Щоб вимірювання пірометром були достовірними

Бажаєте скористатися строгим, з вивіреними формами і схожим на пістолет інфрачервоним пірометром, який на вигляд здається простим в експлуатації і в принципі так і є, якщо знати кілька тонкощів безконтактного вимірювання температури.
Це тільки в уже призабутому хіті групи «Технологія» все просто: “натисни на кнопку – і отримаєш результат”.

В ідеалі, так і є, показання ми отримаємо, але які?
Навіть найпростіший ртутний або спиртової градусник і той вимагає елементарного алгоритму «налаштування» - трохи його струсіть, забезпечте щільний контакт з тілом і можна проводити вимірювання температури.
Дистанційне вимірювання температури для ряду технологічних процесів вже нагальна потреба і навіть де факто стандарт і вимірювання потужності теплового випромінювання вимагає врахування технологічних особливостей.

Як зробити щоб пірометр показував достовірний результат

Ось яскраві приклади, коли від точності показань залежить життєдіяльність населення, безпека технологічних процесів і якість виробленої продукції:

1. Контроль теплотрас і пошук місць поривів.
2. Виявлення перегріву в розетках і електричних кабелях.
3. Відстеження температурних режимів в металургії.

З гордістю розглядаєте новий пірометр від перевірених брендів і бачите в технічному паспорті солідну характеристику: «відхилення ±1%» ?

Така незначна похибка – норма для професійних пірометрів, правда справедливості заради треба сказати, що на них і ціна може бути вище в 2-3 і більше разів, ніж для недорогих побутових.
Але візьмемо за основу приведену цифру точності ±1%.
Завод – виробник не лукавить. Тим більше якщо бренд розкручений і відомий якістю, що однозначно підтверджує повірка.
Але … Ідеальний вимір температури на відстані може бути гарантований в кращому випадку в дослідницькій лабораторії з стандартними параметрами мікроклімату, відомою формою і покриттям поверхні об'єкта, вивіреною до міліметрів відстані.
В реальності заявлена ​​похибка дистанційного вимірювача температури в 1% швидко зростає, формуючись в значно більше відхилення.

Враховуємо коефіцієнт випромінювання поверхні

Уявіть собі, що Ви зварюєте листи металу. Щоб забезпечити якісне нерозривне з'єднання, зварювальник ретельно зачистить (можливо до блиску) кромки листів.

Сварка піде «як по маслу».
Періодичний контроль зварювального шва вимагає візуального огляду - звичайно після охолодження листів.
Направляєте на об'єкт зварювання, для перевірки температури, "дуло" пірометра, і заспокоївшись, що температура низька, впевнено торкаєтеся (сподіваємося в захисних рукавичках) листа та спостерігаєте, як тканина рукавиць починається диміти …
Зачищені листи в ході зварювання покриваються окалиною, окислюються і в цілому темніють.
«Погляд» може потрапити як на блискучу поверхню, так і покриту сажею.
І в одному випадку, буде показано 100°C, а в іншому - 200°C.
Якщо ж проводити безконтактне вимірювання температури здалеку, в поле зору оптичної лінзи можуть потрапити і зачищені і окислені поверхні і більш того – інфрачервоне випромінювання від сторонніх предметів і на дисплеї буде температурна «каша».

Кращий варіант - використовувати термопару як температурний еталон або задовольнитись послугами пірометрів з зовнішнім датчиком температури, який уже входять в комплект, ціна на подібний інфрачервоний вимірювач температури 2в1 буде менше.

Калібрування

Що робити, якщо у Вас простенький недорогий апарат без підстроювання коефіцієнта емісії, що не дозволить враховувати різницю в випромінюванні покриття поверхні ?

Нехай не найкраще, але рішення є! Правда без температурного датчика не обійтися.

Виконуємо вимірювання температури двома способами - дистанційним і торканням при послідовному збільшенні температури і заносимо дані в таблицю.

Різниця в даних може відчутною і пояснюється:

• по-перше, відбивною здатністю поверхні предметів, що розрізняється в десятки разів;
• по-друге, неможливістю підлаштовується шляхом зміни коефіцієнта емісії.

Мова звичайно йде про моделі без опції підстроювання.

Припустимо, що показання завищені на 25°C у всьому діапазоні вимірювання.

Найпростіший варіант, коли залежність є лінійною, як у нашому випадку і поправка завжди складе одну і ту ж величину 25°C. Тоді якщо дані пірометра складають 135° C, ми можемо “передбачити”, що реальна температура, складе 110°C.

Якщо ж залежність носить не лінійний характер, тоді поправка для кожного виміряного значення буде різною і доведеться кожного разу звертатися до таблиці.
Тоді виникає інше питання. З яким кроком робити калібрування? У нас в таблиці приклад більше теоретичний - крок в 10°C безумовно, занадто завеликий. Бажано звичайно, робити контрольні заміри як мінімум через 1°C, але якщо говорить строго, то з кроком, що не перевищує паспортну похибки.
Не все так просто. Наведені залежності і поправочні коефіцієнти температури справедливі тільки для одного виду поверхні.
Наприклад для не окисленої мідної пластини. Як тільки мідь потемніє під дією кисню, доведеться заново переміряти, складати нову таблицю і розраховувати поправки.
Не зовсім зручний метод вимірювання температури найпростішим, і як правило дешевим приладои.
Якось по-кустарному. Але в принципі працює.

Хоча на цьому прикладі чітко видно, що є сенс, трохи доплативши, залишити свій погляд на пірометрі, з налаштуванням під змінний коефіцієнт випромінювання поверхні, тим більше що ціна може вирости всього на 20-25%.
До речі описаний нами процес калібрування - це "останній шанс" для приладів, які не пройшли повірку і за цю послугу компанії, що спеціалізуються на метрології, беруть немалі гроші.
Так звичайно у них в наявності прецизійне вимірювальне обладнання, зокрема штучне чорне тіло, але при бажанні найпростіше калібрування реально зробити і самостійно.

Точність залежить від відстані

При видаленні від досліджуваної поверхні, навіть при незмінній температурі, показання на дисплеї, можуть серйозно варіюватися.
Невже таке можливо і чи реально зменшити похибку?
Вірніше питання потрібно ставити так – на якій відстані від об'єкта пірометри представлять нам найбільш достовірні цифри ?

Важлива процедура повірки служить для підтвердження заводської, паспортної точності.

Для цього використовується штучно створений аналог «чорного тіла» з коефіцієнтом випромінювання майже рівним одиниці.

Метрологічна процедура проводиться на певній відстані, на якому досягається мінімальна похибка.

В реальності кут (точніше просторовий конус) не ідеальний і сфера «захоплення» інфрачервоного випромінювання набуває настільки складну об'ємну геометричну форму, що описати її математичними методами не представляється можливим.

Повністю усунути погрішність, викликану цим явищем, не реально, але ось звести її до мінімуму можна емпіричним шляхом.

Алгоритм знаходження достовірної відстані досить простий.

У 2010 році на міжнародній космічній станції (МКС) космонавти проводили дистанційне вимірювання температури, фактично життєво важливий з точки забезпечення безпеки експеримент - шукали умовний витік кисню у відкритий космос. У місці гіпотетичного мікроскопічного отвору, температура корпусу станції знижена, і невелике відхилення можна виявити.
Як бачимо навіть в космосі знадобився пристрій для вимірювання потужності теплового випромінювання, зі своїми тонкощями і секретами.
У нас, на Землі все набагато простіше. Є час і апробовані методики по точній настройці, а грамотний облік ключових факторів, що дозволяють підвищити точність прилада, виправдає сам метод в очах закоренілих скептиків.