2 случая когда термопара выигрывает у пирометра

Когда читаешь описание той или иной категории измерительных приборов, волей-неволей ловишь себя на мысли, что продавец описывает преимущества и сферу применения данной товарной группы строго, не отклоняясь в сторону, что не путать покупателя. Но это и чревато тем, что последний может выбрать не то, что ему нужно !
Вот если к примеру говорить об измерении температуры поверхностей, то здесь выбор инструментов по сути сводится глобально к выбору двух основных подкатегорий – "конкурентов": контактных и бесконтактных.

А следовательно для выбора наиболее подходящего устройства под локальную задачу нужно понимать, что несмотря на радостные реляции по поводу пирометров ("и на расстоянии меряет мгновенно и с высокими температурами справляется на раз !"), в некоторых случаях надо снять розовые очки и обратить свой взгляд на старую добрую, пусть неторопливую, но неизменно точную термопару.
Эти случаи мы и рассмотрим. И немного попытаемся заглянуть в будущее.

Поверхности малой площади

Понятно, что понятие "малой" очень условное и не определенное. И все же мы рискнем обнатить это аморфное определение в цифры. Под малыми мы будем понимать площади, исчисляемые единицами кв.мм. На практике это может быть например микроконтроллер на плате, микросхемный стабилизатор напряжения.

Мы сознательно не упоминаем процессор, поскольку эта штука все-таки большая по меркам радиоэлектроники и для пирометров с высоким оптическим разрешением, то есть способными без труда "уловить" температурное пятно площадью 4-5 см², такая задача не является не разрешимой.
Но в целом это сложное и часто трудно преодолимое препятствие и вобще зачастую не осуществимое. А если речь идет о резисторе ? Или тем более об SMD-конденсаторе или дроссле, для которых нормальным является "блошиный: размер 1*1 мм ? Пирометры поднимают лапки вверх. Им чего-нибудь попроще подавай, а не такую мелюзгу !
Но почему ? Такой вопрос могут задать некоторые наши оптимистичные читатели. Приходится слышать от них.

“Вы много писали о пирометрах и убедили нас, что это уникальный прибор”. Зачем возиться с контактными термометрами, если можно просто выбрать коэффициент излучения, направить на нужное место и нажать на курок !

Так то оно так, да только если не забывать о таком, уже упомянутом нами параметре, как оптическое разрешение и не разрывно связанное с ним пятно визирования и расстояние до объекта. Это ключевое трио, которое нужно знать на зубок всем, кто выбирает себе пирометр. Чем дальше вы удаляетесь с ИК-термометром, тем больше он "захватывает" в свое приемное окошко излучения с предметов, соседствующих с интересующими нас. Продолжая наш радиоэлектронный пример, это будет например излучение из обвязки микрочипа : конденсаторы, диоды, резисторы. А поскольку искусственный интеллект еще не додумались вмонтировать в электронный мозг пирометра (об этом мы еще ниже поговорим), он температурно-(не избирательно) туповат и банально не разумеет, с каких объектов он собирает тепло. Это все равно, что заставить пылесос собирать пыль, но не трогать упавшие на ковер винтики. Засосет в мешок все. 

Послушайте, так вы когда презентовали нам нове модели тепловизоров, нахваливали, что там практически каждый имеет опцию температурных маркеров. То есть на диплее тепловизора мы сможем увидеть самое горячее и самое холодное место на плате.

В точку попали ! Почти. Действительно, современные тепловизоры могут следить и динамически определять например какой радиоэлектронный компонент самый горячий, а значит может быть причиной грядущей аварии. Это шаг вперел по сравнению с пирометрами.
Но и здесь не все так гладно.
А если нам нужен не самый горячий /холодный объект, а скажем нас как раз интересует середнячок. Не самый горячий и не самый холодный. Загнали в угол сами себя ?
Нет ! Тепер после многих написанных слов, пришла пора вспомнить про термометры с термопарой.
Сразу отметим, что в данном контексте мы говорим о термопарах, которые физически представляют собой капельку на конце проводочка. Вот этой-то проволочкой-то и можно аккуратно коснуться интересующего нас компонента.
Только чего ж в голову лезут одни недостатки ? Наверное, чтобы уберечь Вас от грядущих ошибок.

1. Долго ждать. Термопары - инерционные штуки. Для насточивых и терпеливых. Ну ладно еще со временем. Если температура нужна  кров из носу, можно и подождать. Но дежать руку в одном положении, не смещаясь ни на 1 мм, очень сложно. Если не использовать специальные приспособления в виде штативов и держателей.
2. Мерять температуры деталей на плате под напряжением еще тот челлендж. При современном плотном монтаже можно запросто : или закоротить две дорожки и спалить всю плату или если измерять температуру например симистора в регуляторе числа оборотов коллекторного электродвигателя, может банально "бахнуть". И уж точно треш это измерять термопарой нагрев трансформатора или магнетрона в микроволновке. Тут понимать надо, куда (и когда) можно тыкать термопарой, а куда - ни в коем случае.

Если же напряжения нет, то термопары - хорошее решение для предметов/деталей/заготовок малой площади. Пирометры в этом случае очень грубы. Слабо избирательны. Им какую-нибуть болванку подавай или хотя бы объект размером с кирпич, тут они помогут. И своей дистанционной бесконтактностью абсолютно безопасны даже для электротехнических решений. Температуру они покажут, но какую ?

Материалы переменной излучательной способности

Чем еще термопары хороши, как впрочем и их низкотемпературные кухонные братья – пищевые термометры – так это своей "универсальностью". Одинаково успешно измерють хоть сливочное масло, хоть чернозем. Однако растолкуем сей термин. Пиромеры и тепловизоры получают информацию о температуре не неспосредственно, а с помощью "посредника" – инфракрасного излучения. А посредник этот очень уж не надежный и капризный ! Снимайте второй раз розовые очки. Это мы тем, кто уверен: “надо просто надавить на курок”. Нажать-то действительно просто. Да только вот еще до этого нажатия настроить пирометр очень уж непросто !

А что настраивать то ? Коэффициент эмиссии. Не все приборы это позволяют делать и мы будем вести речь только о тех, кто такую опцию имеет.

Но мало еще ее иметь.
Надо еще настроить ее уметь !

И вот здесь кстати термопара сослужит неоценимую вспомогательную службу. Наведет резкость на изначательно температурно-подслеповатые очи пирометра.
Мы однажды задались целью (и это честно перед нашими читателями – пиши о том что знаешь и что можешь сделать сам) подстроить коэффициент эмисии так, что разница температур между контактным и дистанционным методом не превышала 2 %. Почему такая цифра ? Это обычная погрешность инфракрасных пирометров. Выше точности увы достичь не удатся. Это не прецизионная техника.
Как мы это сделали ?

1. Взяли пирометр с регулировкой коэффициента эмиссии и термопару.
2. Установили коэффициент эмисии в произвольное значение.
3. Коснулись термопарой предмета и записали температуру.
4. Увеличили/уменьшили коэффициент эмисии на 0.1. И измерили температуру. Теперь уже пирометром
5. Если расхождение увеличилось, значит двигаемся не в ту степь. И наоборот.

Таким образом удалось достигнуть практически идеальной точности ! То ест пирометр выдал то же значение, как и термпара ! Красота ?
Кстати указанная задача решаетcя гораздо проще и дешевле, если выбрать модели и с термопарой и настройкой коэффициента эмисии. 2 в1 – выгодная и полезная покупка. 
Да, красота. Если в течение ближайших часов/дней вы будет измерять только один материал, на котором мы "натренировали" пирометр посредством термопары.

Тем, кто смотрел известный боевик Терминатор-2, конечно же запомнился Терминатор Т-1000 из жидкой ртути, который мог принимать разный облик. Вот на этом примере хорошо объяснять, как пирометр бы второй раз поднял бы лапки вверх, потому что если бы его настроили термопарой на излучательную способность ртути, то как только бы Терминатор из жидко-ртутного монстра материлизовался бы в офицера полиции, пирометр бы продолжал беззаботно "верить", что измеряет температуру ртути, а не ткани мундира блюстителя американского правопорядка.

Верим,  что исскусственный интеллект доберется вскоре и до измерительной техники и пирометры смогут сами определять, какой предмет перед ними и подстраивать под него коэффициент эмиссии !

Вот это будет не шаг, а просто огромный рывок вперед. И тогда уйдут в прошлое веб-архива таблицы – динозавры на нескольких страницах с коэффициентами эмиссии, которые надо было вручную вводить в память пирометра… Да не просто вводить, а подбирать. Не слишком ли архаично для 2025 года ?

Отрасль измерительных пртборв достаточно консервативна и не претерпела значимызх радикальныз изменений за последнее десятилетие. Кроме разве что цветных дисплеев. Но это болше косметические маркетинговые изменения. В отличие от тех же смартфонов, которые устаревают уже за полгода-год.
Да, наши предложения по поводу самонастраивающихся пирометров кажутся фантастикой. Но ведь кто то должен же делать смелые прогнозы ? Не буздумно-некомпетентно, а на основании своей экспертизы. Тем более, что задача классификации уже решаетcя нейронными сетями уже сейчас на раз-два-три. Достаточно привести пример распознавания лиц.
Однако мы отошли от темы. Терминатор-2 Т-1000 – пример показательный, но все-таки киношно-фантастический.
А вот металлургия – отрасль вполне земная.
Расплавленный металл  (скромный ли то трудяга-чугун или благородно-изнеженное золото) плавающий в чане это одно дело, а разлитый по формам и охлажденный в слитках – другое. А вот отслужившее своей век и проржавевшее железо – и вовсе третье.
Один и тот же металл в зависимости от агрегатного (жидкое, твердое) состояния, примесей, окислов на поверхности, шероховатости меняет свою отражающую способность в разы !
В чем проблема ? Да в том, что если положить рядом:

• свежевыплавленную сталь;
• окисленную;
• отполированную;
• окрашенную.

И если при этом каждый образец будет иметь одну и ту же температуру, что проверяется термопарой (это как ни крути но эталон !), пирометр выдаст разные значения !

Почему ? Потому что мощность исходящего инфракрасного излучения будет разной. Один образец лучше отражает, другой поглощает.
Пирометр же пребывает в полном неведении этого факта … Он работает с той информацией, которую ему дают.
Еще раз держим кулаки за скорейшее "поумнение" пирометров ! О чем мы писали немножко выше по тексту. Ну и тепловизоров за одно с ними.
Так вот пример с металлами это и есть проблема переменной излучательной способности. И вот термпара, поскольку не использует посредников (в виде ИК-лучей), а просто берет и касается, она будет показывать всегда достоверную информацию. Пирометры же увы нет…

P.S. Первая часть "Терминатора" вышла в 1984 году. И режиссер Джеймс Кемерон ждал с тех пор более пяти лет, пока будут разработаны технологии компьютерной анимации, позволяющие воплотить его новаторские идеи в крутой кинопродукт, который стал культовым. Техника не поспевала ! И вторая часть увидела свет только в 1991 году. Давайте же верить в то, что так будет и с пирометрами. И вскоре нам не придется никогда больше писать статьи  на тему “как подстроить коэффициент эмиссии пирометра по данным термопары”. А о чем же писать тогда ? Давайте помечтаем.

1. Представьте, что в категорию товаров добавится новый фильтр при выборре пирометров “наличие ИИ” (ИИ-искусственный интеллект) наряду с привычными: диапазон температуры, оптическое разрешние и т.д.
2. А фильтр “с подстройкой коэффициента эмисии” наоборот исчезнет как устарвший рудимент.

А писать мы будем на тему, пирометры какого бренда быстрее и точнее САМИ подстраиваются под излучательную способность объектов. Заманчиво ?! А мы верим в это и ждем.