Как работает пирометр: Принцип действия пирометров

Коэффициент излучения ε (эпсилон) имеет основное значение при измерении температуры с использованием излучения. Коэффициент излучения указывает на соотношение между реальной величиной излучения какого-нибудь тела и величиной излучения чёрного излучателя при одинаковой температуре. Для чёрного излучателя это соотношение составляет максимум 1. В реальности едва ли тело соответствует идеалу чёрного излучателя. На практике для калибрования датчиков используются поверхности излучателя, которые в требуемом диапазоне длин волн достигают коэффициенты излучения до 0,99.

Многие измеряемые поверхности имеют постоянный коэффициент излучения выше длин волн, но испускают по сравнению с чёрными телами меньше излучения. Они называются серыми излучателями. Объекты, чьи коэффициенты излучения среди прочего зависят от коэффициента излучения и длины волны, например, металлы, называются селективными излучателями. Недостающая доля излучения в обоих случаях компенсируется указанием коэффициента излучения. В отношении селективных излучателей следует всё же обращать внимание на то, в каком диапазоне длин волн проводится измерение (для металлов, например, с максимально короткой длиной волны).

Принцип работы пирометров

Пирометр или инфракрасный датчик помимо излучения, испускаемого с поверхности объекта, принимает ещё и отражающее излучение из окружающего пространства и при определённых условиях пропускаемое сквозь тело инфракрасное излучение.  

Станьте экспертом инфракрасного измерения температуры

Фирма Optris GmbH регулярно проводит бесплатные практические семинары по инфракрасному излучению в различных городах. Зарегистрируйтесь прямо сейчас и узнайте больше о бесконтактной технологии измерения температуры и принципах работы инфракрасных термометров и тепловизоров.

Обратите также внимание на наши специальные статьи. Здесь вы сможете найти помимо статей по конкретным случаям применения и другие статьи по принципам работы наших изделий, например, статью «Как работает тепловизор?»

что это такое? Для чего нужен? Как выбрать?

Пирометр позволяет бесконтактно замерять температуру различных поверхностей. Его активно используют в профессиональных сферах, но есть масса применений и в быту. Как правильно пользоваться этим прибором и на что обратить внимание при выборе — CHIP ответит на эти вопросы.

Что такое пирометр, и где он применяется?

Пирометр схож с обычным комнатным термометром по принципу действия, с единственной разницей в том, что может измерять температуру большего диапазона и на расстоянии. То есть не нужно прикасаться к измеряемому объекту, чтобы узнать его температуру (хотя существуют и контактные пирометры). Это весьма удобно, так как можно измерить очень горячие поверхности (до 300 — 550 °С).

Пирометр нашел применение в следующих областях:

• Электрика. Им производятся замеры температуры соединений. Например, если температура соединения фазной шины и провода 80 — 100 °С, а температура окружающей среды 20 °С, это означает, что контакт слабый, поэтому греется, и его нужно подтянуть.
• Ремонт автомобиля. К примеру, вы заметили, что двигатель вашего автомобиля сильно греется, и вам нужно узнать в чем причина. Вы замеряете температуру на входном патрубке термостата и температуру радиатора. Если разница температур большая, тогда проблема может быть в работе термостата.
• Ремонт электроники и бытовой техники. Можно проверить греется ли процессор или материнская плата в компьютере. Также можно узнать температуру подшипников в движущихся узлах электродвигателей и, если она высокая, тогда производить ремонт.
• Расчет теплопотерь помещения. Пирометр позволит узнать температуру стен, окон и дверей, чтобы можно было рассчитать теплопотери и соответственно утеплить при необходимости.
• Проверка теплоотдачи отопительной системы. Устройство позволит проверить, как греет котел систему индивидуального отопления, или соответствует ли температура батарей в центральном отоплении той, которая заявлена государством (по закону).

Есть еще много других сфер, где будет полезен пирометр. В комментариях под статьей поделитесь, где вы в быту используете инфракрасный пирометр.

Как пользоваться пирометром?

Принцип действия устройства следующий: тепловой (инфракрасный) датчик принимает инфракрасное излучение от объекта и передает его на электронный блок. Электронный блок обрабатывает излучение и выдает показания температуры на дисплей устройства.

На каждом устройстве производитель указывает оптическое разрешение, то есть на каком расстоянии необходимо измерять температуру объекта. Например, на приборе DECO CWQ01 указано оптическое разрешение 12:1. Это означает, что для правильного измерения температуры необходимо расположить прибор на расстоянии равном 12*S, где S — это диаметр пятна, с которого тепловой датчик снимает показание температуры. Предположим нам необходимо узнать температуру процессора компьютера, диаметр которого 3 см. Для точных показаний нам необходимо держать устройство на расстоянии 12 * 3 = 36 см. Если мы будем держать чуть дальше, диаметр замеряемого пятна увеличится (как луч в фонарике) и показания будут сняты не только с процессора, но и с окружающей его платы.

Каждое устройство имеет красный луч маркер. Обратите внимание, что измеряет температуру не он, а датчик, который расположен под излучателем. Луч лишь показывает место замера. Если пирометр поднести слишком близко к объекту, то пятно измерения будет находится ниже луча, и мы снимем показания не с того места, с которого хотели. Именно поэтому важно держать устройство на правильном расстоянии.

Также при замерах важно учитывать коэффициент излучения (эмиссии) объектов, которые проверяем. Каждый материал определенным образом излучает тепло, причем степень излучения может быть разной в зависимости от цвета объекта, матовой/зеркальной поверхности и окисленности (в случае металлов). То есть коэффициент излучения — это соотношение энергии, излучаемой поверхностью материала к энергии излучения абсолютно черного объекта при равной температуре. Для абсолютно черных тел этот коэффициент равен 1. Для остальных же материалов этот коэффициент свой. В таблице ниже приведены коэффициенты для большинства материалов.

Для измерения не сильно горячих предметов можно выйти из положения, наклеив черную изоленту. Изолента немного глянцевая, поэтому ее коэффициент излучения как раз составляет 0,95. Температура на ней и будет температурой предмета. Конечно, если необходимо часто работать с разными материалами, то лучше купить модель с изменением коэффициента эмиссии.

Критерии выбора пирометров

Перед приобретением прибора, обратите внимание на следующие показатели и дополнительные функции:

• Величина погрешности. Хорошие устройства имеют погрешность в диапазоне 0,5 — 2 %. Дешевые китайские могут иметь погрешность 2 — 4 %, но учитывая, что их цена ненамного ниже, лучше взять хороший прибор.
• Автоматическое отключение. Устройство отключается, если долго не работаем им. Это увеличивает срок работы батареек. У каждой такой модели период автоматического отключения свой, поэтому точные цифры нужно уточнять у продавца.
• Регулировка коэффициента излучения. Аппараты с функцией регулирования коэффициента излучения позволят безошибочно определять температуру любых материалов. Например, таким аппаратом является Bosch PTD 1 с возможностью регулировки коэффициента эмиссии от 0,01 до 1.

• Измерение влажности. Некоторые аппараты позволяют измерять влажность воздуха, как внутри помещения, так и снаружи. Хотя это далеко не основная функция и большинству попросту не понадобится, но людям с проблемами легких придется очень даже кстати. Например, узнав влажность воздуха в офисе, можно установить стационарный увлажнитель или наоборот чаще проветривать помещение. 

• Термопара. Термопара позволяет измерить температуру контактным способом. Это удобно при замерах блестящих поверхностей, так как практически не будет погрешности. Обычно термопара подключается к пирометру через соответствующий разъем.

Если вы уже приобрели себе пирометр, поделитесь в комментариях, какую модель купили, и как она ведет себя в работе!

Читайте также:

Что такое пирометр и где его применяют?

Что такое пирометр и где его применяют?

Инфракрасные пирометры со встроенным лазером используются для бесконтактного измерения температуры, достаточно направить луч на исследуемый объект и получить показания на дисплее.

Как работает пирометр и в чем его преимущества?

Устройства актуально использовать там, где нет возможности определить параметры температуры контактным способом. Принцип действия пирометров заключается в считывании инфракрасного излучения от исследуемых объектов и дальнейшем преобразовании сигналов в электрическое и цифровое значение.

Современный лазерный пирометр оснащен дополнительными функциями, которые упрощают работу с устройством. Так, в продаже есть модели, подключаемые к компьютеру. Аппарат передает информацию об измерении на ПК (в том числе в формате видеозаписи) и сохраняет замеры на встроенную карту памяти.

Выделим преимущества лазерных пирометров:

• удобство в применении – для работы с устройством не нужна специальная подготовка;
• автономная работа – аппарат можно использовать в любых условиях;
• надежность – современные устройства обладают длительным сроком службы.

Приборы выполняют измерение за счет инфракрасных лучей, тогда как лазер нужен для визуальной фиксации места, где оператор производит замеры. С пирометром можно работать в самых сложных условиях, будь это измерение горячего битума, паропровода, электрощита или работающего двигателя.

Основные параметры выбора лазерного пирометра

Оборудование для бесконтактного измерения представлено широким ассортиментом, его стоимость зависит от разных факторов, включая наличие дополнительных опций. Так, прибор со встроенной MicroSD картой будет стоить дороже аналога, не сохраняющего результаты измерений (их нужно сразу снимать с дисплея). Некоторые дорогие модели помимо температуры определяют уровень относительной влажности воздуха.

Основные технические характеристики пирометров: длина лазерного луча, класс используемого лазера, тип питания, уровень защиты прибора от влаги и пыли. Еще одна важная характеристика – это температура, при которой можно эксплуатировать измерительное оборудование, обычно диапазон такой: от 0 до 40 градусов.

Если говорить о диапазоне измеряемой температуры, он зависит от класса прибора. Чаще применяются пирометры с пределами измерений до 365 градусов. Обратите внимание на точность показаний (этот параметр указывается в паспорте на прибор), в среднем погрешность составляет ± 2,5 градусов.

Как работают пирометры с соотношением сторон?

Пирометр – это тип термодатчика, используемый для измерения высоких температур поверхности, часто в больших печах или печах. Эти устройства измеряют температуру объекта или поверхности по испускаемому тепловому излучению, также известному как радиометрия. Есть много приложений, в которых стандартный одноцветный пирометр неправильно считывает температуру, в том числе:

1. Мелкие предметы (слишком маленькие, чтобы заполнить конус зрения).
2. Пыль, дым или пар, закрывающие поле зрения.
3. Окна в процессе работы загрязняются и их трудно содержать в чистоте.
4. Излучательная способность продукта изменяется (из-за изменения сплава или состояния поверхности).

Двухцветный пирометр или пирометр с соотношением сторон, такой как Endurance Series, может работать должным образом даже с этими проблемами и указывать правильную температуру.

Чем отличается двухцветный пирометр от одноцветного? Двухцветный пирометр состоит из двух одноцветных пирометров в одной упаковке.Он использует два детектора, работающих на двух разных длинах волн, но оба детектора видят одну и ту же горячую цель.

Схема реализации пирометра отношения с использованием двух детекторов в многослойной структуре

Давайте сначала рассмотрим синий график в примере ниже. Двухцветный термометр смотрит на черное тело с коэффициентом излучения 1,0 и температурой черного тела 1500 ° C.В соответствии с законом Планка два детектора выдают следующие единицы энергии в соответствии с синей кривой при коэффициенте излучения 1,0:

Детектор №1 на длине волны λ ₁ выдаст на выходе 500 единиц.

Детектор №2 на разной длине волны λ ₂ выдаст сигнал в 1000 единиц.

Так как это термометр отношения, мы делим 1000 на 500 и получаем отношение 2. Прибор откалиброван таким образом, чтобы показывать 1500 ° C, когда он видит отношение 2.

Кривые Планка для термометра отношения, смотрящего двумя детекторами на черное тело при температуре 1500 ° C

Что же произойдет, если каким-то образом сигнал от горячей цели уменьшится или не попадет в детектор? Это может быть вызвано грязным окном, слишком маленьким объектом, чтобы заполнить конус обзора, или, возможно, дым на линии прямой видимости. На коричневом графике показан пример с потерей сигнала 90%, но заданная температура все еще составляет 1500 ° C.Это то же самое, что и видимое падение коэффициента излучения с 1,0 до 0,1.

Детектор №1 выдаст сигнал 50 единиц.

Детектор №2 выдаст сигнал 100 единиц.

Оба сигнала были уменьшены на 90% по сравнению с верхней кривой (E = 1.0). Обратите внимание, что 100, разделенное на 50, снова равно 2, иначе прибор покажет 1500 ° C, даже если мы потеряли 90% сигнала. Каждый двухцветный термометр имеет ограничение на то, насколько можно уменьшить сигнал. Это называется затуханием, которое может варьироваться от 0% до 95% сигнала и при этом считывать точную температуру.

В принципе, двухцветный термометр работает правильно, если все, что влияет на одну длину волны, должно влиять на другую длину волны в той же степени. К сожалению, существуют приложения, в которых коэффициент излучения объекта различается для двух длин волн, например, для измерения расплавленных металлов. Когда двухцветный термометр смотрит на расплавленный металл, соотношение сигналов (или крутизна) будет неправильным, и возникнет ошибка при измерении температуры.

Как это можно исправить? Все двухцветные термометры имеют регулировку E-Slope. При просмотре расплавленного металла регулятор E-Slope поворачивается до тех пор, пока прибор не покажет правильную температуру металла. Правильная температура может быть получена с помощью одноразовой термопары. Эта регулировка E-Slope просто корректирует соотношение на константу, которая корректирует показания прибора на неравные спектральные коэффициенты излучения цели. После того, как E-Slope настроен, проблемы с дымом, паром, пылью, мелкими целями и т. Д., правильно обрабатываются прибором.

Следующая статья: Точное бесконтактное инфракрасное измерение температуры >>

Принципы работы пирометров | Sciencing

Пирометр измеряет температуру поверхности объекта без контакта с ним. Объекты могут излучать тепловое излучение. Устройство пирометра улавливает эти волны излучения и измеряет их, поскольку тепло может производить пропорциональные волны излучения. Пирометры имеют множество применений, в том числе в металлургии, паровых котлах, воздушных шарах и печах с соляной ванной, среди прочего.Устройство пирометра также можно назвать радиационным термометром, и вы можете использовать эти термины как синонимы.

Базовая конструкция

Базовый пирометр, хотя он бывает различных моделей и типов, состоит из двух основных компонентов. Он состоит из оптических систем и детекторов. Оптическая система пирометра фокусируется на излучательной способности объекта. Он посылает излучение на детектор, компонент очень чувствительный к волнам излучения. Затем детектор выводит данные об излучении, в частности, о температуре объекта, от которого исходит излучение.Детектор получает свою температуру, анализируя уровни энергии излучения, которые прямо пропорциональны его температуре.

Другие типы пирометров

Инфракрасные пирометры, также известные как инфракрасные термометры, имеют те же принципы конструкции, что и базовый пирометр. Однако одним заметным отличием является то, что эти типы пирометров с кулачком измеряют энергию излучения с большего расстояния. Они делают это, измеряя длины волн в диапазоне от 0,7 до 20 микрон.Оптические пирометры работают с использованием нити накала внутри пирометра. Пользователь определяет температуру, сопоставляя цвет объекта с цветом нити накала.

Плюсы и минусы

Как и у любого прибора, у пирометров есть свои плюсы и минусы. Их обычно сравнивают с термометрами, которые соприкасаются с предметом. Это первый плюс пирометра; он может измерять температуру объектов, не контактируя с ними. Различные модели могут измерять температуру объектов с разного расстояния.Пирометры также обычно прочны. Однако устройство пирометра дорогое в производстве, и это один из недостатков. Еще один минус в том, что он не работает в пыльных условиях.

Применение пирометров

Поскольку пирометры измеряют объекты на расстоянии, вы обнаружите, что наиболее выгодно использовать их для объектов, к которым опасно прикоснуться с помощью стандартных термометров, или для объектов, находящихся вне досягаемости или движущихся. Вы можете использовать пирометры в металлургии, в том числе в плавке.Паровые котлы используют это устройство, устанавливая его в пароперегревателе и измеряя температуру пара. Операторы воздушного шара используют пирометры для измерения тепла в верхней части воздушного шара, чтобы гарантировать, что ткань не перегревается.

Оптический пирометр – обзор

Оптические измерения температуры подложки

Одним из наиболее важных параметров роста при МЛЭ является температура подложки. Оптические пирометры часто используются для измерения температуры подложки во время роста.Пирометры обладают рядом преимуществ, одно из которых – относительно нечувствительность к геометрии измерения, что позволяет проводить измерения температуры на пластине или плите. К тому же они дешевы и в целом очень надежны. Однако есть некоторые проблемы при проведении пирометрических измерений температуры в MBE. Необходимо выбрать длину волны обнаружения, при которой подложки непрозрачны; следовательно, для многих приложений МЛЭ необходимо выбирать пирометр, который работает на более коротких длинах волн, чем это типично для промышленности пирометров.Обычно это приводит к необходимости увеличения размера пятна и невозможности выполнять измерения при более низких температурах. Кроме того, стандартные показания пирометра могут быть ошибочными из-за рассеянного света от таких предметов, как ионные датчики и источники эффузии. Наконец, стандартные оптические пирометры должны быть откалиброваны в системе MBE, и на калибровку может сильно повлиять нарост материала или покрытие смотрового окна пирометра.

В последние годы были разработаны альтернативы стандартному пирометру, и их популярность растет.Ряд компаний предлагают пирометры с коррекцией коэффициента излучения, в которых встроенный рефлектометр используется для измерения коэффициента излучения и повышения точности измерения температуры подложки. Обычно в рефлектометре используется светоизлучающий диод (LED) или лазер, работающий на длине волны, близкой к длине волны обнаружения пирометра, а изменение оптической интенсивности отраженного (или прошедшего) сигнала отслеживается для получения информации о росте тонкой пленки. Эти системы предлагают несколько потенциальных преимуществ, включая повышенную точность показаний температуры, измерение коэффициента излучения поверхности и возможность измерения скорости роста и толщины слоя на месте путем анализа сигнала отражательной способности. Однако есть и ряд проблем. Обычно эти системы требуют нормального падения на подложки и чувствительны к выравниванию. Следовательно, невозможно проводить измерения в разных точках стола, и на эти инструменты может значительно повлиять любое колебание подложки вокруг оси вращения. Рефлектометр в этих приборах также требует калибровки, на которую может сильно повлиять покрытие смотровых окон. Наконец, для некоторых из этих инструментов рефлектометр не имеет поправки на эффект рассеянного света, что приводит к очень большим ошибкам в вычислении температуры поверхности.Это особенно характерно для пирометров с коррекцией излучательной способности, которые были перепрофилированы из других приложений и специально не предназначены для решения уникальных задач в MBE.

Системы, основанные на спектроскопии диффузного отражения (DRS), такие как система BandiT, предлагаемая k-Space Associates, являются еще одной альтернативой стандартному пирометру и становятся все более популярными в последние годы (Farrer et al. , 2007; Hoke et al. ., 2010; Ihlefeld et al., 2007; Sacks et al., 2005). Эти системы могут работать в режиме отражения, улавливая свет от эталонной лампы, который диффузно рассеивается от поверхности пластины, или в режиме пропускания, улавливая свет от нагревателя подложки, который проходит через подложку.Затем спектр собранного света анализируется для определения эффективной ширины запрещенной зоны подложки, которая затем используется для расчета температуры подложки. Среди преимуществ этого метода – то, что он не требует калибровки в системе MBE; он довольно нечувствителен к геометрии камеры и колебаниям подложки при вращении, и на него практически не влияет нанесение покрытия на смотровые окна. Однако этот метод также имеет недостатки в том, что эти системы более дороги, чем пирометры или пирометры с коррекцией излучательной способности, и измерения DRS становятся очень трудными, когда осаждаемый эпитаксиальный слой имеет меньшую ширину запрещенной зоны, чем подложка, поскольку это сбивает с толку прибором интерпретацию ширины запрещенной зоны. .Как правило, последняя проблема может быть решена путем изменения метода анализа, используемого для собранного света. Как правило, для этого есть два варианта. Во-первых, эти инструменты также можно использовать в качестве пирометра, просто интегрируя спектральную интенсивность правильно выбранного узкого диапазона выше запрещенной зоны растущего образца. Во-вторых, можно определить как температуру, так и коэффициент излучения в реальном времени, подгоняя уравнение Планка к более широкому диапазону оптического спектра, также выше запрещенной зоны растущего образца.Подобная подгонка также может позволить оценить скорость роста и шероховатость поверхности в реальном времени.

Пирометр – обзор | Темы ScienceDirect

29.4.2.4.2 Пирометрия и спектроскопия диффузного отражения

Одним из наиболее важных параметров роста при МЛЭ является температура подложки. Оптические пирометры обычно используются для измерения температуры субстрата во время роста. Пирометры обладают рядом преимуществ, одно из которых – относительно нечувствительность к геометрии измерения, что позволяет проводить измерения температуры на пластине или плите. К тому же они дешевы и в целом очень надежны. Однако есть некоторые проблемы при проведении пирометрических измерений температуры в MBE. Необходимо выбрать длину волны обнаружения, при которой подложки кажутся непрозрачными; следовательно, для многих приложений МЛЭ необходимо выбирать пирометр, который работает на более коротких длинах волн, чем это типично для промышленности пирометров. Обычно это приводит к необходимости увеличения размера пятна и невозможности выполнять измерения при более низких температурах.Кроме того, стандартные показания пирометра могут быть ошибочными из-за рассеянного света от таких предметов, как ионные датчики и источники. Наконец, стандартные оптические пирометры должны быть откалиброваны в системе MBE, и на калибровку может сильно повлиять нарост материала или покрытие смотрового окна пирометра.

В последние годы были разработаны альтернативы стандартному пирометру, и их популярность растет. Ряд компаний предлагают пирометры с коррекцией коэффициента излучения, в которых встроенный рефлектометр используется для измерения коэффициента излучения и повышения точности измерения температуры подложки. Обычно в рефлектометре используется светоизлучающий диод (LED) или лазер, работающий на длине волны, близкой к длине волны обнаружения пирометра, и отслеживается изменение оптической интенсивности отраженного (или прошедшего) сигнала, чтобы дать информацию о росте тонкая пленка. Эти системы предлагают несколько потенциальных преимуществ, включая повышенную точность показаний температуры, измерение коэффициента излучения поверхности и возможность измерения скорости роста на месте путем анализа сигнала отражательной способности.Однако есть и ряд проблем. Обычно эти системы требуют нормального падения на подложки и очень чувствительны к выравниванию. Следовательно, невозможно проводить измерения в разных точках стола, и на эти инструменты может значительно повлиять любое колебание подложки вокруг оси вращения. Рефлектометр в этих приборах также требует калибровки, на которую может сильно повлиять покрытие смотровых окон. Наконец, для некоторых из этих инструментов рефлектометр не имеет поправки на эффект рассеянного света, что приводит к очень большим ошибкам в вычислении температуры поверхности. Это особенно характерно для пирометров с коррекцией излучательной способности, которые были разработаны для использования в основном с системами MOCVD.

Системы, основанные на спектроскопии диффузного отражения (DRS), такие как система BandiT, предлагаемая k-Space Associates, являются другой альтернативой стандартному пирометру и становятся все более популярными в последние годы [21–24]. Эти системы могут работать в режиме отражения, улавливая свет от эталонной лампы, который диффузно рассеивается от поверхности пластины, или в режиме пропускания, улавливая свет от нагревателя подложки, который проходит через подложку.Затем спектр собранного света анализируется для определения эффективной ширины запрещенной зоны подложки, которая затем используется для расчета температуры подложки. Среди преимуществ этого метода заключается в том, что его не нужно калибровать в системе MBE, он довольно нечувствителен к геометрии камеры и колебаниям подложки при вращении, и на него практически не влияет нанесение покрытия на смотровые окна. Однако этот метод также имеет проблемы в том, что эти системы более дороги, чем пирометры или пирометры с коррекцией излучательной способности, и измерения DRS становятся очень трудными, когда наносимый эпитаксиальный слой имеет меньшую ширину запрещенной зоны, чем подложка, поскольку это сбивает с толку инструментальную интерпретацию ширины запрещенной зоны. .Обычно эта последняя проблема может быть решена путем изменения метода анализа, используемого для собранного света. В этом сценарии прибор становится пирометром с коррекцией излучательной способности, в котором температура поверхности и коэффициент излучения определяются путем подгонки ко всему спектру данных. Работая в этом режиме, эти инструменты также могут измерять скорость роста и оценивать шероховатость поверхности.

Принцип работы пирометра | Типы пирометров

Когда измеряемая температура очень высока и физический контакт с измеряемой средой невозможен или непрактичен, используется оптический пирометр, основанный на принципе теплового излучения. Эти типы принципа работы пирометра используются в условиях, когда коррозионные пары или жидкости могут разрушить термопары, термометр сопротивления и термистор, если они вступят в контакт с измеряемой средой.

измеряет лучистое (энергетическое) тепло, излучаемое или отраженное горячим объектом. Тепловое излучение – это электромагнитное излучение, испускаемое в результате изменения температуры и имеющее длину волны от 0,1 до 100 мкм.

Согласно принципу теплового излучения, энергия, излучаемая горячим телом, является функцией его температуры.Ссылаясь на рис. 13.54, тепло, излучаемое горячим телом, фокусируется на датчике излучения. Детектор излучения почерневший и поглощает все или почти все падающее на него излучение (если температура очень мала по сравнению с температурой горячего тела, то

Следовательно, тепло, получаемое детектором, пропорционально четвертой степени абсолютной температуры горячего тела.

бывают двух типов.

1. Пирометры полного излучения
2. Инфракрасные пирометры

Пирометр полного излучения принимает практически все излучение от горячего тела и фокусируется на горячем теле и фокусируется на чувствительном датчике температуры, таком как термопара, болометр, термобатарея и т. Д.Общее излучение включает как видимое, так и инфракрасное излучение.

Принцип работы пирометра общего излучения состоит из элемента, принимающего излучение, и измерительного устройства для непосредственной индикации температуры. На рисунке 13.55 показан радиационный пирометр зеркального типа.

В пирометрах этого типа диафрагма и зеркало используются для фокусировки излучения на преобразователях, считывающих лучистую энергию. От линзы (зеркала) до датчика расстояние регулируется для правильной фокусировки.Расположение зеркал имеет то преимущество, что, поскольку линза отсутствует, отсутствует как поглощение, так и отражение.

Наличие каких-либо поглощающих сред между целью и преобразователями снижает принимаемое излучение, и показания пирометра низкие.

Из-за четвертого степенного закона (q пропорционально T ⁴ ) характеристики пирометра полного излучения нелинейны и имеют низкую чувствительность в более низких диапазонах температур. Следовательно, пирометры полного излучения нельзя использовать для измерения температуры ниже 600 ° C, поскольку при более низких температурах вносятся ошибки.

Таким образом, пирометры полного излучения используются в основном в диапазоне температур 1200 ° C – 3500 ° C.

Выходной сигнал пирометров полного излучения, независимо от того, усилен он или нет, обычно поступает на прибор PMMC или на самобалансирующийся потенциометр. Выходной сигнал может быть подан на записывающее устройство или контроллер.

– это пирометры частичного или селективного излучения. При температуре выше 550 ° C поверхность начинает излучать энергию видимого света, и одновременно происходит пропорциональное увеличение инфракрасной энергии.

Используются инфракрасные принципы с использованием термопар, термобатареи и болометров. Также для инфракрасных преобразователей чаще всего используются различные типы фотоэлектрических преобразователей. Наиболее полезными преобразователями, используемыми в промышленности, являются фотоэлементы. Эти ячейки, используемые в радиационных пирометрах, реагируют на длину волны в инфракрасном диапазоне и могут использоваться для измерения температуры до 400 ° C.

Инфракрасное излучение фокусируется на фотоэлементе, как показано на рис.13,56. Необходимо следить за тем, чтобы ячейка не перегревалась. Ядро излучения, проходящего в ячейку, определяется площадью первой диафрагмы.

Защитное окошко из тонкого стекла служит для защиты ячейки и фильтра от физических повреждений. Фильтр используется в диапазоне от 1000 ° C до 1200 ° C, чтобы уменьшить инфракрасное излучение, попадающее в фотоэлемент. Это помогает предотвратить перегрев фотоэлемента.

Все инфракрасные системы зависят от передачи инфракрасной лучистой энергии, излучаемой нагретым телом, на детектор в измерительной системе.Головка датчика фокусируется на объекте, температура которого измеряется и / или контролируется.

Энергия инфракрасного излучения, падающая на детектор, либо изменяет сопротивление детектора пропорционально температуре, как в случае термистора, либо генерирует ЭДС в детекторе, таком как термобатарея. Затем изменение сопротивления или генерируемая ЭДС отображается на измерителе.

Инфракрасные пирометры

«Пирометр» происходит от греческого корня «пиро», что означает «огонь».Термин пирометр первоначально использовался для обозначения устройства, способного измерять температуру объектов выше накала, объектов, ярких для человеческого глаза. Первоначальные инфракрасные пирометры были бесконтактными оптическими устройствами, которые улавливали и оценивали видимое излучение, испускаемое светящимися объектами.

Современное и более правильное определение – это любое бесконтактное устройство, улавливающее и измеряющее тепловое излучение, испускаемое объектом, для определения температуры поверхности. Термометр, также от греческого корня термос, что означает горячий, используется для описания широкого ассортимента устройств, используемых для измерения температуры.Таким образом, пирометр – это разновидность инфракрасного термометра. Обозначение радиационного термометра эволюционировало за последнее десятилетие как альтернатива оптическому пирометру. Поэтому термины инфракрасный пирометр и радиационный термометр используются как синонимы во многих ссылках.

Проще говоря, радиационный термометр состоит из оптической системы и детектора. Оптическая система фокусирует энергию, излучаемую объектом, на детектор, чувствительный к излучению. Выходной сигнал детектора пропорционален количеству энергии, излучаемой целевым объектом (за вычетом количества, поглощаемого оптической системой), и отклику детектора на определенные длины волн излучения.Эти выходные данные можно использовать для определения температуры объектов. Излучательная способность или эмиттанс объекта является важной переменной при преобразовании выходного сигнала детектора в точный температурный сигнал.
Инфракрасные оптические пирометры, специально измеряющие энергию, излучаемую объектом в диапазоне длин волн от 0,7 до 20 микрон, являются подмножеством радиационных термометров. Эти устройства могут измерять это излучение на расстоянии. Нет необходимости в прямом контакте между радиационным термометром и объектом, как в случае с термопарами и резистивными датчиками температуры (RTD).Радиационные пирометры особенно подходят для измерения движущихся объектов или любых поверхностей, к которым нельзя дотянуться или к которым нельзя прикасаться.
Но преимущества радиационной термометрии имеют свою цену. Даже самые простые устройства дороже, чем сборка стандартной термопары или резистивного датчика температуры (RTD), а стоимость установки может превышать стоимость стандартной защитной гильзы. Устройства имеют прочную конструкцию, но требуют регулярного обслуживания, чтобы не допускать попадания на траекторию визирования и поддерживать чистоту оптических элементов.Системы пирометров, используемые для более сложных приложений, могут иметь более сложную оптику, возможно, вращающиеся или движущиеся части, а также электронику на основе микропроцессора. Для радиационных термометров не существует принятых в отрасли калибровочных кривых, как для термопар и RTD. Кроме того, пользователю может потребоваться серьезно изучить приложение, чтобы выбрать оптимальную технологию, метод установки и компенсацию, необходимую для измеряемого сигнала, для достижения желаемых характеристик.

В предыдущей главе эмиттанс был определен как критический параметр для точного преобразования выходного сигнала детектора, используемого в радиационном термометре, в значение, представляющее температуру объекта.
Термины излучательная способность и излучательная способность часто используются как синонимы. Однако есть техническое различие. Коэффициент излучения относится к свойствам материала; излучение к свойствам конкретного объекта. В этом последнем смысле излучательная способность является лишь одним из компонентов при определении эмиттанса. Необходимо учитывать другие факторы, в том числе форму объекта, окисление и качество поверхности.
Кажущийся коэффициент излучения материала также зависит от температуры, при которой он определяется, и длины волны, на которой проводится измерение.Состояние поверхности влияет на значение светового потока объекта, с более низкими значениями для полированных поверхностей и более высокими значениями для шероховатых или матовых поверхностей. Кроме того, по мере окисления материалов эмиттанс имеет тенденцию к увеличению, а зависимость состояния поверхности уменьшается. Типичные значения излучательной способности для ряда обычных металлов и неметаллов при различных температурах приведены в таблицах, начиная со стр. 72.

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ВЫХОДА РАДИАЦИОННОГО ТЕРМОМЕТРА:

V (T) = e K TN
Где:

• e = излучательная способность
• В (Т) = выход термометра с температурой
• K = постоянная
• T = температура объекта
• N = коэффициент N (= 14388 / (lT))
• l = эквивалентная длина волны

Однако коэффициент излучения, определенный в лабораторных условиях, редко согласуется с фактическим коэффициентом излучения объекта в реальных условиях эксплуатации.По этой причине можно использовать опубликованные данные об излучательной способности при высоких значениях.
Как показывает практика, большинство непрозрачных неметаллических материалов имеют высокий и стабильный коэффициент излучения (от 0,85 до 0,90). Большинство неокисленных металлических материалов имеют коэффициент излучения от низкого до среднего (от 0,2 до 0,5). Исключение составляют золото, серебро и алюминий со значениями коэффициента излучения от 0,02 до 0,04. Температуру этих металлов очень трудно измерить радиационным термометром.
Одним из способов экспериментального определения коэффициента излучения поверхности является сравнение измерения радиационным термометром цели с одновременным измерением, полученным с помощью термопары или RTD.Разница в показаниях связана с коэффициентом излучения, который, конечно, меньше единицы. Для температур до 500 ° F (260 ° C) значения коэффициента излучения можно определить экспериментально, наклеив кусок черной малярной ленты на целевую поверхность. С помощью радиационного пирометра, установленного на коэффициент излучения 0,95, измерьте температуру поверхности ленты (дайте ей время для достижения теплового равновесия). Затем измерьте температуру целевой поверхности без ленты. Разница в показаниях определяет фактическое значение целевой излучательной способности.
Многие инструменты теперь имеют откалиброванные настройки коэффициента излучения. Регулировка может быть установлена ​​на значение коэффициента излучения, определенное из таблиц или экспериментально, как описано в предыдущем абзаце. Для наивысшей точности может потребоваться независимое определение коэффициента излучения в лаборатории на длине волны, на которой измеряет термометр, и, возможно, при ожидаемой температуре объекта.
Значения коэффициента излучения в таблицах были определены пирометром, установленным перпендикулярно цели.Если фактический угол визирования составляет более 30-40 градусов от нормали к цели, может потребоваться лабораторное измерение излучательной способности.
Кроме того, если пирометр излучения направлен через окно, должна быть предусмотрена поправка на коэффициент излучения для энергии, потерянной при отражении от двух поверхностей окна, а также на поглощение в окне. Например, около 4% излучения отражается от стеклянных поверхностей в инфракрасном диапазоне, поэтому эффективное пропускание составляет 0,92. Потери через другие материалы можно определить по показателю преломления материала на длине волны измерения.
Неопределенность, касающуюся эмиттанса, можно уменьшить с помощью коротковолновых или относительных радиационных термометров. Короткие волны, около 0,7 микрона, полезны, потому что усиление сигнала в этой области велико. Более высокий выходной отклик на коротких волнах имеет тенденцию подавлять эффекты изменений эмиттанса. Высокое усиление излучаемой энергии также имеет тенденцию подавлять эффекты поглощения пара, пыли или водяного пара на пути прицеливания к цели. Например, установка длины волны в таком диапазоне приведет к тому, что датчик будет показывать в пределах от +/- 5 до +/- 10 градусов абсолютной температуры, когда коэффициент излучения материала равен 0.9 (+/- 0,05). Это соответствует точности от 1% до 2%.

Разница между двухцветными и двухволновыми пирометрами

Примечание редактора. Эта запись в блоге была первоначально опубликована в 2015 году и была обновлена ​​для обеспечения точности и актуальности.

В мире инфракрасных датчиков температуры существует два типа пирометров соотношения сторон: двухцветные (TC) и двухволновые (DW).Оба используют соотношение энергии, измеренное на двух длинах волн, для получения показания температуры. Этот метод измерения позволяет датчикам соотношения автоматически компенсировать изменение коэффициента излучения (для материалов типа «серое тело»), частично заполненные поля обзора и грязные окна. Хотя и двухцветные, и двухволновые пирометры являются пропорциональными пирометрами, конструкция и возможности каждого типа пирометра сильно различаются.

Двухцветные пирометры

• Универсальный набор длин волн
• Компенсация переменной излучательной способности и небольшого оптического препятствия или смещения
• Используется при свободном оптическом пути между пирометром и мишенью
• Измерение температуры выше 600 ° C / 1100 ° F
• Идеально для равномерно нагретых черных металлов без окалины

Двухцветные пирометры используют так называемый «сэндвич-детектор», означающий, что два светофильтра накладываются друг на друга.Одна длина волны представляет собой широкий диапазон волн (например, 0,7-1,1 мкм), а другая длина волны представляет собой узкий диапазон волн (1,0-1,1), который является подмножеством более широкого диапазона. Эти пирометры, по сути, работают как камера, делая снимки объекта, который вы хотите измерить. Если закрыть объектив камеры, изображение будет искажено и неточным. Вместо того, чтобы делать снимок, пирометр измеряет интенсивность лучистой энергии от объекта. Однако аналогия остается прежней. Если вы частично заблокируете поле зрения, вы получите неточные показания.Некоторые распространенные препятствия, с которыми сталкиваются многие производители:

1. Грязные стекла и линзы
2. Дым, вода, плазма, пламя или пар
3. Прочие плавающие частицы: грязь, пыль и т. Д.

Хорошая новость в том, что двухцветные пирометры в некоторой степени прощают ошибки. Однако, если вы пытаетесь измерить температуру объекта, который постоянно закрыт препятствием, например паром, вам может потребоваться пирометр с двумя длинами волн.

Двухволновые пирометры

• Тщательно подобранный набор длин волн
• Компенсация переменной излучательной способности, температурного градиента, сильных оптических препятствий и перекоса
• Набор длин волн может быть выбран для просмотра сквозь воду, пар, пламя, плазму и т. Д.
• Измерение температуры выше 95 ° C / 200 ° F
• Лучше переносит окалину, температурные градиенты и помехи, не связанные с серым цветом, благодаря большему разделению между длинами волн

Двухволновые пирометры используют два отдельных и разных набора длин волн на колесе фильтра для измерения самой высокой температуры, которая находится в их поле зрения.Поскольку конструкция позволяет использовать отдельные длины волн, эти наборы длин волн можно выбирать и комбинировать независимо друг от друга, чтобы обеспечить некоторые очень уникальные возможности. Наиболее важные возможности заключаются в том, что вы можете выбирать наборы длин волн, которые выдерживают воду, пар, пламя, плазму и лазерную энергию. Это обеспечивает более точное считывание с дополнительным бонусом, заключающимся в том, что они более устойчивы к шкале, перекосу и оптическим препятствиям, чем двухцветные пирометры. Эти функции позволяют получать последовательные и точные показания в широком диапазоне рабочих условий без необходимости вносить изменения в датчик.

Разница в конструкции дает два основных технических преимущества двухволнового пирометра:

Scale – это пирометры с коэффициентом интерференции не потому, что у него другой коэффициент излучения, а потому, что он излучает инфракрасную энергию с другим соотношением. Шкала намного холоднее горячего металла, на котором она стоит, и делает показания пирометра искусственно заниженными. Двухцветный пирометр предназначен для измерения средней температуры того, что он видит в своем поле зрения, в то время как двухцветный пирометр более сильно взвешен по самой высокой температуре, которую он видит.

• Точно так же, как ножки на столе, пропорциональный пирометр более устойчив, когда ножки (длины волн расположены дальше друг от друга
• Большее разделение длин волн делает двухволновые пирометры в 20 раз менее чувствительными к шкале и температурным градиентам по сравнению с двухцветными пирометрами. Ошибка в 40 или 60 градусов становится ошибкой только в 2 или 3 градуса.

• Пар

• Пламя

• Вода

• Плазма

Двухцветные и двухволновые пирометры могут компенсировать изменение коэффициента излучения, незначительное окисление поверхности и умеренное смещение.Но, как показывает диаграмма, двухволновые датчики имеют гораздо больше возможностей, когда дело доходит до борьбы с обычными промышленными помехами. Благодаря возможности выбора из пяти различных комбинаций длин волн технология Dual-Wavelength позволяет вам выбрать набор длин волн, подходящий для ваших собственных условий применения.

Для многих применений подходящим выбором являются двухцветные датчики. Для приложений, которые связаны с любыми из перечисленных выше помех, или для приложений, связанных с масштабом или температурными градиентами, двухволновые пирометры являются более подходящим выбором.

В дополнение к двум преимуществам, перечисленным выше, двухволновые пирометры также могут измерять более низкие и более широкие диапазоны температур. По сути, вы привязаны только к одной универсальной длине волны, установленной с помощью двухцветных устройств, но у вас есть больше вариантов для комбинаций длин волн с двумя длинами волн. В результате возможность выбора длины волны дает пирометру с двумя длинами волн некоторые существенные дополнительные преимущества и технические преимущества по сравнению с двухцветными датчиками.Это позволяет более точно и надежно измерять температуру в самых сложных промышленных условиях.

Хотите знать, подойдет ли вам пирометр для измерения соотношения?

Независимо от того, решите ли вы выбрать двухцветный пирометр или пирометр с двумя длинами волн, их можно использовать для следующих целей:

• Сталелитейные заводы
• Литье, формование, соединение и термическая обработка металлов
• Индукционный нагрев, сопротивление, трение, пламя и лазерный нагрев
• Кузнечные заводы: заготовки, штампы, термообработка
• Проволочные, прутковые и прутковые мельницы
• Вращающиеся печи, тепловые реакторы и твердотопливные энергетические котлы
• Технические материалы: кристаллы кремния, CVD-алмазы, уплотнение углерода, высокотемпературная керамика

Возникли проблемы с измерением температуры?

Нет двух одинаковых производственных предприятий, поэтому мы адаптируем наши пирометры к вашим конкретным потребностям.