Если пирометр показывает не точно

Чем более продвинутый инфракрасный термометр с точки зрения качества изготовления, раскрученности на рынке измерительного оборудования торговой марки, что определяется положительной реакцией пользователей при эксплуатации, тем меньше вероятность брака и ошибок при измерениях температуры бесконтактным методом.

И сегодня мы рассмотрим погрешности, которые вызывают метрологические ошибки, из-за чего пирометры не могут пройти поверку и не гарантируют своему владельцу достоверный результат.

Отклонения складываются из ряда составляющих:

• материал, качество изготовления и монтажа фокусирующей линзы;
• точность измерения термоэлектрического преобразователя;
• ошибка АЦП при пересчете аналогового сигнала в цифровую форму.

Оптические ошибки

Первое, с чем "сталкивается" инфракрасное излучение, это фокусирующее оптическое стекло. И при малейших дефектах, даже если электроника сработает на “пятерочку”, уложиться в заданную погрешность не удастся.

Тепловой поток по физической природе представляет собой то же электромагнитное излучение, как и видимый свет, а значит, подчиняется тем же законам распространения волн.
В связи с этим возникает интересный вопрос. Если законы для ЭМ волн едины, то оптические приборы, увеличивают и фокусируют только видимый свет или через линзы проникают и тепловые лучи ?

Правила едины и инфракрасное излучение точно также фокусируется. Вопрос в том, что наши глаза его не видят, но это не значит, что оптика не способна их воспринимать. А раз внутри пирометра встроена линза, то не исключены оптические искажения из-за дефектности производства.

1. Сферическая аберрация

   Заключается в том, что лучи, прошедшие через плоскость линзы, преломляются под разным углом.

   

   Ближние к краю, преломляются под большим углом, или на более ближнем расстоянии, чем вблизи оптической оси.
   
   ⚡ Поэтому поток не собирается в фокусе и “размывается”.

   В результате пирометр “думает”, что тепловой поток слабее, чем в реальности и значение на дисплее, будет занижено.

   Если допущен брак при выпуске партии, что подтверждается при поверке, сферическая аберрация устраняется на заводе путем замены линз с использованием стекла с корректным показателем преломления.

2. Хроматическая аберрация

   Определяется функцией зависимости показателя преломления от длины волны, что также влияет на "размытие" фокуса.

   

   
   ⚡ Коротковолновые лучи преломляются больше и имеют более короткое фокусное расстояние, чем длинноволновые.
   
   Хроматическая аберрация должна выявляться на этапе контроля качества на заводе и устраняется путем замены линзы с оптическим стеклом, обладающим коэффициентом преломления, не зависящим от длины волны.
   Учитывая, что пирометры, представленные в продаже в интернет-магазинах измерительных приборов Украины, рассчитаны на участок волн инфракрасного излучения в пределах от 8 до 14 мкм, волны в этом же диапазоне должны одинаково преломляться и собираться в фокусе.
   Стекло необходимо выбирать так, чтобы взаимно компенсировать хроматические аберрации для электромагнитного излучения различной длины.
   
   Другим фактором точности является количество ИК-излучения, проходящего через линзу к термоэлектрическому датчику, которое возрастает с увеличением площади.
   Чем более интенсивный поток, тем лучше температурное разрешение, и меньшее влияние теплового шума самого прибора.
   
   Особенно важен увеличенный диаметр линзы для передачи достаточного количества энергии при:

   • измерении низких температурах;
   • малых объектах;
   • больших расстояниях до предмета исследования.

   Но обратной стороной медали является то, что сферическая аберрация линзы увеличивается с диаметром.
   
   В результате наблюдается в чем-то противоречивая зависимость между размерами, диаметром линзы, точностью и стоимостью.

   Чем больше апертура, тем более высококачественное оптическое стекло должно использоваться в процессе производства, и тем выше устанавливается цена, по которой можно купить пирометр из-за затрат на комплектующие

   Дистанционные термометры небольших габаритов "собирают" меньше теплового излучения, но и ниже эффект сферической аберрации

   Увеличить в ограниченных пределах входной поток излучения можно за счет использования более дорогих линз.

   Зачастую бюджетные, безбрендовые бесконтактные приборы оснащаются дешевыми, спрессованными из пластика линзами без качественной обработки поверхности и нанесенного покрытия, что также влияет на точность.

   

   Совсем другое дело высококачественный стеклянный объектив и специальное антибликовое покрытие.
   Линзы небольшого размера из низкокачественного материала в свою очередь влияют на оптическое разрешение, передавая слабый сигнал. Приходиться приближаться к объекту, или сам объект должен быть большего размера, что снижает эффективность от дистанционного метода измерения температуры. Нивелируется сам принцип пирометрии, чтобы замеры были безопасными и на расстоянии.

3. Неверное установленное фокусное расстояние.

   Даже при идеальной высококачественной линзе, если датчик – преобразователь температуры в электрический сигнал смещен от фокуса, на него опять же попадет ослабленный тепловой поток, и значение температуры будет занижено.
   
   Поверку такой пирометр не пройдет, а вот калибровку вполне может.
   
   Это может быть решением, если во всем диапазоне в нескольких контрольных точках, рассчитать поправки (положительные или отрицательные).

   С финансовой точки зрения, разница в качестве и цене в меньшей степени зависят от электронных цифровых схем, а в наибольшей степени определяются свойствами оптической системы.