Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом: общие сведения, виды, правила пользования

Инфракрасный радиометр

Этот вид пирометра работает на основе радиационного способа и в ограниченном интервале инфракрасного излучения. Для удобства пользования аппарат снабжён специальным лазерным указателем. Он помогает навести прибор на конкретное место детали и измерить его температуру.

Инфракрасный пирометр состоит из таких компонентов:

диафрагма;
объектив;
кожух из меди;
корпус;
лампа;
светофильтр;
окуляр;
накал;
милливольтметр.

Принцип действия прибора основан на улавливании теплового излучения, идущего от горячего объекта, и фокусировке чувствительным элементом, соединённым с термопарой.

Работает прибор таким образом:

Включённый пирометр наводится на изучаемую деталь так, чтобы она оказалась в объективе и полностью закрыла от глаз человека другие предметы.
Окуляр передвигается и достигается максимальная чёткость изображения. При этом важно использовать светофильтр. Он не только позволит более точно выполнить измерения, но и убережёт глаза от вредного воздействия яркого света.
Тепловое излучение поступает на чувствительный элемент прибора. Она изготовлен в виде пластинки из платины.
К ней припаяны термопары, которые нагреваются в зависимости от температуры объекта.
Она измеряется, и результат выдаётся на экран прибора.

Основные правила:

По методу прицеливания пирометры разделяют:

С лазерным прицелом.
С оптическим наведением.

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.

Лазерные указатели цели

Более современные модификации пирометров комплектуются лазерными указателями цели, помогающими правильно навести датчик на точку замера и определить площадь измеряемого участка. У них различные принципы действия и точность наведения тоже различная:

одиночный лазерный луч – ориентировочно показывает центр участка замера и границы его устанавливает неточно, его ось не совпадает с центром оптики пирометра, поэтому имеет место погрешность параллакса;
способ коаксиальный не имеет такого недостатка – луч лазера и оптическая ось полностью совпадают и луч показывает прямо в центр участка, но не может определить его границ;
с двойным лучом лазера – этот указатель цели в состоянии показать размеры участка замера, но при небольших расстояниях может возникать неточность. Это особенно часто происходит на короткофокусных объективах;
с кросс-лазером указатели цели предназначены для улучшения работы пирометров с короткофокусными объективами;
одиночный круговой лазерный луч – с его помощью можно оконтурить участок замера, но, как и просто одиночный лазерный луч, он подвержен параллаксу и искажает показания аппарата на небольших расстояниях в сторону увеличения;
круговой точный лазерный указатель цели – самый надёжный из перечисленных выше и не имеет недостатков других конструкций.

Информация о температурных параметрах точек дистанционного наблюдения на пирометрах-термометрах выводится на экран в текстовом и цифровом виде.

Продукция ELOVIS служит стабильной работе производства, увеличению производительности и параметров качества процесса.

Бесконтактные датчики измерение длины или скорости — безконтактные, не проскользывают и не требует обслуживания. Высокая точность измерения соответствует международному стандарту MID 2004/22/EС.

Система управления лазерным диодом использоваться в проецировании, системе сканирования для контроля качества, использоваться в конфокальной микроскопии, флуоресцентной экспертизе, метрологии, лабораториях

Беспроводные передача данных позволяет передовать результатый измерений от механизмов движущихся на значительное расстояние, из временно организованных мест измерения и пр.
Бесконтактное измерение длины Области применения: — Измерение длины движущегося материала на лентах, катушках, роликах, бобинах — Измерение длины провода, кабеля, троса — Измерение глубины погружения, бурения, скважин, колодцев — Измерение длины штучного материала — Измерение длины при получении и отгрузке товара/материала — Контроль за отпуском товара по длине — Калибровка и настройка тактильных энкодеров для измерения длины — Аккредитованное измерение длины согласно европейского стандарта MID 2004/22/EC Бесконтактное измерение скорости Область применения: — Замена тактильных импульсных датчиков (мерильное колесо, мерильный валик/ролик, мерная гусеница) — Калибровка и настройка тактильных энкодеров для измерения скорости (привод, машинный вал) — Измерение разницы в скорости для обнаружения проскальзывания — Контроль и управление при отрезании и отсекании — Регулировка процессов облицовки, каширования, ламинирования, прокатки, вальцевания Бесконтактное измерение длины штучных изделий и фиксированных длин Область применения: — Измерение небольших длин (от 10 мм до 4.000 мм) — Высокоточное измерение длины штучных изделий (1/10 мм на метр) — Измерение фиксированной длины труб, шлангов, профилей, листов — Автоматическое определение погонного веса (погонного метра или 100 м) — Сортировка по длине — Измерение длины труб, намоточных сердечников, бобин, рулонов, профилей — Измерение контура и диаметра доступно опционально Бесконтактный датчик движение Область применеия: — Обнаружение: остановки, движения, направления движения — Обнаружение наличия (присутствия) и отсутствия материала — Обнаружение затора материала (например, замятия бумаги) — Измерение движения по перпендикулярным осям — Измерение движения в роботизированной транспортной системе — Определение движения и остановки материала — Распознавание направления движения материала — Определение скорости движения материала — Замена световых барьеров и датчиков/щупов приближения Проверка точности размеров нанесенного рисунка Область применения: — Определение: ширины, высоты, диаметра — Измерение растяжений, искривлений, длины повторяющегося рисунка (раппорт) — Определение места дефекта и его автоматическое протоколирование — Измерение топографии материала и высоты профиля — Дифференцирование структур материалов — Определение растягивания (вытяжки) и усадки — Измерение натяжения/напряжения при сворачивании/наматывании — Измерение угловатости, определение перекосов Система управления лазерным диодом Особенности: — Управление лазерным диодом — Управление лазерной системой с различными лазерными диодами — Быстрая аналоговая модуляция при больших токах — Крепления лазерного диода — Микро место совместимости, гибкий держатель для оптики — Модули лазерного диода Беспроводная передача данных — DAQ Область применения: — Получение данные, беспроводная связь, синхронизация — Беспроводное измерение колебаний — Беспроводной анализ вибрации — Беспроводной контроль подшипника — Беспроводная акустический технология измерения — Беспроводной мониторинг состояния — Машины, беспроводной процесс наблюдения за объектом Бесконтактные, оптические, высокоточные измерения физических величин, состояний и параметров процессов непосредственно на двигающихся материалах/объектах с помощью лазера или камеры. Измеряемые величины: длина, скорость, движение и неподвижность (остановка), ширина и высота, проскальзывание, растяжение и сжатие, длина повторяющегося рисунка или узора, перекос линии. Оптическое измерение длины. Оптическое измерение скорости. Оптическое измерение длины повторяющегося рисунка, узора. Область промышленного применения Бумага и тканевая масса, печать и упаковка, бумажные гильзы, наждачная бумага, бумага для печати, фотобумага, копировальная бумага … Пластмасса, полимеры и экструзия (Пленка, лента, профиль, уплотнения, прокладки, трубы, шланги, клейкая пленка, клейкие ленты, самоклеющаяся пленка, оптическая пленка, резиновые уплотнители, ленточные уплотнители) Текстиль, ткани и нетканые материалы (тонкий материал, навалом) Напольные покрытия (ковролин, ламинат, ПВХ) Катанка, проволока и кабель, веревки, шнур, многожильные провода, силовые кабели, подводные кабели, тросы … Металлические прутки, трубы, плиты, листы, рондоль, слябы, болванки, жесть, полосы, ленты, алюминиевая фольга, металлической фольги, серебряная фольга … Штучный материал такой, как дерево и гипсокартон, фанера, ДСП, ДВП, листовой металл, … Машины, которые оборудуются бесконтактной измерительной техникой ELOVIS Мотальные, навивальные, накатные, ленточно-холстовые, клубочные машины, намоточные станки, перематыватели, оплеточные и перемоточные машины Накатно-резальные, перемоточно-резальные, бобинорезательные станки, машины для разрезки рулонов, резальные машины, поперечно-резальные станки Материало-смотровые и браковочные машины для тканей Каландры, отделочные и облицовочные машины Пилы и пильные станки-автоматы Штамповочные машины Кашировальные машины, ламинаторы, машины для припрессовки пленки Композитные производственные линии Перерабатывающие машины Экструзивные машины, экструдеры Отрезные автоматы и упаковочные машины Машины для нанесения рисунка на ковры, установки для нанесения покрытий на ковры Бумагоделательные машины Устройства измерения глубины скважин, колодцев

высокотемпературные измерители – для контроля сильно нагретых элементов электрооборудования;
низкотемпературные измерители – они могут измерять температуру элементов даже работающего на морозе электрооборудования.

Характеристики ИК-термометров

Бесконтактные градусники отлично подходят для измерения температуры пациентов с коронавирусной инфекцией.

Главным достоинством в сложившейся на сегодняшний день ситуации является то, что при снятии показателей приборы не контактируют с телом. В зависимости от модели прибора температура может измеряться на расстоянии от 4-х до 15 сантиметров. ИК градусники имеют небольшие параметры и весят не более 40-50 граммов. Поэтому их всегда можно носить при себе.

Большинство моделей работает в диапазоне от 0 С до 118 С. Снятие показателей осуществляется в течение 1 – 3 секунд. Через 30 секунд прибор самостоятельно отключается. При повышенной температуре срабатывает встроенная сигнализация, и прибор издает определенные звуки. Применяется для измерения температуры тела и снимает показатели, находясь на расстоянии 5-8 сантиметров от поверхности кожного покрова.

Бесконтактный градусник имеет совсем незначительную погрешность, которая может составлять от 0.1 до 0.3. Полученные показатели достаточно длительное время сохраняются в памяти, поэтому при необходимости врач всегда может их просмотреть.

Практически все модели отличаются многофункциональностью, поэтому ими можно измерять температуру тела, воздуха, поверхности любой жидкости.

К ним относятся:

Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом

Пирометр – это аппарат для определения теплового состояния тел бесконтактным способом. Появились эти приборы в середине 60-х годов ХХ века. Принцип их работы основан на инфракрасном приёмнике, который производит измерения количества тепловой энергии, излучаемой телом, путём построения сравнительных параллелей. Результатом анализа являются величины температуры нагрева или охлаждения объектов исследования. Открытие этого метода позволило расширить диапазон для измерения температур как твёрдых, так и жидких тел.

Бесконтактные пирометры различают по температурному диапазону на низко- и высокотемпературные. Низкотемпературные предназначены для измерения температур тел даже в области отрицательных значений. Высокотемпературные бесконтактные термометры используются в случаях, когда накал сильно нагретых предметов нельзя оценить «на глаз». Их возможности сильно смещены в сторону верхних границ измерений.
[xyz-ihs snippet=»seredina»]

Характеристики и принцип работы

Прежде всего, стоит дать определение такому понятию как пирометр. Пирометр – один из видов средств определения температуры. Процесс замера показателей пирометром осуществляется за счет улавливания теплового излучения объекта устройством.

Значение температуры предмета указывается на встроенном индикаторе или же выдается цифровым значением. Говоря о пирометре, стоит отметить, что прибор способен к определению температурного режима в поле зрения устройства (то есть в пределах радиальной зоны).

Как правило, устройство выдает среднее значение в пределах области, в которой он установлен. Область улавливания данных прибором можно менять за счет перемещения устройства на разные расстояния от предмета.

Классифицируются пирометры для измерения температуры бесконтактным методом по ряду признаков — температурному диапазону измерений, исполнению определения данных, визуализации полученных данных. Теперь более подробно о каждом.

Инфракрасный радиометр

Этот вид пирометра работает на основе радиационного способа и в ограниченном интервале инфракрасного излучения.

Для удобства пользования аппарат снабжён специальным лазерным указателем.

Он помогает навести прибор на конкретное место детали и измерить его температуру.

Инфракрасный пирометр состоит из таких компонентов:

диафрагма;
объектив;
кожух из меди;
корпус;
лампа;
светофильтр;
окуляр;
накал;
милливольтметр.

Работает прибор таким образом:

Включённый пирометр наводится на изучаемую деталь так, чтобы она оказалась в объективе и полностью закрыла от глаз человека другие предметы.
Окуляр передвигается и достигается максимальная чёткость изображения. При этом важно использовать светофильтр. Он не только позволит более точно выполнить измерения, но и убережёт глаза от вредного воздействия яркого света.
Тепловое излучение поступает на чувствительный элемент прибора. Она изготовлен в виде пластинки из платины.
К ней припаяны термопары, которые нагреваются в зависимости от температуры объекта.
Она измеряется, и результат выдаётся на экран прибора.

Такие приборы бывают нескольких видов:

Рабочий диапазон

Диапазон действия прибора зависит от пирометрического датчика и, зачастую, варьируется от -30 °С до 360 °С. Так, для бытового использования подойдут почти все виды пирометров, если учесть максимальную температуру теплоносителя в системе отопления до 110 °С.

Для того, чтобы провести измерение, необходимо просто навести пирометр на объект, привести его в действие и отметить полученный результат. Используя специальную кнопку, вы можете регулировать формат измерения температуры — по шкале Цельсия или Фаренгейта.

Виды пирометров

Пирометр представляет собой сложное устройство, при помощи которого на расстоянии можно измерить температуру объекта в диапазоне от -50° до +3000°. Есть много технологий измерения и расшифровки инфракрасного излучения. Такие приборы классифицируют:

Сейчас такое оборудование используется не только в промышленности, энергетики, медицине и других областях, есть и бытовые аппараты. Стоимость мобильных приборов невысокая, поэтому они эффективно применяются для контроля хранения продуктов, медикаментов, ими оснащаются пожарные команды и т.д.

Типы термопар и их характеристики

Различные сплавы, используемые для изготовления термопар, обладают разными коэффициентами термо-ЭДС. В зависимости от того, из каких металлов изготовлены термоэлектроды, различают следующие основные типы термопар:

ТПП13 – платинородий-платиновые (тип R);
ТПП10 – платинородий-платиновые (тип S);
ТПР – платинородий-платинродиевые (тип B);
ТЖК – железо-константановые (тип J);
ТМКн – медь-константановые (тип T);
ТНН – нихросил-нисиловые (тип N);
ТХА – хромель-алюмелевые (тип K);
ТХКн – хромель-константановые (тип E);
ТХК – хромель-копелевые (тип L);
ТМК – медь-копелевые (тип M);
ТСС – сильх-силиновые (тип I);
ТВР – вольфрамрениевые (типы A-1 – A-3).

Технические требования к термопарам задаются параметрами определёнными ГОСТ 6616-94, а их НСХ (номинальные статические характеристики преобразования), оптимальные диапазоны измерений, установленные классы допуска регулируются стандартами МЭК 62460, и определены ГОСТ Р 8.585-2001. Заметим, также, что НСХ в вольфрам-рениевых термопарах отсутствовали в таблицах МЭК до 2008 г. На сегодняшний день указанными стандартами не определены характеристики термопары хромель-копель, но их параметры по прежнему регулируются ГОСТ Р 8.585-2001. Поэтому импортные термопары типа L не являются полным аналогом отечественного изделия ТХК.

Классификацию термодатчиков можно провести и по другим признакам: по типу спаев, количеству чувствительных элементов.

Рис. 4. Решение вопроса точности показаний термопар

Классификация по типам

При желании возможно создать такой прибор даже самостоятельно. Однако следует все же знать некоторые особенности таких преобразователей, их различие по типу применяемых материалов. А классифицируются виды термопар так:

Тип E. Используется сплав хромель – константан. Эти датчики обладают высокой чувствительностью – до 68 мкВ/°C. Подходят для криогенного использования. Температуры, при которых возможно применение, колеблются от -50 °C до +740 °C.
Тип J. Здесь применяют состав железо – константан. Используются для условий в температурных диапазонах от -40 °C до +750 °C. Имеет повышенную производительность –50 мкВ / °С.
Термопары типа K выполняются на основе сплава хромеля и алюминия. Это, несомненно, самые популярные датчики широкого назначения. Обладают производительностью до 41 мкВ/°C. Применяются в температурных диапазонах от -200 °С до +1350 °C. В неокисляющих и инертных условиях датчики типа K используются до 1260 °C.
Тип M. Эти термопары применяются в основном в вакуумных печах. Используются при температурах до +1400 °C.
Регуляторы типа N – никросил-нисиловые. Они стабильны и стойки к окислению, имеют производительность 39 мкВ/ °C. Поэтому их используют при температурах от -270 °C до +1300 °C.
Устройства типов B, R и S выпускаются из сплава родия и платины. Класс B, R и S – датчики довольно дорогие и имеют низкую производительность: всего 10 мкВ/° C. Используются благодаря высокой надежности исключительно для измерения высоких температур.
Датчики на основе сплавов рения и вольфрама. В основном они работают в автоматике промышленных процессов, в производстве водорода и так далее. Не рекомендуется применять в кислотных средах.

В основу принципа работы термопары положен термоэлектрический эффект, называемый иначе эффект Зеебека. Он гласит, что когда проводник подвергается воздействию, соответственно изменяется его сопротивление и напряжение.

Конструктивные особенности

Если относиться более скрупулезно к процессу замера температуры, то эта процедура осуществляется с помощью термоэлектрического термометра. Основным чувствительным элементом этого прибора считается термопара.

Сам процесс измерения происходит за счет создания в термопаре электродвижущей силы. Существуют некоторые особенности устройства термопары:

Электроды соединяются в термопарах для измерения высоких температур в одной точке с помощью электрической дуговой сварки. При замере небольших показателей такой контакт выполняется с помощью пайки. Особенные соединения в вольфрам-рениевых и вольфрамо-молибденовых устройствах проводятся с помощью плотных скруток без дополнительной обработки.
Соединение элементов проводится только в рабочей зоне, а по остальной длине они изолированы друг от друга.
Метод изоляции осуществляется в зависимости от верхнего значения температуры. При диапазоне величины от 100 до 120 °C используется любой тип изоляции, в том числе и воздушный. При температуре до 1300 °C применяются трубки или бусы из фарфора. Если величина достигает до 2000 °C, то применяется изоляционный материал из оксида алюминия, магния, бериллия и циркония.
В зависимости от среды использования датчика, в которой происходит замер температуры, применяется наружный защитный чехол. Выполняется он в виде трубки из металла или керамики. Такая защита обеспечивает гидроизоляцию и поверхностное предохранение термопары от механических воздействий. Материал наружного чехла должен выдерживать высокую температуру воздействия и обладать отличной теплопроводностью.

Конструкция датчика во многом зависит от условий его применения. При создании термопары во внимание принимается диапазон измеряемых температур, состояние внешней среды, тепловая инерционность и т. д.

Термопара ПП расшифровывается как платинородий-платиновый, где первым идет обозначение положительного электрода, а вторым — отрицательного. Величина электродвижущей силы составляет небольшую величину, которая измеряется милливольтами при разнице температуры в 100 К (173,15 °C).

Быстродействие измерения

Быстродействие обуславливается способностью первичного преобразователя быстро реагировать на скачки температуры и следующим за ними потоком входных сигналов измерительного прибора.

Факторы, увеличивающие быстродействие:

Правильная установка и расчет длины первичного преобразователя;
При использовании преобразователя с защитной гильзой необходимо уменьшить массу узла, подобрав меньший диаметр гильз;
Сведение к минимуму воздушного зазора между первичным преобразователем и защитной гильзой;
Использование подпружиненного первичного преобразователя и заполнения пустот в гильзе теплопроводящим наполнителем;
Быстро движущаяся среда или среда с большей плотностью (жидкость).

Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.

Рабочий спай и холодный спай

Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.

Назначение термопары

Данное устройство преобразовывает тепловую энергию в электрический ток и позволяет измерять температуру. В отличие от традиционных ртутных градусников, способно работать в условиях как экстремально низких, так и экстремально высоких температур. Данная особенность обусловила широкое применение термопары в самых разнообразных установках: промышленные металлургические печи, газовые котлы, вакуумные камеры для химико-термической обработки, духовой шкаф бытовой газовой плиты. Принцип работы термопары всегда остается неизменным и не зависит от того, в каком устройстве она монтируется.

От надежной и бесперебойной работы термопары зависит работа системы аварийного отключения приборов в случае превышения допустимых лимитов температур. Поэтому данное устройство должно быть надежным и давать точные показания, чтобы не подвергать риску жизнь людей.