Что такое пирометр и как им пользоваться

Дистанционное измерение температуры необходимо не только при контроле производственных процессов, но и является частью процесса наладки автономного отопления. После просчета удельной мощности нагревательных приборов и их монтажа необходимо проверить фактические температурные показатели. Лучше всего для этого применять инфракрасные пирометры. В статье мастер сантехник расскажет, что такое пирометр и как им пользоваться.

Где применяется пирометр

Пирометр широко используется в электрике и в системах теплоснабжения. С его помощью замеряют температуру движущихся частей механизмов. Например, чтобы выяснить греется подшипник на двигателе или нет.

Выявляют перепады температур на смежных поверхностях – цилиндры компрессора в холодильных установках, или отдельные детали внутри автомобиля.

Допустим у вас греется двигатель по неизвестной причине и вам нужно выяснить почему. Для этого пирометром сначала замеряете температуру на выходном патрубке термостата и сравниваете ее с температурой радиатора.

Если разница очень большая, тогда скорее всего виноват термостат.

Еще один из вариантов применения – измерение температуры раскаленного металла для его правильной обработки.

Если это делать классическими термометрами, то вы потеряете драгоценное время на нагрев самой термопары. А беспроводным термокрасным пирометром, все это занимает буквально мгновение.

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.

Почему пирометр врет — причины

Прибор этот безусловно хороший, но давайте подробнее рассмотрим вопрос, как же им правильно пользоваться. Ведь простое наведение лазерного луча и считывание показаний на электронном табло, не всегда гарантирует и дает корректные результаты.

При замерах существует множество погрешностей, о которых большинство пользователей даже не догадывается. Измерение температур при помощи оптического прибора, отличается от измерения температуры приборами контактными.

Вот основные ошибки, которые допускают новички:

• Не учитывается материал, из которого сделан предмет измерения;
• Замеры производятся через стекло или в пыльном, влажном помещении
• Температура самого пирометра значительно отличается от температуры окружающей среды;
• Измерения происходят слишком далеко от объекта, без учета конуса расширения луча;
• Экономные "специалисты" пытаются работать прибором наподобие тепловизора на больших площадях, не учитывая при этом частоту обновления показаний девайса.

Рассмотрим все эти моменты более подробно.

Погрешность при отражении луча и коэффициент излучения

Когда вы измеряете градусы контактным термометром, вы по факту делаете замер только температуры тела. А вот если вы попытаетесь тоже самое проделать на некотором расстоянии, то вы попутно измерите все те волны и лучи, которые не зависимо от вашего желания так или иначе попадают в объектив пирометра.

А попадает туда не только то излучение, которое испускает тело.

И если при этом не знать как правильно настраивать пирометр, то прибор будет показывать полную белиберду.

Что это за помехи, которые влияют на точность измерения? При работе с инструментом в его объектив попадает 3 составляющих:

• Лучи, которые тело пропускает через себя;
• Лучи, которые оно испускает (это его собственная температура);
• Отраженные лучи от окружающих предметов.

Пропускаемые лучи в расчетах обычно не учитываются, потому то большинство тел попросту непрозрачны для них. Поэтому в расчет берутся только две величины:

• Коэффициент излучения или коэффициент эмиссии;
• Коэффициент отражения.

Причем вас в большей степени должен интересовать именно коэффициент излучения, так как это и есть та самая температура, которую имеет тело.

Коэффициент эмиссии (излучения) — это величина, которая показывает сколько процентов от всего излучения составляет именно тепло. Остальное может быть отраженный свет или свет, который проходит сквозь тело.

В этом плане стоит заметить, что пирометр не может измерять температуру предмета, который находится за стеклом, в дыму или тумане.

Стекло для оптики прибора – это не прозрачный элемент, а отдельный объект, выделяющий свое собственное излучение. Поэтому его нужно убирать из области замера.

Большинство тел и поверхностей нас окружающих, имеют коэффициент излучения равный 0,95. Именно такие заводские настройки изначально выставляются на приборах.

Причем на дешевых моделях, они жестко встроены в программную составляющую раз и навсегда, и изменить вы их не сможете. На более дорогих аппаратах, данный коэффициент можно регулировать вручную.

Для чего это необходимо делать? У разных по составу и свойствам тел, коэффициент излучения отличается. И чем он выше, тем точнее будут результаты измерения температуры пирометром.

Например, если он составляет величину К=0,95, то у вас на отражение остается всего 5%. Ошибка, которую будут вносить эти самые 5%, будет крайне мала и ей можно пренебречь.

Но дело в том, что на практике как в электричестве, так и в отоплении, нас мало интересуют предметы с высоким коэффициентом излучения. К таковым относятся стены, пол, поверхность стола, предметы мебели и т.д.

Пирометром мы в первую очередь измеряем медные или алюминиевые контакты, радиаторы батарей отопления, трубы, хромированные полотенцесушители и т.п.

Все они имеют яркую блестящую поверхность, которая как раз-таки и вносит существенную ошибку в данные замеров. При этом есть определенный нюанс.

Разница показаний при замерах нагретых и холодных тел

К примеру, если у вас предмет имеет температуру окружающей среды, то излучает и отражает он приблизительно одну и ту же температуру. Но если его при этом нагреть, то сразу же появится погрешность, существенно искажающая реальные данные.

Чтобы удостоверится во всем вышесказанном, можете сами провести простейший эксперимент. Возьмите блестящую кастрюлю и какую-нибудь книжку.

Далее проведите замеры на них одним и тем же пирометром. Чтобы повысить точность эксперимента, старайтесь делать замеры в одной точке.

Результаты у вас точно не будут одинаковыми, правда сильной разницы вы не увидите. Если перепроверить это дело контактным термометром, то отклонения будут составлять всего 2-3 градуса.

Но это все будет справедливо только при комнатной температуре предметов. А что будет, если в кастрюлю залить горячую воду?

Измерения в этом случае тут же пойдут в разнос.

Температура «горячей» кастрюли

Реальная температура с верным коэффициентом

Это говорит о том, что температура нагретых гладких блестящих поверхностей, просто так пирометром не измеряется.

Поэтому, когда в видеороликах показывают, насколько элементарно бесконтактным измерителем определить температуру батарей или контактов, не сильно доверяйте данной рекламе.

Таблица коэффициентов излучения разных материалов

В большинстве случаев, нельзя просто так направить луч, нажать курок и тут же получить правильный результат измерения на табло. На блестящих нагретых предметах все пирометры начинают сильно врать.

И зависит эта погрешность напрямую от коэффициента излучения. Вот подробная таблица коэффициентов излучения различных материалов. Этими данными необходимо пользоваться каждый раз при замерах пирометрами.

Таблица коэффициентов излучения для замеров температуры инфракрасным бесконтактным пирометром

Чтобы повысить точность измерений, стоит покупать более дорогие модели с возможностью выставления этих коэффициентов внутри программных настроек.

Замерить температуру материалов, которых нет в таблице, можно двумя способами. Использовать “мишень” с известным коэффициент, накладывая ее на измеряемый объект.

Или сначала определить контактным термометром температуру поверхности, и затем меняя значения в приборе, добиться примерного совпадения.

Как правильно измерять температуру бесконтактным способом

Процесс правильного замера пирометром будет выглядеть следующим образом.

Определяете материал из которого сделан предмет (сталь, медь, алюминий). Далее в таблице ищите его коэффициент излучения и заносите эту поправку в сам прибор.

И только после этого направляете луч инфракрасного пирометра на объект.

При таком измерении вы действительно получите близкие результаты к фактической температуре. Ну а те девайсы, в которых заводом жестко установлен коэффициент=0.95, попросту будут врать при каждом замере.

Под каким бы углом вы не направляли луч, как близко бы не подносили прибор к поверхности, искажения в любом случае будут. И здесь речь уже идет не об одном или двух градусах.

Погрешность может составлять десятки единиц!

На каком расстоянии можно работать пирометром

Кстати, отдельно стоит сказать о расстоянии. По сути, луч пирометра измеряет температуру некой точки или круга.

При этом не путайте точку лазерного целеуказателя и пятно замера. Это разные вещи. Они отличаются размерами на несколько порядков.

Если вы находитесь на большом расстоянии от объекта, то и это пятно или круг увеличиваются по площади. Соответственно для более точных измерений, прибор следует подносить как можно ближе.

Например, у большинства моделей, конус который они видят, имеет соотношение 12 к 1.То есть на расстоянии в 1.2 метра, вы можете без погрешности измерить температуру тела диаметром 10см, не более.

Хоть это и считается нормальным параметром, но лучше подносить прибор поближе. Так как при замере у вас может дрогнуть рука, либо прицел собьется, и в итоге вместе с требуемой поверхностью, вы измерите и соседнюю, которая внесет свой вклад в общие показания.

Так как указано на фото ниже, измерять температуру модульных автоматов не желательно. Вы невольно вместо одной фазы, захватите и соседнюю, что внесет ошибку в данные. Расстояние между ними слишком маленькое.

То же самое относится и к замерам клеммных колодок и зажимов. Подносить пирометр к ним нужно максимально близко.

Измерение температуры в холоде

Еще не забывайте про температуру окружающей среды. Многие пользователи жалуются, что отдельные модели пирометров, начинают безбожно врать при температурах ниже комнатной.

То есть, они берут прибор, выходят в котельную, подвал или гараж и там пробуют им “пострелять” температуру. В итоге получают совершенно странные результаты.

Дело здесь в том, что любой электроникой, тем более измерительной, нельзя пользоваться пока температура прибора не выровняется с температурой окружающей его среды.

Вынесли пирометр на улицу или в гараж, выдержите его минут 10-20, и только после этого приступайте к измерениям.

Речь конечно не идет о том, что прибор нужно замораживать до минусовых температур. Здесь он врать, скорее всего будет безбожно, так как не рассчитан на работу в таких условиях. В остальных случаях, благодаря такой “выдержке”, погрешность уменьшается.

Время обновления данных

Еще один важный параметр пирометра помимо точности – частота обновления показаний. Особо важно иметь высокую частоту при сканировании и сравнении температур на больших поверхностях.

Прибор в этом случае, как бы имитирует работу тепловизора и ищет максимумы и минимумы.

Очень хорошими показателями считаются результаты от 250мс и меньше. Обладают подобными параметрами только известные бренды. Например, тот же Fluk.

Видео

В сюжете - Как избежать ошибок при работе с пирометром

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Как сделать тепловой расчёт системы отопления — формулы, справочные данные и конкретный пример