами. Конструктивно они похожи на тепловизоры, но отличаются по принципу действия. Тепловизор показывает на экране визуально место утечки тепла, что достигается за счет изменения цвета, а пирометр отображает значение температуры. Чтобы узнать температуру выбранного объекта, например, двери или стены, необходимо навести на нее прибор, и завизировать показания. Такие инструменты предназначены для того, чтобы выявлять температуру поверхностей бесконтактным методом. Зная, для чего нужен пирометр, необходимо разобраться с его принципом функционирования.

Принцип работы или как работает прибор

Работает прибор достаточно просто, для чего в его конструкции применяется лазерная точка. Эта точка направляется на объект, температуру которого необходимо узнать. Чтобы произвести измерения, и узнать, какая температура стены или аккумуляторной батареи, необходимо направить на них прибор, и нажать на пусковую кнопку в виде курка. При нажатии на кнопку появляется лазерная точка, и в течение считанных секунд на экране отображаются соответствующие показания температуры.

Нагретая поверхность излучает соответствующие тепловые волны. Причем прибором можно измерять не только положительные значения температуры, но и отрицательные. Тепловые волны через раструб в приборе проецируются на пирометрический датчик. На датчике тепловая энергия преобразуется в электрическую. Микропроцессор оценивает величину электрических импульсов по специальным алгоритмам, и выводит на экран прибора в понятном для человека формате.

Работают приборы от автономных аккумуляторов, и в зависимости от моделей, это могут быть обычные пальчиковые батарейки или литий-ионные аккумуляторы. Модели с Li-Ion аккумуляторами стоят дороже, поэтому о рациональности их приобретения надо решать самостоятельно.

Погрешность приборов и ее влияние на показания

Инфракрасные пирометры применяются для бесконтактного определения температуры различных поверхностей. Это могут быть как тепловые устройства, так и морозильные. Используются пирометры работниками разных служб, когда необходимо выявить значение температуры воды в системе отопления или степень нагрева поверхности при использовании встроенных обогревателей.

Одним из главных технических параметров пирометров является величина погрешности. Чем дешевле прибор, тем выше погрешность. На величину погрешности влияет, прежде всего, пирометрический датчик, а точнее его качество изготовления. Одними из самых точных пирометров являются медицинские, которые и стоят в 2-3 раза дороже обычных. В конструкции медицинских устройств применяются качественные датчики, которые с минимальной погрешностью позволяют определить значение температуры тела человека за несколько секунд.

Для бытового применения подходят устройства с величиной погрешности до 2%. Этого достаточно, чтобы узнать значение температуры в трубах, на стенах, на потолке или полу. Величина погрешности также зависит не только от качества применяемого датчика, но еще и от отдаленности прибора от измеряемой поверхности. Чем дальше расстояние до поверхности, тем больше величина погрешности. Это свойство характерно для всех видов пирометров — от самых дешевых до самых дорогих. Разница лишь в том, что дорогие модели способны определять температуру на отдаленности от поверхности до нескольких метров.

При покупке прибора необходимо также учитывать предел границ измерения температуры. Если с положительными значениями проблем не возникает, так как на большинстве моделей величина достигает +300 градусов, то отрицательные параметры порой доходят до -20-50 градусов.

Как правильно надо пользоваться пирометром для определения теплопотерь в доме

Чтобы научиться пользоваться пирометром для определения потерь тепла в доме, понадобится для начала ознакомиться с инструкцией по их эксплуатации. Прибор прост в применении, но чтобы правильно определять температурные показатели, необходимо научиться пользоваться инструментом. Учитывать необходимо используемую модель, так как отличаются они по количеству функций, которые можно выполнить пирометром.

Пошаговая инструкция о том, как надо правильно работать пирометром, и выявлять температуру поверхностей, имеет следующий вид:

1. Для начала необходимо включить прибор, установив в него батарейки. Для этого имеются специальные гнезда, расположенные в рукоятке
2. Нажать на пусковой курок, чтобы протестировать инструмент, при этом не направлять его на человека. Включить или отключить подсветку дисплея, а также выбрать соответствующий режим вывода показаний в градусах или фаренгейтах
3. Раструб необходимо направить на поверхность материала, температуру которого необходимо померять
4. Лазерной указкой выявляется граница пятна измерения, то есть охватываемая площадь
5. Уже через несколько секунд на экране устройства отобразятся соответствующие значения температуры. Эти значения можно сохранить в памяти прибора или руководствоваться ними, делая вывод о величине прогрева стен, пола, потолка и прочих поверхностей

Пирометр в хозяйстве может пригодиться не только для определения тепловых потерь в доме, но еще и для измерения температуры аккумуляторной батареи на автомобиле. Автомобилистам хорошо известно о том, что чем сильнее мороз, тем хуже она отдает заряд. Конечно, чтобы измерить температуру аккумулятора, можно выкрутить одну пробку с банки, и всунуть градусник. Однако делать это постоянно нерационально, да и к тому же накладно.

Меры предосторожности при работе пирометром

Пирометры принадлежат к категории измерительных приборов, при работе с которыми немаловажно соблюдать меры предосторожности. Рассматриваемый инструмент, как и болгарка или дрель, при неправильном применении может нанести серьезный ущерб здоровью. Чтобы этого не произошло, необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

• Строго запрещено направлять прибор с включенным лучом лазера в глаза человеку. Луч обладает высокими показателями излучения, поэтому он может вызвать ожоги и другие виды повреждений кожных покровов. Исключение составляют специальные медицинские пирометры, которые можно направлять на тело человека, чтобы измерить температуру
• Хранить инструмент следует в месте недоступном для детей. Дети могут не только повредить прибор, но и нанести ущерб своему здоровью
• Хранить прибор надо только в теплом и сухом помещении. Класть его на горячие поверхности или хранить на морозе строго противопоказано
• Исключить попадание влаги на инструмент. Если неосторожно обращаться с прибором, то он быстрой выйдет из строя
• Нельзя прикасаться к измеряемому объекту рукой и прочими частями тела

Пирометром можно легко и просто определить температурные показатели бесконтактным способом. Удобен инструмент для применения в автомобиле, когда им измеряется величина теплого воздуха из печки. Еще многие автовладельцы используют пирометр для того, чтобы проверить работоспособность катализатора. Для этого необходимо произвести замер значений до катализатора и после. Если температура после катализатора ниже или такая же, как и до него, значит устройство неисправно.

Из этого следует, что пирометром называется универсальный измерительный прибор, который обязательно будет полезен в хозяйстве. Не самые дешевые модели оснащаются USB-выходами для подключения приборов к компьютерной технике. Ниже на видео будет интересно узнать много нового о том, как правильно выявлять теплопотери в доме или квартире пирометром.

В завершении остается подвести итог и отметить, что приобрести пирометр можно за 1500-2000 рублей. Такая их стоимость делает прибор доступным, что немаловажно для выявления потерь тепла в доме, а также бесконтактного выявления температурных значений в хозяйстве.

Все о пирометрах

Само по себе измерение температуры производится уже достаточно давно. Но есть места и ситуации, где «обычным» термометром не обойтись — попросту потому, что там всё недоступно для прямого замера. В таких случаях, а также при особой опасности измерений, необходимо пользоваться пирометром.

Устройство

Основной рабочей частью любого пирометра выступает блок, детектирующий инфракрасное излучение. По его спектру и уровню интенсивности можно судить о степени нагрева поверхности объектов ничуть не менее точно, чем при непосредственном контакте с ней. Кроме дистанционного измерителя, предусматривается электронная аппаратура, которая фиксирует результаты промера и показывает их в удобном для восприятия формате. Внешне пирометр похож на лазерные пистолеты, которые показывают в фантастических кинолентах. Данные о температуре выводятся на ЖК-экран, а наводка на нужные поверхности производится с помощью лазерного приспособления.

Оптическая система, при помощи которой измеряют температуру, фокусирует инфракрасные волны.

Также есть собственно термометр (датчик), формирующий электрический сигнал. Предусмотрен специальный блок, который обрабатывает поступающий сигнал. Уже после обработки готовая информация поступает на дисплей. Альтернативное название пирометра — инфракрасный термометр.

Принцип работы

Основными характеристиками пирометрического оборудования оказываются:

разрешение в оптическом диапазоне;

скорость действия (особо важна, если степень нагрева быстро меняется).

Почти все современные устройства способны обработать поступившую информацию и выдать её на экран примерно за 1 секунду или даже меньше. Информация может отображаться в аналоговом либо в цифровом формате.

Обычно современная техника работает с носителями информации, чтобы можно было накапливать и затем глубоко анализировать итоги промеров.

Часто реализуется опция установления наименьшего и наибольшего показателей в серии замеров, а также специальное звуковое или световое уведомление, когда достигается определённый уровень температуры.

Чтобы собранные сведения можно было переместить на ПК, ноутбук, смартфон или на внешний накопитель данных, применяют стандартный USB интерфейс. Но чтобы понять, откуда берутся сами передаваемые данные, нужно разобраться в принципе действия прибора. Любое тело, так или иначе, испускает инфракрасные волны. Чёрные дыры и другие экзотические состояния материи можно вынести за скобки. Когда на материальный объект направлен прибор, это излучение можно зарегистрировать.

Дальность, на которой может производиться замер, определяется величиной измеряемой поверхности и характеристиками воздуха вокруг объекта. Чем он грязнее, тем больше появляется помех, и тем труднее установить реальную температуру. Специфика пирометров позволяет использовать эти приборы:

при определении температуры малодоступных либо вовсе не доступных объектов;

установлении степени нагрева движущихся предметов или движущихся частей неподвижных в целом предметов;

выяснении уровня нагрева находящихся под напряжением, в токсичной среде или иных опасных местах предметов;

оперативном промере быстрых изменений температуры;

работе с предметами, которые мало поглощают тепла или недостаточно быстро его проводят.

Виды и сферы применения

На серьёзных производствах и на энергетических объектах широкое применение находят стационарные пирометры. Они нужны и металлургам, и нефтепереработчикам, и индустрии химического синтеза.

Отмечается, что стационарное оборудование имеет более высокий класс точности, чем портативные аналоги. Существует немало вариантов, рассчитанных на измерение температуры от -30 до +3500 градусов. Разница между конкретными моделями обусловлена не только набором функций, но и быстродействием основных элементов, и величиной погрешности при замере.

Принято делить пирометры на низкотемпературные и высокотемпературные (предназначенные для замера показателей свыше 400 градусов). По понятным причинам кондитерский тип относится к первой группе, а аппараты для металлургии, целлюлозно-бумажных и нефтехимических комбинатов — ко второй. В кулинарных целях пирометры используют, чтобы контролировать степень нагрева:

горячих напитков, каш и иных блюд (отдельных продуктов).

Иногда на промышленных объектах и в других областях используют радиационные пирометры. Такие устройства могут измерять температуры не ниже 400–700 градусов. Поэтому их можно применять исключительно там, где есть высокотемпературные технологические процессы и аппараты. Сюда относятся не только металлургия и электроэнергетика, но и:

выработка стекла и кирпича, керамики;

подготовка печатных изданий;

охранные и пожарные системы;

некоторые инженерные разработки.

Для практических нужд наиболее удобным вариантом часто становится пирометр цифровой с аналоговым выходом. К примеру, PCE IR 10. Следует заметить, что на примере этого устройства можно выделить ещё одну категорию — пирометрическое оборудование, внесённое и не внесённое в государственный реестр РФ. Сам PCE IR 10, увы, в этом списке не числится, что существенно ограничивает его применение в ряде случаев. Что касается термоэлектрических пирометров, то этот вид оборудования основан на эффекте, открытом Т. И. Зеебеком в первой четверти XIX столетия.

Суть в том, что энергия свободных электронов сильно отличается в зависимости от текущей температуры. Когда один из концов проводника прогрет сильнее другого, скорость движения электронов там окажется выше. То, каким образом изготовлен рабочий конец термопары, не влияет на эффективность работы устройства, при условии, что температура во всей поверхности рабочего конца идентична. Слабостью подобного способа измерения является то, что крайне трудно или даже почти невозможно определить реальное сопротивление в проводнике. А оно будет обязательно отличаться от показателей, установленных при градуировке.

Поэтому пирометры с термопарой стараются оснащать высокоомными и имеющими малое электрическое сопротивление компонентами.

Только так можно добиться оптимального результата и хотя бы в какой-то мере компенсировать негативный эффект. Цветовой прибор, иногда именуемый прибором спектрального отношения или (в зарубежных источниках) логометрическим, имеет свои достоинства. Отечественные разработчики однозначно отдают предпочтение соотношению красного и синего цветов. Чтобы измерять яркость монохроматических потоков, применяется единый приёмник сигнала, имеющий общий усиливающий канал.

Объектом измерения у цветового пирометра может быть не только абсолютно чёрное тело, как при использовании других принципов работы. Ещё одним достоинством такой схемы оказывается то, что она почти не подвержена искажениям, вносимым внешними источниками:

изменением расстояний между объектами;

поглотителями волн, оказавшимися между источником и приёмником сигнала.

Суть работы устройства очень проста: оно автоматически замеряет логарифм, описывающий соотношение красных и синих спектральных яркостей. Следующий шаг яркостной прибор делает на основании того установленного физиками факта, что полученный логарифм пропорционально соответствует обратным значениям цветовых температур. Излучение проходит на фотоэлемент или фотосопротивление через оптические компоненты аппарата. В некоторых моделях применяют обтюраторы, вращающиеся благодаря синхронным электродвигателям. Перевод показаний пирометра в градусы по шкале Цельсия осуществляется при помощи градуировочных графиков для каждого поддиапазона.

Но иногда используется немного другой метод — бихроматическая пирометрия. С приёмника излучения снимается 2 сигнала, которые пропорциональны энергетической яркости и длинам волн. Эта методика позволяет отказаться от дополнительных схем и логометров и производить замер фактически напрямую. Цветовые пирометры являются предпочтительным вариантом для мест, где есть стабильное задымление, где собирается много пыли или смотровые стёкла постоянно засоряются. Необходимо понимать при этом, что важный источник погрешностей — нестабильность при работе фотоэлемента — всё равно остаётся, и устранить эту проблему окончательно нельзя.

Отдельного разбора заслуживают профессиональные фотоэлектрические пирометры. Их применяют в высокотемпературных измерениях (когда ориентировочная температура твёрдого тела составляет 600–2000 градусов). Такие устройства являются отличным средством для замера температур в быстро происходящих процессах. Работа происходит следующим образом: фотоэлемент вырабатывает электрический импульс, который пропорционален интенсивности света, попадающего на контакт. Поскольку световой поток пропорционален замеряемой температуре, можно произвести простой расчёт, который показывает необходимую цифру.

Технические параметры

Точность измерения

Основное влияние на качество замеров оказывают:

способность поверхности предмета излучать тепловые волны;

фактическая температура самого тела и окружающих его объектов;

дистанция между прибором и обследуемым предметом.

Излучательный показатель идеально чёрного тела равен единице, а у идеального зеркала сводится к нулю. Учитывая особенности основной части измеряемых объектов, недорогие пирометры настраиваются на значение излучения 0,95. В физических и инженерных справочниках упоминаются усреднённые значения излучательной способности различных тел. К примеру:

отполированный алюминий – 0,05;

отполированная латунь – 0,1;

чистая вода – 0,974;

кварц (без обработки) — 0,9;

круглый лес и доски различного типа, разнообразные пиломатериалы – 0,8-0,9;

покрытые лаком поверхности – 0,9;

бетон различных марок – 0,7-0,85;

красный керамический кирпич – 0,75-0,9;

обожжённая глина – 0,75;

нержавеющая сталь (в зависимости от марки) — 0,2-0,6.

Но надо понимать, что все эти показатели носят только ориентировочный характер. В реальности на них влияют чистота и общее состояние поверхности, качество и химический состав материала, условия измерения и некоторые другие обстоятельства. Поэтому погрешность при использовании пирометров бюджетного класса может колебаться в пределах 3–20%.

Если точность замеров критически важна, поверхность могут даже покрывать особыми лаками, излучательная способность которых заранее задана. Но на характеристики излучения влияет и температура нагретого тела — в диапазоне 300–900 градусов ошибка может отличаться очень существенно.

Кроме того, пирометры бюджетной категории не смогут сколько-нибудь точно определить температуры свыше 500 градусов. В этом случае их показания окажутся крайне далеки от реальных значений. Есть и ещё один фактор — полупроводниковые датчики температуры при прогреве воздуха на 10 градусов теряют 1% точности. И это — если сам прибор высокого класса, полностью исправен и хорошо калиброван. На точность замеров влияет и то, не выходит ли пространство, с которого снимают показания, за пределы обследуемого объекта.

Коэффициент излучения

Этот показатель (он же степень черноты) определяет важнейшее для пирометрических обследований свойство объекта. Данный индекс вычисляют, деля энергию, испускаемую при конкретной температуре объектом, на энергию, испускаемую при той же температуре абсолютно чёрным телом. Он обычно имеет значения от 0,1 до цифр, близких к единице. Нулевое значение и единичный показатель в реальной практике не встречаются. Коэффициент излучения металла определяется степенью окисления поверхности.

Оптическое разрешение

Этот параметр обозначает площадь обследуемого объекта. Важно: в некоторых источниках вместо «оптического разрешения» говорят про «показатель визирования». Расчёт очень прост: определяют соотношение диаметра окружности, испускаемые с которой лучи могут быть зафиксированы пирометром, и дистанции до объекта. При замерах с близкого расстояния оптическое разрешение должно быть 4: 1 или иного небольшого значения. Но уже при работе на удалении в 3–5 м придётся использовать устройства с повышенным разрешением (иначе на результат измерения повлияют посторонние объекты и воздушные массы). Важно: пятно измерения накладывается строго на материал поверхности.

Рабочий диапазон

Этот показатель определяется тем, насколько совершенен основной датчик пирометра. У большинства приборов он составляет от -30 до +360 градусов. В бытовых областях использования этого вполне достаточно. Так, в отопительных и кондиционирующих системах температура всё равно не превышает 110 градусов. Однако для профессионального применения, в промышленности и энергетической сфере особенно, придётся выбирать более совершенную технику.

Источники:

http://dacha.news/pirometr/
http://club.dns-shop.ru/blog/t-256-drugie-instrumentyi/26699-kak-vyibrat-pirometr-2020/
http://instanko.ru/izmereniya/pirometr-eto.html
http://dearhouse.ru/sistemy-otopleniya/pirometr/
http://moiinstrumentu.ru/pirometr-dlja-opredelenija-poter-tepla-v-dome-i-kvartire.html
http://stroy-podskazka.ru/pribory-dlya-izmereniya-faktorov-okruzhayushchej-sredy/pirometry/