Опубликовано

Бесконтактный термометр пирометр

Содержание

История изобретения

Изобретателем термометра принято считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но его ученики, Нелли и Вивиани, засвидетельствовали, что уже в 1597 году он сделал нечто вроде термобароскопа (термоскоп). Галилей изучал в это время работы Герона Александрийского, у которого уже описано подобное приспособление, но не для измерения степеней тепла, а для поднятия воды при помощи нагревания. Термоскоп представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной к нему стеклянной трубкой . Шарик слегка нагревали и конец трубки опускали в сосуд с водой. Через некоторое время воздух в шарике охлаждался, его давление уменьшалось и вода под действием атмосферного давления поднималась в трубке вверх на некоторую высоту. В дальнейшем при потеплении давление воздуха в шарике увеличивалось и уровень воды в трубке понижался при охлаждении же вода в ней поднималась. При помощи термоскопа можно было судить только об изменении степени нагретости тела: числовых значений температуры он не показывал, так как не имел шкалы. Кроме того, уровень воды в трубке зависел не только от температуры, но и от атмосферного давления. В 1657 г. термоскоп Галилея был усовершенствован флорентийскими учеными. Они снабдили прибор шкалой из бусин и откачали воздух из резервуара (шарика) и трубки. Это позволило не только качественно, но и количественно сравнивать температуры тел. Впоследствии термоскоп был изменен: его перевернули шариком вниз, а в трубку вместо воды налили бренди и удалили сосуд. Действие этого прибора основывалось на расширении тел, в качестве «постоянных» точек брали температуры наиболее жаркого летнего и наиболее холодного зимнего дня.

Изобретение термометра также приписывают лорду Бэкону, Роберту Фладду, Санториусу, Скарпи, Корнелиусу Дреббелю, Порте и Саломону де Коссу, писавшим позднее и частью имевшим личные отношения с Галилеем. Все эти термометры были воздушные и состояли из сосуда с трубкой, содержащего воздух, отделённый от атмосферы столбиком воды, они изменяли свои показания и от изменения температуры, и от изменения атмосферного давления.

Термометры с жидкостью описаны в первый раз в 1667 г. «Saggi di naturale esperienze fatte nell’Accademia del Cimento», где о них говорится как о предметах, давно изготовляемых искусными ремесленниками, которых называют «Confia», разогревающими стекло на раздуваемом огне лампы и выделывающими из него удивительные и очень нежные изделия. Сначала эти термометры наполняли водой, но они лопались, когда она замерзала; употреблять для этого винный спирт начали в 1654 году по мысли великого герцога тосканского Фердинанда II. Флорентийские термометры не только изображены в «Saggi», но сохранились в нескольких экземплярах до нашего времени в Галилеевском музее, во Флоренции; их приготовление описывается подробно.

Сначала мастер должен был сделать деления на трубке, соображаясь с её относительными размерами и размерами шарика: деления наносились расплавленной эмалью на разогретую на лампе трубку, каждое десятое обозначалось белой точкою, а другие чёрными. Обыкновенно делали 50 делений таким образом, чтобы при таянии снега спирт не опускался ниже 10, а на солнце не поднимался выше 40. Хорошие мастера делали такие термометры настолько удачно, что все они показывали одно и то же значение температуры при одинаковых условиях, однако такого не удавалось достигнуть, если трубку разделяли на 100 или 300 частей, чтобы получить большую точность. Наполняли термометры посредством подогревания шарика и опускания конца трубки в спирт, заканчивали наполнение при помощи стеклянной воронки с тонко оттянутым концом, свободно входившим в довольно широкую трубку. После регулирования количества жидкости, отверстие трубки запечатывали сургучом, называемым «герметическим». Из этого ясно, что эти термометры были большими и могли служить для определения температуры воздуха, но были ещё неудобны для других, более разнообразных опытов, и градусы разных термометров были не сравнимы между собою.

В 1703 г. Амонтон (Guillaume Amontons) в Париже усовершенствовал воздушный термометр, измеряя не расширение, а увеличение упругости воздуха, приведённого к одному и тому же объёму при разных температурах подливанием ртути в открытое колено; барометрическое давление и его изменения при этом принимались во внимание. Нулём такой шкалы должна была служить «та значительная степень холода», при которой воздух теряет всю свою упругость (то есть современный абсолютный нуль), а второй постоянной точкой — температура кипения воды. Влияние атмосферного давления на температуру кипения ещё не было известно Амонтону, а воздух в его термометре не был освобождён от водяных газов; поэтому из его данных абсолютный нуль получается при −239,5° по шкале Цельсия. Другой воздушный термометр Амонтона, выполненный очень несовершенно, был независим от изменений атмосферного давления: он представлял сифонный барометр, открытое колено которого было продолжено кверху, снизу наполнено крепким раствором поташа, сверху нефтью и оканчивалось запаянным резервуаром с воздухом.

Современную форму термометру придал Фаренгейт и описал свой способ приготовления в 1723 г. Первоначально он тоже наполнял свои трубки спиртом и лишь под конец перешёл к ртути. Нуль своей шкалы он поставил при температуре смеси снега с нашатырём или поваренной солью, при температуре «начала замерзания воды» он показывал 32°, а температура тела здорового человека во рту или под мышкой была эквивалентна 96°. Впоследствии он нашёл, что вода кипит при 212° и эта температура была всегда одна и та же при том же состоянии барометра. Сохранившиеся экземпляры термометров Фаренгейта отличаются тщательностью исполнения.

Окончательно установил обе постоянные точки, тающего льда и кипящей воды, шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий в 1742 г. Но первоначально он ставил 0° при точке кипения, а 100° при точке замерзания. В своей работе Цельсий «Observations of two persistent degrees on a thermometer» рассказал о своих экспериментах, показывающих, что температура плавления льда (100°) не зависит от давления. Он также определил с удивительной точностью, как температура кипения воды варьировалась в зависимости от атмосферного давления. Он предположил, что отметку 0 (точку кипения воды) можно откалибровать, зная на каком уровне относительно моря находится термометр.

Позже, уже после смерти Цельсия, его современники и соотечественники ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер использовали эту шкалу в перевёрнутом виде (за 0° стали принимать температуру плавления льда, а за 100° — кипения воды). В таком виде шкала оказалась очень удобной, получила широкое распространение и используется до нашего времени.

По одним сведениям, Цельсий сам перевернул свою шкалу по совету Штремера. По другим сведениям, шкалу перевернул Карл Линней в 1745 году. А по третьим — шкалу перевернул преемник Цельсия М.Штремер и в XVIII веке такой термометр был широко распространён под именем «шведский термометр», а в самой Швеции — под именем Штремера, но известнейший шведский химик Иоганн Якоб в своем труде «Руководства по химии» по ошибке назвал шкалу М. Штремера цельсиевой шкалой и с тех пор стоградусная шкала стала носить имя Андерса Цельсия.

Работы Реомюра в 1736 г. хотя и повели к установлению 80° шкалы, но были скорее шагом назад против того, что сделал уже Фаренгейт: термометр Реомюра был громадный, неудобный в употреблении, а его способ разделения на градусы был неточным и неудобным.

После Фаренгейта и Реомюра дело изготовления термометров попало в руки ремесленников, так как термометры стали предметом торговли.

В 1848 г. английский физик Вильям Томсон (лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур, нуль которой не зависит от свойств воды или вещества, заполняющего термометр. Точкой отсчета в «шкале Кельвина» послужило значение абсолютного нуля: −273,15° С. При этой температуре прекращается тепловое движение молекул. Следовательно, становится невозможным дальнейшее охлаждение тел.

Электронные термометры

Уличный электронный термометр

Принцип работы электронных термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды.

Электронные термометры более широкого диапазона основаны на термопарах (контакт между металлами с разной электроотрицательностью создаёт контактную разность потенциалов, зависящую от температуры).

Домашняя метеостанция

Наиболее точными и стабильными во времени являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику. Наибольшее распространение получили PT100 (сопротивление при 0 °C — 100Ω) PT1000 (сопротивление при 0 °C — 1000Ω) (IEC751). Зависимость от температуры почти линейна и подчиняется квадратичному закону при положительной температуре и уравнению 4 степени при отрицательных (соответствующие константы весьма малы, и в первом приближении эту зависимость можно считать линейной). Температурный диапазон −200 — +850 °C.

R T = R 0 ( − 200 ∘ C < T < 0 ∘ C ) , {\displaystyle R_{T}=R_{0}\left\;(-200\;{}^{\circ }\mathrm {C} <T<0\;{}^{\circ }\mathrm {C} ),} R T = R 0 ( 0 ∘ C ≤ T < 850 ∘ C ) . {\displaystyle R_{T}=R_{0}\left\;(0\;{}^{\circ }\mathrm {C} \leq T<850\;{}^{\circ }\mathrm {C} ).}

Отсюда, R T {\displaystyle R_{T}} сопротивление при T °C, R 0 {\displaystyle R_{0}} сопротивление при 0 °C, и константы (для платинового сопротивления) —

A = 3.9083 × 10 − 3 ∘ C − 1 {\displaystyle A=3.9083\times 10^{-3}\;{}^{\circ }\mathrm {C} ^{-1}} B = − 5.775 × 10 − 7 ∘ C − 2 {\displaystyle B=-5.775\times 10^{-7}\;{}^{\circ }\mathrm {C} ^{-2}} C = − 4.183 × 10 − 12 ∘ C − 4 . {\displaystyle C=-4.183\times 10^{-12}\;{}^{\circ }\mathrm {C} ^{-4}.}

  • см. Эффект Пельтье

Газовый термометр

Основная статья: Газовый термометр

Газовый термометр — прибор для измерения температуры, основанный на законе Шарля.

В 1703 году Шарль установил, что одинаковое нагревание любого газа приводит к почти одинаковому повышению давления, если при этом объём остается постоянным. При изменении температуры по шкале Кельвина давление идеального газа в постоянном объёме прямо пропорционально температуре. Отсюда следует, что давление газа (при V = const) можно принять в качестве количественной меры температуры. Соединив сосуд, в котором находится газ, с манометром и проградуировав прибор, можно измерять температуру по показаниям манометра.

В широких пределах изменений концентраций газов и температур и малых давлениях температурный коэффициент давления разных газов примерно одинаков, поэтому способ измерения температуры с помощью газового термометра оказывается малозависящим от свойств конкретного вещества, используемого в термометре в качестве рабочего тела. Наиболее точные результаты получаются, если в качестве рабочего тела использовать водород или гелий.

Принцип работы

Жидкостный термометр

В основе жидкостного термометра лежит эффект, известный как расширение жидкостных сред при нагревании. Чаще всего в подобных приборах используется спирт либо ртуть. Хотя от последней планомерно отказываются в виду повышенной токсичности этого вещества. И все же, данный процесс так до конца не завершен, так как ртуть обеспечивает лучшую точность измерений, расширяясь по линейному принципу.

В метеорологии чаще применяют приборы, наполненные спиртом. Объясняется это свойствами ртути: при температуре в +38 градусов и выше она начинает густеть. В свою очередь, спиртовые термометры позволяют оценивать температурный режим конкретный среды, нагретой 600 градусов. Ошибка измерений не превышает доли одного градуса.

Механические термометры бывают биметаллическими или делатометрическими (стержневые, жезловые). Принцип действия таких приборов основан на способности металлических тел расширяться при нагреве. Они отличаются высокой надежностью и точностью. Себестоимость производства механических термометров относительно низка.

Данные приборы применяются в основном в специфическом оборудовании: сигнализациях, системах автоматического контроля температуры.

Газовый термометр

Принцип действия термометра основан на тех же свойствах, что и описанных выше приборов. За исключением того, что в данном случае применяется инертный газ. По сути, такой термометр представляет собой аналог манометра, который служит для измерения давления. Газовые приборы применяются для измерения высоко- и низкотемпературных сред (диапазон составляет -271 — +1000 градусов). Они обеспечивают относительно низкую точность, из-за чего от них отказываются при лабораторных измерениях.

Электронный термометр

Его еще называют термометр сопротивления. Принцип действия этого прибора основан на изменение свойств полупроводника, встроенного в конструкцию устройства, при повышении или понижении температуры. Зависимость у обоих показателей линейная. То есть, при повышении температуры растет сопротивление полупроводника, и наоборот. Уровень последнего напрямую зависит от типа металла, использованного при изготовлении прибора: платина «работает» при -200 — +750 градусов, медь при -50 — +180 градусов. Электрические термометры используются редко, так как при производстве очень сложно градуировать шкалу.

Инфракрасный термометр

Также известен как пирометр. Он представляет собой бесконтактный прибор. Пирометр работает с температурами от -100 до +1000 градусов. Его принцип действия основан на измерении абсолютного значения энергии, которую излучает конкретный объект. Максимальная дальность, на которой термометр способен оценивать показатели температуры, зависит от его оптической разрешения, типа прицельного устройства и других параметров. Пирометры отличаются повышенной безопасностью и точностью измерения.

Термоэлектрический термометр

Действие термоэлектрического термометра основано на эффекте Зеебека, посредством которого оценивается разница потенциалов при контакте двух полупроводников, в результате чего образуется электрический ток. Температурный диапазон измерений составляет -100 — +2000 грудусов.

Термометр – это прибор, предназначенный для измерения температуры жидкостной, газообразной или твердой среды. Изобретателем первого устройства для измерения температуры является Галилео Галилей. Название прибора с греческого языка переводится как «измерять тепло». Первый прототип Галилея существенно отличался от современных. В более привычном виде устройство появилась спустя более чем через 200 лет, когда за изучение данного вопроса взялся шведский физик Цельсий. Он разработал систему измерения температуры, разделив термометр на шкалу от 0 до 100. В честь физика уровень температуры измеряются в градусах Цельсия.

Разновидности по принципу действия

Хотя с момента изобретения первых термометров прошло уже более через 400 лет, эти устройства до сих пор продолжают совершенствоваться. В связи с этим появляются все новые устройства, основанные на ранее не применяемых принципах действия.

Сейчас актуальными являются 7 разновидностей термометров:
  • Жидкостные.
  • Газовые.
  • Механические.
  • Электрические.
  • Термоэлектрические.
  • Волоконно-оптические.
  • Инфракрасные.
Жидкостные

Термометры относятся к самым первым приборам. Они работают на принципе расширения жидкостей при изменении температуры. Когда жидкость нагревается – она расширяется, а когда охлаждается, то сжимается. Само устройство состоит из очень тонкой стеклянной колбы, заполненной жидким веществом. Колба прикладывается к вертикальной шкале, выполненной в виде линейки. Температура измеряемой среды равна делению на шкале, на которое указывает уровень жидкости в колбе. Эти устройства являются очень точными. Их погрешность редко составляет более 0,1 градуса. В различном исполнении жидкостные приборы способны измерять температуру до +600 градусов. Их недостаток в том, что при падении колба может разбиться.

Газовые

Работают точно так же как и жидкостные, только их колбы заполняются инертным газом. Благодаря тому, что в качестве наполнителя используется газ, увеличивается диапазон измерения. Такой термометр может показывать максимальную температуру в пределах от +271 до +1000 градусов. Данные приборы обычно применяются для снятия показания температуры различных горячих веществ.

Механический

Термометр работает по принципу деформации металлической спирали. Такие приборы оснащаются стрелкой. Они внешне немного напоминает стрелочные часы. Подобные устройства используется на панели приборов автомобилей и различной спецтехнике. Главное достоинство механических термометров в их прочности. Они не боятся встряски или ударов, как модели из стекла.

Электрические

Приборы работают по физическому принципу изменения уровня сопротивления проводника при различных температурах. Чем горячее металл, тем его сопротивляемость при передаче электрического тока выше. Диапазон чувствительности электротермометров зависит от металла, который использован в качестве проводника. Для меди он составляет от -50 до +180 градусов. Более дорогие модели на платине могут указывать на температуру от -200 до +750 градусов. Такие приборы применяются как датчики температуры на производстве и в лабораториях.

Термоэлектрический

Термометр имеет в своей конструкции 2 проводника, которые измеряют температуру по физическому принципу, так называемому эффекту Зеебека. Подобные приборы имеют широкий диапазон измерения от -100 до +2500 градусов. Точность термоэлектрических устройств составляет около 0,01 градуса. Их можно встретить в промышленном производстве, когда требуется измерение высоких температур свыше 1000 градусов.

Волоконно-оптические

Делаются из оптоволокна. Это очень чувствительные датчики, которые могут измерять температуру до +400 градусов. При этом их погрешность не превышает 0,1 градуса. В основе такого термометра лежит натянутое оптоволокно, которое при изменении температуры растягивается или сжимается. Проходящий сквозь него луч света преломляется, что фиксирует оптический датчик, сопоставляющий преломление с температурой окружающей среды.

Инфракрасный

Термометр, или пирометр, является одним из самых недавних изобретений. Они имеют верхний диапазон измерения от +100 до +3000 градусов. В отличие от предыдущих разновидности термометров, они снимают показания без непосредственного контакта с измеряемым веществом. Прибор посылает инфракрасный луч на измеряемую поверхность, и на небольшом экране отображает ее температуру. При этом точность может отличаться на несколько градусов. Подобные устройства применяются для измерения уровня нагрева металлических заготовок, которые находятся в горне, корпуса двигателя и пр. Инфракрасные термометры способны показать температуры открытого пламени. Подобные устройства применяются еще в десятках различных сфер.

Разновидности по предназначению

Термометры можно классифицировать на несколько групп:
  • Медицинские.
  • Бытовые для воздуха.
  • Кухонные.
  • Промышленные.
Медицинский термометр

Медицинские термометры обычно называют градусники. Они имеют низкий диапазон измерения. Это связано с тем, что температура тела живого человека не может составлять ниже +29,5 и выше +42 градусов.

В зависимости от исполнения медицинские градусники бывают:
  • Стеклянные.
  • Цифровые.
  • Соска.
  • Кнопка.
  • Инфракрасный ушной.
  • Инфракрасный лобный.

Стеклянные термометры являются первыми, которые начали применять для медицинских целей. Данные устройства универсальны. Обычно их колбы заполняются спиртом. Раньше для таких целей использовалась ртуть. Подобные устройства имеют один большой недостаток, а именно необходимости длительного ожидания для отображения реальной температуры тела. При подмышечном исполнении продолжительность ожидания составляет не менее 5 минут.

Цифровые термометры имеют небольшой экран, на который выводится температура тела. Они способны показать точные данные спустя 30-60 секунд с момента начала измерения. Когда градусник получает конечную температуру, он создает звуковой сигнал, после которого его можно снимать. Данные приборы могут работать с погрешностью, если не очень плотно прилегают к телу. Существуют дешевые модели электронных термометров, которые снимают показания не менее долго, чем стеклянные. При этом они не создают звуковой сигнал об окончании измерения.

Термометры соски сделаны специально для маленьких детей. Устройство представляет собой соску-пустышку, которая вставляется в рот младенца. Обычно такие модели после завершения измерения подают музыкальный сигнал. Точность устройств составляет 0,1 градуса. В том случае если малыш начинает дышать через рот или плакать, отклонение от реальной температуры может быть существенным. Продолжительность измерения составляет 3-5 минут.

Термометры кнопки применяются тоже для детей возрастом до трех лет. По форме такие приборы напоминают канцелярскую кнопку, которая размещается ректально. Данные устройства снимают показания быстро, но имеют низкую точность.

Инфракрасный ушной термометр считывает температуру из барабанной перепонки. Такое устройство способно снять измерения всего за 2-4 секунды. Оно также оснащается цифровым дисплеем и работает на батарейках. Данное устройство имеет подсветку для облегчения введения в ушной проход. Приборы подходят для измерения температуры у детей старше 3 лет и взрослых, поскольку у младенцев слишком тонкий ушной канал, в который наконечник термометра не проходит.

Инфракрасные лобные термометры просто прикладываются ко лбу. Они работают по такому же принципу, как и ушные. Одно из преимуществ таких устройств в том, что они могут действовать и бесконтактно на расстоянии 2,5 см от кожи. Таким образом, с их помощью можно измерить температуру тела ребенка не разбудив его. Скорость работы лобных термометров составляет несколько секунд.

Бытовые для воздуха

Для измерения температуры воздуха на улице или в помещении применяются бытовые термометры. Они, как правило, выполнены в стеклянном варианте и заполнены спиртом или ртутью. Обычно диапазон их измерения в уличном исполнении составляет от -50 до +50 градусов, а в комнатном от 0 до +50 градусов. Подобные приборы часто можно встретить в виде украшений для интерьера или магнита на холодильник.

Кухонные

Кухонные термометры предназначены для измерения температуры различных блюд и ингредиентов. Они могут быть механическими, электрическими или жидкостными. Их применяют в тех случаях, когда необходимо строго контролировать температуру по рецепту, к примеру, при приготовлении карамели. Обычно подобные устройства идут в комплекте с герметичным тубусом для хранения.

Промышленные

Промышленные термометры предназначены для измерения температуры в различных системах. Обычно они представляют собой приборы механического типа со стрелкой. Их можно увидеть в магистралях водяного и газового снабжения. Промышленные модели бывают электрические, инфракрасные, механические и пр. Они имеют самое большое разнообразие форм, размеров и диапазонов измерения.

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.

Для точности измерения многие модели оборудуются лазерной указкой. Световое пятно располагается не в центре, а указывает оптимальную границу области измерения.

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.

Пирометры это приборы для определения температуры объекта бесконтактным методом. Особенностью пирометра является его невысокая стоимость. Чтобы измерить температуру объекта, необходимо направить на него прибор, в результате определяется его температура.

Устройство и работа

Температуру можно измерять различными устройствами, которые разделяют на контактные модели, и модели с дистанционным методом измерения. Пирометры относятся к приборам с дистанционным принципом действия.

Пирометры стандартного исполнения выполнены в виде пистолета. На нем имеется маленький жидкокристаллический индикатор, на котором выводится информация измеряемых параметров температуры.

Удобный корпус и панель управления, лазерное наведение и повышенная точность сделали популярным этот инструмент среди инженерно-технических работников. Дисплей прибора может быть цифровым или аналоговым. Для обеспечения необходимой точности измерения, диаметр поверхности излучения допускается не меньше 15 мм

В функции пирометра обычно включены:

  • Визуальный и звуковой сигнал при достижении определенной границы измерения.
  • Определение наибольшего и наименьшего значения среди серии замеров.
  • Встроенная память для сохранения информации.

Инновационные модели пирометров оснащены USB выходом для передачи информации на внешний носитель или компьютер.

Работа пирометра заключается в идентификации тепловых волн, излучающихся от нагреваемой поверхности. Схема прибора изображена ниже.

1 — Измеряемый объект
2 — Тепловое излучение
3 — Оптика
4 — Зеркало
5 — Видоискатель
6 — Ось видоискателя
7 — Измерительно-счетное устройство
8 — Электронный преобразователь
9 — Корпус
10 — Кнопка
11 — Датчик

Тепловое излучение поступает на датчик пирометра через раструб. В датчике энергия тепла преобразуется в сигнал электрического тока. Мощность этого полученного сигнала имеет зависимость от температуры исследуемого объекта. Чем больше температура, тем большая величина тока возникает в датчике.

Далее сигнал поступает на электронный преобразователь, который подает информацию на жидкокристаллический экран. Одной из разновидностей пирометров являются тепловизоры, которые работают по принципу сравнивания спектра излучения тепла с образцовым спектром.

На многоцветном экране появляется проекция картинки от воздействия теплового излучения объектов, попавших в зону действия прибора. С помощью параметров спектра определяют значение температуры и наглядно наблюдают ее динамическое изменение на поверхности материала. Тепловизоры стали популярными для контроля функциональности отопления жилых домов, а также выявления мест утечки теплоносителя, находящегося в скрытой области.

Технические параметры

Функционирование пирометров сопровождается своими определенными параметрами, которые учитываются при выборе модели прибора, основные из таких параметров рассмотрим подробнее.

Этот параметр определяет площадь исследуемого предмета для измерения температуры, и зависит от угла обзора объектива прибора, чем больше угол обзора, тем больше возможная площадь исследования, с учетом удаленности до объекта.

Основным условием выполнения точного исследования является наведение прибора именно на измеряемую поверхность. Если захват площади будет больше, то температура определится с большой погрешностью. Оптическим разрешением называется величина отношения размера (диаметра) захвата пирометра к удаленности до объекта.

Этот параметр зависит от модели устройства и колеблется в значительных пределах: от 2:1 до 600:1. Показатель с более высоким разрешением относится к профессиональным пирометрам, используемым для измерения температуры поверхностей в промышленном производстве. Для бытовых условий вполне подойдут модели пирометров с оптическим разрешением 10:1.

Величина диапазона работы зависит от свойств датчика прибора. Чаще всего этот параметр находится в пределах -30 +360 градусов. Для бытовых нужд вполне подойдут любые виды пирометров, так как в системе отопления наибольшая температура теплоносителя не превосходит 110 градусов.

Точность

Эта величина показывает пределы колебаний температуры при измерении, и зависит от правильности настройки прибора. Средняя величина точности пирометров равна 2%.

Отношение мощности излучения тепла исследуемой поверхности к мощности излучения абсолютно черного тела называют коэффициентом излучения. Черные неблестящие предметы имеют коэффициент излучения, равный 0,95. Поэтому многие приборы дистанционного измерения температуры имеют настройки на эту величину.

Однако, при попытке измерения температуры предмета, выполненного из алюминия, и отполированного до блеска, величина температуры на экране прибора будет иметь большие отличия от действительной температуры.

Для обеспечения необходимой точности исследований температурного режима большинство приборов оснащают лазерной указкой, с помощью которой пятно света находится не в центре, а определяет оптимальную границу измерения.

Виды

Пирометры классифицируются по определенным признакам, и разделяются на основные виды.

По основному принципу действия:

• Оптические устройства, действующие в диапазонах спектра видимого света и инфракрасных невидимых лучей.

1 — Объектив
2 — Ослабляющий светофильтр
3 — Лампа
4 — Нить накаливания лампы
5 — Милливольтметр
6 — Реостат
7 — Движок реостата
8 — Монохроматический светофильтр
9 — Окуляр
10 — Кольцевая рукоятка реостата
11 — Рукоятка прибора

Принцип его работы основан на сравнении яркости излучения объекта с яркостью нити, излучение которой заранее известно. Луч света от нагретого объекта по объективу попадает в прибор. Далее по окуляру наблюдатель видит и сравнивает яркость объекта с яркостью нити температурной лампы. Такое сравнение производят в монохроматическом свете, который создает специальный светофильтр. Нить накаливается от аккумулятора, ее накал регулируют реостатом. Температуру определяют по показанию милливольтметра пирометра, который имеет градуировку в градусах соответственно накалу нити.

• Радиометры (инфракрасные), применяющие радиационный способ для ограниченного интервала инфракрасных лучей. Оснащаются лазерным указателем для обеспечения точности наведения.

1 — Объектив
2 — Диафрагма
3 — Лампа
4 — Медный кожух
5 — Корпус
6 — Светофильтр
7 — Окуляр
8 — Накал
9 — Милливольтметр
10 — Накал

Принцип их работы заключается в том, что тепловое излучение от нагретого объекта улавливается и фокусируется чувствительным элементом прибора, который соединен с термопарой. Прибор состоит из корпуса с объективом. Чувствительная часть пирометра выполнена в виде крестообразной платиновой пластины, к которой припаяны 4 спая термопар, выполненных в виде термобатареи. При охлаждении или нагревании чувствительного элемента нагреваются и эти термопары. Термопары и платиновая пластина находятся в стеклянной лампе, закрытой медным кожухом, в котором есть отверстия для тепловых лучей, проходящих на чувствительный элемент. По цоколю лампы отведены концы термопар и подключены к клеммам. При наведении пирометра необходимо добиться того, чтобы объект оказался в телескопе и закрыл поле зрения. Четкость изображения достигают передвижением окуляра. Для предохранения глаза человека от яркого света пользуются светофильтром. Он передвигается ручкой, находящейся возле клемм.

Оптические устройства также разделяют:

• Цветовые, мультиспектральные, действующие путем сравнения энергии яркости предмета с другими областями спектра. Они применяются минимум для двух исследуемых участков.
• Яркостные пирометры. Их называют устройствами с пропадающей нитью. Работа основана на сравнении излучения поверхности со значением излучения нити, по которой проходит электрический ток. Величина силы тока и является значением исследуемой температуры объекта.

По методу прицеливания пирометры разделяют:

  • С лазерным прицелом.
  • С оптическим наведением.

По виду коэффициента излучения:

  • С постоянным коэффициентом.
  • С переменным коэффициентом.

По методу перемещения:

  • Переносные (мобильные), применяемые на производственных участках, где необходима мобильность измерений. Предназначены для эксплуатации в тяжелых климатических и промышленных условиях. Имеют повышенное оптическое разрешение, что позволяет определять тепловое состояние предметов размером 5 мм. Переносные устройства применяются в различных сферах промышленности для измерения температуры и слежения за сложными технологическими процессами, которые связаны с соблюдением температурного режима.

  • Стационарные пирометры, применяемые в тяжелой промышленности. Служат для постоянного контроля над процессом производства в литейном производстве металлов, а также изготовления пластиковых элементов. Их монтируют в труднодоступных местах, где нет возможности применить датчики температуры с точки зрения безопасности работников.

По рабочей температуре:

  • Высокотемпературные (более +400 градусов). Служат для измерения высоко нагретых предметов.
  • Низкотемпературные (до -30 градусов). Служат для исследования температуры тел при отрицательных величинах.

Правила пользования

После покупки устройства следует тщательно изучить прилагаемую инструкцию. Правила применения прибора несложные. Неправильное пользование пирометром приведет к большой погрешности измерения, или к возникновению неисправностей. Рекомендуется следовать некоторым правилам при применении этого устройства.

  • Включить прибор.
  • Направить на исследуемую поверхность раструб.
  • Лазерной указкой определить пределы измерений.
  • После приведения прибора в рабочий режим на дисплее появится величина температуры. От конструктивных особенностей прибора зависит, будут ли сохранены данные в память пирометра или они заменятся следующими данными.

Обычный человек легко справится с практическим использованием пирометра. Для фирм, монтирующих и проектирующих автономные отопительные системы, они стали необходимым прибором.

Сфера применения

Широкую популярность пирометры приобрели на производстве с наличием оборудования теплоэнергетики: паропроводы, теплотрассы, бойлеры, различные нагревательные устройства.

Нередко пирометрами пользуются в сфере электроэнергетике для измерения элементов в распределительных щитах, трансформаторах, кабелей и контактных соединений.

В металлургической отрасли такими приборами измеряют температуру прессов, станков, печей. В электронной промышленности его используют для замера уровня нагревания деталей и компонентов схем.

Автолюбители используют их для диагностики двигателя автомобиля. Другими сферами применения этого полезного прибора являются: определение нагрева электродвигателей, узлов транспортных средств, температуры при хранении пищевых продуктов.

При обследовании сооружений и жилых домов состояние функционирования отопления, кондиционирования и вентиляции, контроля холодильного оборудования пирометры являются незаменимыми помощниками.

Чаще всего пирометры применяются в особых случаях, среди которых можно назвать:

  • Оперативное измерение температуры.
  • Исследование объектов с низкой теплоемкостью.
  • Контроль элементов, к которым запрещается прикасаться.
  • Измерение нагрева миниатюрного объекта или его тонкого слоя на поверхности.
  • Особый контроль параметров нагревания определенного механизма из-за важности технологического процесса.
  • Контроль состояния элементов, функционирующих от электрической энергии, что часто используется на производстве.
  • Контроль температуры движущегося объекта особенно эффективен с помощью пирометра, по сравнению с другими устройствами.
  • Идентификация нагревания в труднодоступном месте или деталях, находящихся на значительном удалении. Пирометр поможет диагностировать необходимые параметры с необходимой точностью и на расстоянии.
Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *