+38 (044) 599-10-11 +38 (097) 559-01-01 +38 (095) 559-01-01
Пн–Пт: 09:00–17:00,
Заказ товаров:
По телефону ежедневно
с 9:00 до 19:00
На сайте круглосуточно
Популярные посты
Инфракрасный градусник - скоростной пирометр для измерения температуры тела
Градусник инфракрасный для взрослых и особенно детей, сокращает время на измерение температуры тела в десятки раз при точности, соизмеримой с ртутным ...
05 Января 2016 3352
Как измерить кислотность почвы - ph земли
О том как измерить кислотность почвы, о водородном показателе пш, о преимуществах и недостатках методов определения PH земли, читайте в нашей статье...
29 Февраля 2016 3327
Какой термометр бесконтактный выбрать для Ваших нужд
Температурный показатель – один из тех параметров, которые встречаются практически на каждом производстве. Это могут быть пищевая и легкая промы...
24 Декабря 2015 3291

Монохроматический пирометр гарантирует точное измерение температуры

Точное измерение температуры в производственных условиях требует наличия специализированных пирометров, в особенности, если необходимо провести измерение высоких температур с нижней границей в несколько сотен градусов.
Контактное измерение высоких температур не всегда приемлемо, в первую очередь из-за не безопасности для производственного персонала. Вторая причина – измерение температуры раскаленных до 1000-3000 градусов заготовок термопарой достаточно сложный и дорогой метод.
Бесконтактные измерения температуры традиционно ассоциируются с применением инфракрасных термометров, но серьезные ограничения, связанные с подбором коэффициента излучения, влиянием среды между ИК линзой и исследуемым предметом, не всегда позволяет провести точное измерение температуры, от чего зависит соответствие стандартам готовой продукции, конкурентоспособность на рынке и финансовый результат компании.
Яркостный или оптический пирометр, реализует совсем другой принцип измерения температуры. Подобный термометр бесконтактный еще называется пирометр с исчезающей нитью. Несмотря на столь “волшебное” название, оригинальное измерение высоких температур базируется на простых и понятных принципах, связанных с зависимостью яркости от температуры.

Яркостный принцип измерения температуры

Приведем две аналогии. Если взять плоскогубцами металлический гвоздь и начать нагревать в пламени горелки, ближайшая к огню часть постепенно с нагревом становится сначала оранжевой, потом желтой, и белой.

Принцип измерения температуры - сравнение яркостей

Также и солнечная поверхность не однородна и солнечные пятна, более темные отличаются пониженной температурой, соответственно светлые – более горячие.

  1. Первый вывод – чем ярче светит нагретый объект, тем выше его температура. Наряду с возрастающей яркостью, растет и уровень ИК излучения, воспринимаемый инфракрасным термометром.
  2. Второй вывод – подобный принцип измерения температуры начинает работать приблизительно с 500°С. При более низком показателе, тело просто не светится в видимом глазом оптическом интервале.

Это наиболее важное ограничение яркостного пирометра, хотя таковым его можно считать весьма условно. Просто сфера действия дистанционного термометра более узкая, он полноправный хозяин в “высокотемпературной” области, зато для  измерения температуры начиная даже с минусового диапазона выгодно купить пирометр - инфракрасный бесконтактный термометр, поскольку ИК излучение испускается телом в идеале начиная с показателя выше температуры абсолютного нуля, когда начинается тепловое движение.
Рассмотрим измерение высоких температуры яркостным бесконтактным термометром на примере уже отмеченного нами разогретого гвоздя. Сам показатель яркости не может помочь провести точное измерение температуры. Максимум, чем мы можем оперировать: оценочными понятиями – ”светлее - горячее”,  ”темнее -холоднее”. Если в быту этим можно и ограничиться, то на производстве необходимо абсолютно точно знать, на сколько градусов нагрет металлический слиток, произведенный при непрерывной разливке заготовок или твердосплавная напайка на токарном резце при термообработке.
Вывод 3. Необходимо плавно или дискретно, но главное - точно менять градации яркости.
Вывод 4. После получения набора градаций яркости потребуется шкала для перевода значений в градусы.
Чтобы сделать следующий шаг к пониманию принципа измерения температуры методом сравнения яркостей, заметим, что нагрев можно осуществлять не только открытым огнем, но и электрическим током, сила которого будет соответствовать яркости.

Измерение высоких температур

Монохроматический или одноцветный бесконтактный пирометр сравнивает яркости двух тел:

  • измеряемого объекта;
  • эталонного источника света.

В качестве эталона выступает нить, знакомая нам по лампе накаливания. Следует отметить, что оптические пирометры появились раньше инфракрасных, и успешно выдержали конкуренцию на протяжении десятилетий. Их стихия - измерение высоких температур. Постепенно с ростом уровня технологий угольная нить сменилась на вольфрамовую, но принцип измерения температуры остался неизменным.
Яркость нити зависит от силы пропускаемого тока, что легко наблюдать на светильниках с регулятором. При минимально подаваемом напряжении нить еле светится, и цвет смещается в оранжевую часть спектра.
Следовательно, ничто не мешает сделать прототип примитивного яркостного пирометра прямо в домашних условиях каждому, кто хоть немного знаком с радиоэлектроникой. Впрочем, даже этого не нужно, если уметь подсоединить два проводка, иметь в наличии амперметр и строго соблюдать правила техники безопасности.
Включив амперметр в разрыв провода, питающего лампу и вращая регулятор яркости светильника, можно последовательно фиксировать значение тока и показатель яркости. Проблема в том, что нашего словарного запаса не хватит, чтобы описать хотя бы десяток градаций, а нужно как минимум несколько сотен или даже тысяч, если мы хотим проводить точное измерение температуры с дискретностью до 1-го градуса.
Такие псевдо оптические пирометры помогут понять, как провести измерение высоких температур, но не пригодны для практического применения по следующим причинам.

  1. Мы нашли зависимость между яркостью и силой тока, но не сделали следующий, логичный шаг к установлению однозначной связи каждого значения яркости и температуры.
  2. Замерять яркость самой нити бессмысленно, ведь нужны данные температуры любого произвольного объекта, а не самой лампы. Раскаленная нить - всего лишь инструмент для сравнительного анализа.

Кстати, если вспомнить нагрев гвоздя в пламени горящего газа, при желании тоже можно установить зависимость между углом поворота рукоятки, увеличивающей количество подаваемого газа и яркостью и зафиксировать данные в таблице. Разумеется, расстояние между нагреваемым гвоздем и пламенем должно оставаться неизменным. В противном случае придется учитывать еще и расстояние, что усложнит построение зависимостей.
Промышленный оптический пирометр, называемый кроме яркостного еще и визуальным, поставляется для  эксплуатации уже отградуированным с установленным соответствием между силой тока, протекающего через нить, яркостью и температурой.

Точное измерение температуры - как "исчезает" нить

Теперь рассмотрим как технически организовано измерение высоких температур яркостным дистанционным термометром, и разберемся каким образом “пропадает” накальная нить.

Принцип измерения температуры яркостным методом

Глаз получает визуальную информацию о яркости через объектив, фокусирующий изображение нити накаливания на фоне светового пятна от нагретого объекта. Светофильтр служит для сужения спектра воспринимаемого сигнала и уменьшения интенсивности, чтобы не повредить органы зрения. Плавно меняя реостатом силу тока, через нить накаливания, визуально контролируя, добиваемся, чтобы цвет нити накаливания сравнялся с цветом выбранной для бесконтактных измерений части поверхности предмета. Предположим, что проводится измерение высоких температур плоскости раскаленной металлической заготовки, наблюдаемой как белое пятно. При слабой силе тока, нить светится красным цветом (рис.1). По мере увеличения тока, нить постепенно раскаляется до белого цвета и становится не видимой на белом опять же фоне (рис. 2). Вот откуда берется выражение бесконтактный пирометр “с исчезающей нитью”. На самом деле она никуда не исчезает и появится вновь после уменьшения силы тока. Но ценность яркостного пирометра состоит как раз в исчезновении, в этот момент и производится точное измерение температуры. Если это произошло, дальнейший пересчет вопрос чисто технический по показаниям встроенного в цепь питания лампы миллиамперметра. Последний измерительный прибор может быть непосредственно отградуирован в градусах Цельсия/Фаренгейта.

Измерение высоких температур пирометром с исчезающей нитью 

Отметим важное преимущество яркостного пирометра, в отличие от бесконтактного инфракрасного термометра – в разы сниженное влияние помех, связанных с неверно настроенным коэффициентом увеличения, влияние температуры окружающей среды, включая воздух и рядом расположенных предметы, и в особенности среды между инфракрасным датчиком и исследуемым объектом.
В производственных условиях присутствует загрязнение пылевыми частицами, образующимися газами и водяным паром. Каждый из этих факторов вносит погрешность в измерение температуры, поглощая тепловое излучение.
Приведем пример. Если между измеряемой поверхностью и двумя бесконтактными термометрами поместить, например прозрачное стекло, поток ИК теплового излучения к инфракрасному пирометру прервется и провести точное измерение температуры не получится, а вот для яркостного прибора это не преграда – свет по прежнему будет проникать через стекло и измерение высоких температур можно продолжать.
Так что яркостный принцип измерения температуры более помехоустойчивый.
Именно по этому точное измерение высокой температуры, основанное на визуальном сравнении яркостей, идеально подходит для промышленного применения на заводах, в металлургических и машиностроительных цехах, а яркостные дистанционные термометры устойчиво занимают свою нишу.
Еще раз напомним особенность и одну из отличий монохроматического бесконтактного термометра от радиационного – нижний предел температур составляет не менее 500°С, а зачастую 800 °С. При более низких цифрах, тусклый свет не позволит непосредственно проводить визуальное наблюдение и измерение не высоких температур. Уже по одной этой причине понятно, что оптические пирометры востребованы преимущественно в заводских цехах – в быту такие температуры скорее исключение из правил.

Как градуируется яркостный бесконтактный пирометр, чтобы обеспечить точное измерение температуры ?

Для этого необходим эталон в виде черного тела. Производя замеры нагретой поверхности через заданный интервал, например в 1 градус путем контактного метода, сопоставляется сила тока в амперметре.
Для расчета тока в промежуточных точках, применяется метод интерполяции. Таким образом после градуировки составляется таблица значений, по которым можно построить кривую измерения высокой температуры.

Монохроматические пирометры – плюсы и минусы

Что не отнять у инфракрасного бесконтактного термометра, так это скорость измерения температуры – от включения и нажатия на курок до результата на дисплея проходит всего несколько секунд.

  1. Изучив выше принцип измерения температуры при помощи визуального сравнения яркостей двух нагретых тел, нет сомнений в том, что затраты времени на точное измерение температуры путем подстройки регулятора тока в разы или даже в десятки раз больше. Это первый минус.
  2. Второй заключается в повышенных затратах энергии для разогрева лампочки накаливания. Одно дело питать батарейкой “Крона” термометр инфракрасный бесконтактный с мизерным потреблением электричества, другое – раскалять нить. Не обойтись без аккумулятора или яркостный пирометр должен быть стационарным и питаться от бытовой электросети. Впрочем, в промышленных условиях пирометры бесконтактные встраиваются в конвейер, место расположения не меняется и можно протянуть электрический кабель. Точное измерение температуры важнее портативности и даже счетов за электричество.
  3. Третий минус состоит в особенностях зрения конкретного человека. С этим обычно проблем не возникает и человеческий глаз способен очень точно различать малейшие градации яркости между нитью и фоном исследуемого объекта. Во всяком случае, наших способностей хватает, чтобы обеспечить минимальную погрешность, допустимую технологическим процессом. Другой вопрос, если в окуляр будет смотреть специалист с нарушениями в цветовом зрении – например страдающий дальтонизмом. Но такое развитие, скорее исключение из правил и яркостный принцип измерения высоких температур должен базироваться на медицинском допуске персонала.

Каждый из трех минусов с лихвой компенсируется тремя важнейшими плюсами:

  • точное измерение температуры;
  • помехоустойчивое измерение высоких температур;
  • принцип измерения температуры без подстройки коэффициента эмиссии.

15 Октября 2016 664 0
Оставить отзыв
Поставьте оценку
Код защиты:
captcha
Ваш ответ
Код защиты:
captcha
Ваш комментарий будет опубликован после модерации администратором
Похожие посты
Фильтр
Найдено 5 
Подтвердите
Для того, что бы добавить товар в список желаний, Вам нужно