МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

У этого термина существуют и другие значения, см. DTS (значения).

Волоко́нно-опти́ческое измере́ние температу́ры (английский вариант DTS = Distributed Temperature Sensing) — применение оптоэлектронных приборов для измерения температуры, в котором стеклянные волокна используются в качестве линейных датчиков.

ОсновыПравить

Волоконно-оптические системы пригодны не только для передачи информации, но и в качестве локальных распределённых измерительных датчиков. Физические величины измерения, например, температура или давление а также сила растяжения могут воздействовать на оптическое волокно и менять свойства световодов в определённом месте. Вследствие гашения света в кварцевых стеклянных волокнах за счёт рассеяния место внешнего физического воздействия может быть точно определено, благодаря чему возможно применение световода в качестве линейного датчика.

Рэлеевское и рамановское рассеяние света.

Иногда оптическое разрешение называют показателем визирования. Этот показатель рассчитывается как отношение диаметра пятна (круга) на поверхности, излучение с которого регистрируется пирометром, к расстоянию до объекта. Чтобы правильно выбрать прибор, необходимо знать сферу его применения. Если необходимо проводить измерения температуры с небольшого расстояния, то лучше выбрать пирометр с небольшим разрешением, например, 4:1. Если температуру необходимо измерять с расстояния в несколько метров, то рекомендуется выбирать пирометр с большим разрешением, чтобы в поле зрения не попали посторонние предметы. У многих пирометров есть лазерный целеуказатель для точного наведения на объект.

Рассмотрим следующие методы измерения температуры: объ­емный, манометрический, терморезисторный (метод термосопро­тивлений), термоэлектрический и пирометрический.

Объемный метод измерения температуры основан на тепловом расширении (изменении объема) различных тел. По этому прин­ципу строятся дилатометрические, биметаллические и жидкост­ные термометры.

Дилатометрический термометр (рис. 7.1) состоит из патрона 1 и штока 2, изготовленных из материалов с различ­ными коэффициентами линейного расширения

Для повышения чувствительности необходимо применять ма­териалы, у которых

возможно больше отличаются друг от друга, в то же время коэффициент линей­ного расширения материала штока следует выбирать близким к нулю для умень­шения теплового запаздыва­ния, обусловленного тем, что шток прогревается мед­леннее, чем патрон (патрон непосредственно соприка­сается со средой, темпера­тура которой измеряется, а шток отделен от нее воз­душной прослойкой). Исходя из этого шток целесообразно изго­товлять из сплава типа инвар (

=l*10-6), a патрон — из мате­риала с большим

, например из дуралюмина (

Ввиду малости перемещения штока (десятые доли мм) ди­латометрический термометр содержит передаточно-множительный механизм, увеличивающий перемещение штока до величины, удобной для отсчета.

Биметаллические термометры (рис. 7.2) так же, как и дилатометрические, основаны на тепловом расширении твердых тел и отличаются лишь способом соединения компонент Теплочувствительный элемент представляет собой биметалличе­скую пластину, состоящую из двух сваренных или сплавленных (реже спаянных) по всей длине пластин с различными коэффи­циентами линейного расширения

. При нагревании биме­таллическая пластина изгибается таким образом, что ее выпук­лость образуется со стороны материала с большим

где l — длина биметаллической пластины;

h — суммарная толщина биметаллической пластины;

— величина изменения температуры.

Линейное перемещение прямой консольно закрепленной пла­стины

В авиационных приборах применяют биметаллические пла­стины, состоящие из стали (

= 19 • 10-6) и инвара (

По сравнению с дилатометрическим элементом биметалличе­ский элемент дает большее перемещение при меньших габаритах, что позволяет уменьшить передаточное отношение механизма.

При выполнении биметаллического чувствительного элемента в виде спиральной или винтовой пластины (см. рис. 7.2,6, в), один конец которой закреплен неподвижно, а другой — связан с выходной осью, можно получить большой угол поворота вы­ходной оси (до 360°), что позволяет поместить указывающую стрелку непосредственно на эту ось и исключить из конструк­ции термометра передаточно-множительный механизм.

Биметаллические термометры подобного рода применяются для измерения температуры окружающей среды (см. рис. 7.2, г).

Жидкостные термометры действуют на основе тепло­вого изменения объема жидкостей.

Жидкостный термометр (см. рис. 7.3, а) состоит из цилиндри­ческого баллона 1, внутрь которого впаян сильфон 2. Свободный конец сильфона связан со штоком 3, выпущенным наружу бал­лона, а пространство между стенками сильфона и баллона за­полнено жидкостью. Баллон помещается в среду, температура

которой измеряется. Объем жидкости зависит от температуры следующим образом:

Линейное перемещение конца штока при нагревании элемента от 00С до температуры

С определяется выражением

где F- эффективная площадь сильфона.

Увеличение жесткости сильфона приводит к увеличению дав­ления внутри системы, что, однако, не влияет на величину s ра­бочего хода. Вследствие практической несжимаемости жидкости величина s определяется приращением объема жидкости и эф­фективной площадью сильфона. В то же время увеличение жест­кости сильфона позволяет повысить верхний предел измерения, так как температура кипения жидкости увеличивается с увеличе­нием давления.

Жидкостный термометр дистанционного типа (см. рис. 7.3, б) состоит из заполненного жидкостью баллона, погруженного в сре­ду, температура которой измеряется, и соединенного капиллярной трубкой с упругим чувствительным элементом (сильфоном, мано­метрической коробкой или трубчатой пружиной), перемещение которого через передаточно-множительный механизм передается на указывающую стрелку. Показания дистанционного жидкост­ного термометра подвержены влиянию температуры воздуха, ок­ружающего соединительную трубку и указатель. Погрешность пропорциональна объему соединительной трубки и упругого чув­ствительного элемента.

Манометрический метод измерения температуры основан на тепловом изменении давления газа (пара) внутри замкнутого объема. По этому методу действуют газовые и парожидкостные термометры.

Схемы газовых термометров подобны схемам жидкостных термометров. Различие состоит в том, что внутренняя полость теплочувствительного элемента заполняется вместо жидкости инертным газом.

Вследствие сжимаемости газа действие газового термометра принципиально отличается от действия жидкостного термометра: газовый термометр работает не на принципе расширения рабо­чего тела, а на принципе изменения его давления. В жидкостном термометре рабочий ход сильфона благодаря практической не­сжимаемости жидкости определяется тепловым приращением объема жидкости и эффективной площадью сильфона и не зави­сит от жесткости сильфона, в то время как давление жидкости пропорционально жесткости сильфона. В газовом термометре, наоборот, давление газа почти не зависит от жесткости сильфо­на (если пренебречь изменением его объема по сравнению с на­чальным объемом всей системы), а рабочий ход сильфона обрат­но пропорционален его жесткости.

В газовом термометре, построенном по схеме рис. 73, а, абсо­лютное давление газа (при условии постоянства его объема) равно

р0 – начальное давление внутри баллона при

Перемещение центра сильфона

где сж – коэффициент линейной жесткости сильфона,

р2 – давление окружающей среды.

В газовом термометре, построенном по схеме, представленной на рис. 7.3, б, возникают погрешности при изменении давления и температуры окружающего воздуха. Для исключения влияния давления окружающей среды можно применить вместо диффе­ренциального манометра манометр абсолютного давления; для уменьшения влияния температуры окружающей среды объемы соединительной трубки и упругого чувствительного элемента должны быть как можно меньшими.

Принципиальная схема парожидкостного термометра также соответствует схеме жидкостного термометра (см. рис. 7.3), но заполняется система специальной жидкостью, кото­рая при нормальном давлении закипает при низкой температуре. К числу таких жидкостей, получивших название низкокипящих, относятся, например, метилхлорид (СН3С1), закипающий при —24° С (при р = 760 мм рт. ст.) и ацетон (С3Н6О), закипающий при + 56° С (при р = 760 мм рт. ст.).

При нагревании баллона до некоторой температуры абсолют­ное, давление в системе возрастает до определенной величины р1, при которой часть жидкости переходит в пар и устанавливается равновесие, при котором дальнейшее испарение жидкости пре­кращается. С уменьшением температуры часть пара конденси­руется, т. е. переходит в жидкое состояние, и давление в системе уменьшается.

Давление p1 однозначно зависит от

; вид функциональной зависимости

определяется только составом жидкости и не связан с формой и геометрическими размерами баллона и упругого чувствительного элемента.

В табл. 7.2 приведены характеристики некоторых низкокипя­щих жидкостей.

Нижний предел измерения ограничен температурой, при ко­торой весь пар переходит в жидкость и зависит от начального давления, при котором заполняется система. Верхний предел из­мерения ограничен критической температурой, выше которой давление резко возрастает и нарушается функциональная связь между р и

Терморезисторный метод измерения температуры основан на тепловом изменении электрического сопротивления проводников или полупроводников.

Верхний предел измеряемых температур зависит от материа­ла терморезистора. Применяются терморезисторы медные (до + 180° С), никелевые (до +300°С) платиновые (до +1250° С) и полупроводниковые (до + 180° С).

Термоэлектрический метод измерения температуры основан на возникновении контактного потенциала между двумя контак­тирующими между собой разнородными проводниками (или по­лупроводниками) при разности температур свободных и рабочего концов этих проводников.

Верхний предел измеряемых температур, определяемый глав­ным образом теплостойкостью термоэлектродов, достигает для хромель-копелевых термопар +800° С, платино-платинородиевых + 1600° С, вольфрам-молибденовых до 2400° С и т. д.

Оптический метод измерения температуры основан на зави­симости энергии, излучаемой нагретым телом, от его темпера­туры. Яркость излучения оценивается визуально с помощью оптических устройств или преобразуется в электрический сигнал с помощью чувствительных фотоэлектрических элементов. По­строенные по этому методу приборы называют пирометрами из­лучения. Различают пирометры полного излучения (радиацион­ные), пирометры частичного излучения (яркостные) и пиромет­ры цветовые (спектрального соотношения).

На летательных аппаратах нашли преобладающее примене­ние терморезисторные датчики температуры (термосопротивле­ния) и термоэлектрические датчики (термопары) благодаря сво­ей простоте, стабильности характеристик и возможности преоб­разования температуры непосредственно в электрическую вели­чину ‘.

Терморезисторы и термопары используются как в качестве воспринимающих устройств систем автоматического регулирова­ния и управления, так и в качестве датчиков электрических ди­станционных термометров.

Пирометр

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 20 мая 2020 года; проверки требуют 6 правок.

Пиро́метр (от др.-греч.  «огонь, жар» +  «измеряю») — прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.

Переносной пирометр инфракрасного излучения

Стационарный пирометр инфракрасного излучения

История созданияПравить

С развитием полупроводниковой техники и появлением фотодиодных ячеек ПЗС, позволяющих хранить принятый световой сигнал, стало возможным создание современных тепловизоров на основе матрицы ПЗС датчиков. Данный принцип построения изображений позволил создать портативные устройства, с высокой скоростью обработки информации, которые позволяют вести контроль за изменением температур в режиме реального времени.

В СССР и России

Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскалённых объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.

СсылкиПравить

• Выбор пирометра. Оптическое разрешение
• Коэффициенты эмиссии материалов (типичные значения). Дата обращения: 16 апреля 2015. Архивировано 19 апреля 2015 года.

СмартфоныПравить

Минимально достигаемое затухание в стеклянных волокнах ограничивается рассеянием света, вызываемым аморфной структурой стеклянных волокон. Нагрев вызывает усиление колебаний решётки в молекулярном комплексе кварцевого стекла. Когда свет падает на эти термически возбужденные колебания молекул, происходит взаимодействие частиц света (фотонов) и электронов молекул. В стекловолоконном материале возникает упругое (рэлеевское) рассеяние, а также дополнительное, значительно более слабое рассеяние света, так называемое комбинационное рамановское рассеяние, которое по отношению к падающему свету спектрально смещено на величину резонансной частоты колебания решётки.

Классическая техника временно́й оптической рефлектометрии (OTDR, Optical Time Domain Reflectometry) основана на определении разности времени между моментами передачи светового импульса и приёма обратно-рассеянного света, а также зависимости интенсивности рассеянного света от времени (то есть от расстояния вдоль кабеля). Поскольку обратное рэлеевское рассеяние зависит от температуры, оно может быть использовано для измерения температуры по длине кабеля.

Комбинационное рамановское рассеяние значительно (на три порядка) слабее рэлеевского, поэтому оно не может быть измерено с помощью техники OTDR. Однако оно используется в более сложной технике частотной оптической рефлектометрии (OFDR, Optical Frequency Domain Reflectometry).

Интенсивность анти-стоксовой полосы рамановского рассеяния зависит от температуры, в то время как стоксова полоса почти не зависит от температуры. Измерение локальной температуры в любом месте световода следует из отношения интенсивности анти-стоксового и стоксового света. Благодаря оптическому методу обратного комбинационного рассеяния можно измерять температуру вдоль стеклянного волокна, как функцию места и времени.

Тепловизор

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 25 ноября 2022 года; проверки требуют 2 правки.

Теплови́зор (тепло + лат.  «зрение; видение») — устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее как цветная картинка, где разным температурам соответствуют разные цвета. Изучение тепловых изображений называется термографией.

Изображение собаки, сделанное тепловизором.

Тепловизоры нашли широкое применение как на крупных промышленных предприятиях, где необходим тщательный контроль за тепловым состоянием объектов, так и в небольших организациях, занимающихся поиском неисправностей сетей различного назначения.

Особенно широкое применение тепловизоры получили в строительстве при оценке теплоизоляционных свойств конструкций. Так, к примеру, с помощью тепловизора можно определить области наибольших теплопотерь в доме.

Прибор ночного видения

Тепловизионный прицел для стрелкового оружия. Хорошо видна германиевая линза

Тепловизоры применяются вооружёнными силами в качестве приборов ночного видения для обнаружения теплоконтрастных целей (живой силы и техники) в любое время суток, несмотря на применяемые противником обычные средства оптической маскировки в видимом диапазоне (камуфляж). Тепловизор стал важным элементом прицельных комплексов ударной армейской авиации и бронетехники. Применяются и тепловизионные прицелы для ручного стрелкового оружия, хотя в силу высокой цены широкого распространения они пока не получили.

Пожарные и спасательные службы

Тепловизоры применяют пожарные и спасательные службы для поиска пострадавших, выявления очагов горения, анализа обстановки и поиска путей эвакуации.

Выявление больных ОРВИ

При контроле температуры сложных процессов, характеризующихся неравномерным нагревом, нестационарностью и неоднородностью коэффициента теплового излучения, тепловизоры эффективнее пирометров, поскольку анализ получаемой термограммы или температурного поля осуществляется мощной зрительной системой человека.

Поиск перегрева электроцепей

• Астрономические .
• Система ночного вождения для облегчения контроля дорожной обстановки водителем.
• Контроль электроцепей на предмет перегрева проводников и плохого контакта.
• Ветеринарный контроль.

Схематическая структура волоконно-оптической системы измерения температуры состоит из блока формирования сигнала с частотным генератором, лазера, оптического модуля, приёмного блока и блока микропроцессора, а также световодного кабеля (кварцевое стеклянное волокно) в качестве линейного температурного датчика. В соответствии с методом OFDR интенсивность лазера в течение интервала времени измерения модулируется синусообразно, а частота — линейно. Отклонение частоты является прямой причиной для локального срабатывания рефлектометра. Частотно модулированный свет лазера направляется в световод. В любой точке вдоль волокна возникает сигнал комбинационного рассеяния, излучаемый во всех направлениях. Часть данного сигнала движется в обратном направлении к блоку формирования сигнала. Затем выполняется спектральная фильтрация обратно рассеянного света, его преобразование в измерительных каналах в электрические сигналы, усиление и электронная обработка. Микропроцессор проводит расчет преобразования Фурье. В качестве промежуточного результата получают кривые комбинационного обратного рассеяния как функцию расстояния от начала кабеля. Амплитуда кривых обратного рассеяния пропорциональна интенсивности соответствующего комбинационного рассеяния. Из отношения кривых обратного рассеяния (анти-стоксовой и стоксовой) получают температуру волокна вдоль световодного кабеля. Технические спецификации системы рамановского измерения температуры могут быть оптимизированы посредством настройки параметров прибора (дальность действия, пространственное разрешение, точность температуры, время измерения).

Возможна также регулировка световодного кабеля в соответствии с возможностями конкретного случая применения. Термическая стойкость стекловолоконного покрытия ограничивает максимальный диапазон температуры световодного кабеля. Стандартные волокна для передачи данных обладают акриловым покрытием или покрытием, затвердевшим в результате УФ (ультрафиолетового) излучения, и пригодны для диапазона температур до 80 °C. Оптическое волокно с полиамидным покрытием может использоваться до максимальной температуры 400 °C.

• Информация VDI/VDE Технологический центр Informationstechnik GmbH — Infobörse Mikrosystemtechnik (нем.)
• Публикация с международной конференции, посвященной автоматическому обнаружению пожаров AUBE04; Uni Duisburg; LIOS Technology GmbH (англ.)
• Case study // Permanent Temperature Monitoring of a 220kV XLPE cable at the Olympic City 2008, Beijing (англ.)
• Новые возможности: применения оптоволокна в электроэнергетике
• Системы телемониторинга температуры кабеля

Классификация пирометровПравить

Пирометры можно разделить по нескольким основным признакам:

• Оптические. Позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретого тела, путём сравнения его цвета с цветом эталонной накаливаемой электрическим током металлической нити в специальных измерительных лампах накаливания.
• Радиационные. Оценивают температуру посредством пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой спектральной полосе излучения, то такой пирометр называют пирометром полного излучения.
• Цветовые (другие названия: мультиспектральные, спектрального отношения) — позволяют измерить температуру объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных участках спектра.

• Низкотемпературные. Обладают способностью измерять температуры объектов с низкими относительно комнатных температурами, например, температуры холодильных камер холодильников.
• Высокотемпературные. Оценивают лишь температуру сильно нагретых тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным. Обычно имеют существенную ошибку в сторону верхнего предела измерения прибора.

• Переносные. Удобны в эксплуатации в условиях, когда необходима требуемая точность измерений, с мобильностью, например для измерения температуры участков трубопроводов в труднодоступных местах. Обычно такие переносные приборы снабжены небольшим дисплеем, отображающим графическую или текстово-цифровую информацию.
• Стационарные. Предназначены для более точного измерения температуры объектов. Используются, в основном, на крупных промышленных предприятиях для непрерывного контроля технологического процесса при производстве расплавленных металлов и пластиков.

• Текстово-цифровой метод. Измеряемая температура выражается в градусах на цифровом дисплее. Попутно можно видеть дополнительную информацию.
• Графический метод. Позволяет видеть наблюдаемый объект в спектральном разложении областей низких, средних и высоких температур, выделенных различными цветами.

Вне зависимости от классификации, пирометры могут снабжаться дополнительными источниками питания, а также средствами передачи информации и связи с компьютером или специализированными устройствами (обычно через шину RS-232).

ПрименениеПравить

Теплоэнергетика — для быстрого и точного контроля температуры на участках не доступных или мало доступных для другого вида измерения.

Электроэнергетика — контроль и пожарная безопасность, эксплуатация объектов (железнодорожный транспорт — контроль температуры букс и ответственных узлов грузовых и пассажирских вагонов).

Лабораторные исследования — при проведении исследований активных веществ в активных средах, а также в тех случаях, при которых контактный метод нарушает чистоту эксперимента (например, тело настолько мало что при измерении контактным методом потеряет существенную часть теплоты, или просто слишком хрупкое для такого типа измерения). Применяется в космонавтике (контроль, опыты)

Строительство — пирометры применяют для определения теплопотерь в зданиях жилого и промышленного назначения, на теплотрассах, для эффективного нахождения прорывов теплоизоляционной оболочки.

Бытовое применение — измерение температуры тела, пищи при приготовлении, и многое другое.

Отдельная большая область применения пиросенсоров – датчики движения в системах охраны зданий. Датчики реагируют на изменение инфракрасного излучения в помещении.

ИсторияПравить

Один из первых пирометров изобрёл Питер ван Мушенбрук. Изначально термин использовался применительно к приборам, предназначенным для измерения температуры визуально, по яркости и цвету сильно нагретого (раскалённого) объекта. В настоящее время смысл несколько расширен, в частности, некоторые типы пирометров (такие приборы правильнее называть инфракрасные радиометры) измеряют достаточно низкие температуры (0 °C и даже ниже).

Развитие современной пирометрии и портативных пирометров началось с середины 60-х годов прошлого столетия и продолжается до сих пор. Именно в это время были сделаны важнейшие физические открытия, позволившие начать производство промышленных пирометров с высокими потребительскими характеристиками и малыми габаритными размерами. Первый портативный пирометр был разработан и произведён американской компанией Wahl в 1967 году. Новый принцип построения сравнительных параллелей, когда вывод о температуре тела производился на основе данных инфракрасного приёмника, определяющего количество излучаемой телом тепловой энергии, позволил существенно расширить границы измерения температур твёрдых и жидких тел.

Области примененияПравить

Типичными случаями применения линейных волоконных температурных датчиков являются сферы, связанные с безопасностью, например, системы пожарного оповещения в автомобильных, железнодорожных или сервисных туннелях, а также склады, авиационные ангары, плавучие танкеры или склады промежуточного хранения радиоактивных веществ. Наряду с системами пожарного оповещения такие системы находят применение в других промышленных областях:

• термический контроль силовых кабелей и воздушных линий передач для оптимизации производственных отношений;
• повышение эффективности нефтяных и газовых скважин (технологии заканчивания скважин);
• обеспечение безопасного рабочего состояния промышленных индукционных плавильных печей;
• контроль герметичности контейнеров с сжиженным природным газом на судах в разгрузочных терминалах;
• обнаружение утечек на плотинах и запрудах;
• контроль температуры при химических процессах;
• обнаружение утечек в трубопроводах.

Спецификации и свойстваПравить

• пассивен и нейтрален на участке, не оказывает влияния на температурное поле;
• компактен, малый вес, гибкий, несложный в монтаже;
• установка также в местах, к которым впоследствии не будет доступа;
• нечувствителен к электромагнитным помехам;
• отсутствует возможность заноса потенциала (на корпус), цепи возврата тока через землю и т. д.;
• возможность эксплуатации во взрывоопасных установках;
• комбинация со стальной трубкой: высокая степень механической защиты;
• возможность применения в условиях высокого давления;
• различные покрытия, например, не содержащие галогенов материалы с пониженной горючестью, отсутствие коррозии.

Преимущества метода волоконно-оптического измерения

• прямое измерение температуры по шкале Кельвина;
• локально распределяемое измерение температуры применительно к участку, поверхности или объёму;
• точная локализация наиболее нагретых мест;
• компьютерный анализ, а также визуализация (параметрирование зон, пороговых значений, функций извещения и сигнализации) и передача данных;
• оценка временно́го и локального изменения температуры ;
• незначительные затраты на техническое обслуживание: системное самотестирование.

Типичные измерительные параметры волоконно-оптических систем измерения температуры

(возможны варианты в зависимости от области применения)

• дальность действия измерения: различная, до 20 км;
• локальное разрешение: различное, от 3 м до 50 см ;
• температурное разрешение: различное, от +/- 2 °C до 0,1 °C ;
• типы оптического волокна: GI 50/125 или GI 62,5/125 (многомодовое волокно).
• волоконно-оптические выключатели: опции до 8 каналов на одном приборе.

ИзображенияПравить

• Тепловизионная насадка для дневных прицелов
• Универсальный наблюдательный прибор охраны
• Двухканальный тепловизионно-телевизионный прибор круглосуточного применения
• Мультиспектральная многоцелевая система наблюдения и целеуказания
• Тепловизионный прибор круглосуточного наблюдения

Бесконтактное измерение температурыПравить

Пример различия в спектре теплового излучения реального объекта и абсолютно чёрного тела при одинаковой температуре. Ts — излучение абсолютно чёрного тела

Нагретый куб Лесли. Видно что чёрная и белая грани куба имеют высокий коэффициент излучения и тепловизор показывает что грани горячие. А полированная и матовая грани куба сделаны из материала с низким коэффициентом излучения но с высоким коэффициентом отражения, потому в тепловизоре они выглядят холодными и в них отражается тепло руки.

Для демонстрации некоторых проблем определения температуры по излучению был придуман куб Лесли, у которого стороны выполнены из разных материалов. Изображения куба Лесли справа демонстрируют разницу в излучательных и отражательных свойствах разных граней куба при одной и той же температуре куба.

Все эти коэффициенты имеют зависимость от длины волны, то есть в видимом и инфракрасном диапазоне эти коэффициенты могут отличаться.

ТехнологииПравить

Зависимость спектра излучения абсолютно чёрного тела от температуры

Все тела, температура которых превышает температуру абсолютного нуля излучают электромагнитное тепловое излучение в соответствии с законом Планка. Спектральная плотность мощности излучения (функция Планка) имеет максимум, длина волны которого на шкале длин волн зависит от температуры. Положение максимума в спектре излучения сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Тела, нагретые до температур окружающего нас мира (-50..+50 градусов Цельсия) имеют максимум излучения в среднем инфракрасном диапазоне (длина волны 7..14 мкм). Для технических целей интересен также диапазон температур до сотен градусов, излучающий в диапазоне 3..7 мкм. Температуры около тысячи градусов и выше не требуют тепловизоров для наблюдения, их тепловое свечение видно невооружённым глазом.

Температурное разрешение современных тепловизоров достигает сотых долей градуса Цельсия.

Различают наблюдательные и измерительные тепловизоры. Наблюдательные тепловизоры показывают только градиенты температур объекта. Измерительные тепловизоры позволяют измерить значение температуры заданной точки объекта с точностью до материала объекта. Измерительные тепловизоры требуют периодической калибровки, для чего зачастую снабжены встроенным устройством для калибровки матрицы, обычно в виде шторки, температура которой точно измеряется. Шторка периодически надвигается на матрицу, давая возможность откалибровать матрицу по температуре шторки. Эта процедура занимает время порядка секунды, на которое изображение тепловизора перестает обновляться, что может быть критичным для некоторых наблюдательных применений, в частности, для стрелковых прицелов, поэтому наблюдательные тепловизоры не оснащаются этим механизмом.

ЛитератураПравить

• Криксунов Л. З. Справочник по основам инфракрасной техники. — М.: Советское радио, 1978. — 400 с.
• Кременчугский Л. С., Ройцина О. В. Пироэлектрические приёмники излучения. — Киев: Наук. думка, 1979. — 381 с.
• Температурные измерения. Справочник. — Киев: Наукова думка, 1989, 703 с.
• Гордов А. Н. Основы пирометрии, 2 изд., М., 1971.
• Сосновский А. Г., Столярова Н. И. Измерение температур. — М.: Комитет стандартов, мер и измерительных приборов, 1970. — С. 257.
• Ранцевич В. Б. Пирометрия при посторонних источниках излучения. — Минск: Наука и техника.: , 1989, -104с..

• Белозеров А. Ф., Омелаев А. И., Филиппов В. Л. Современные направления применения ИК радиометров и тепловизоров в научных исследованиях и технике. // Оптический журнал, 1998, № 6, с.16.
• Скобло В. С. К оценке дальности действия тепловизионных систем. // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2001. Т.44, № 1, с. 47.
• Захарченко В. А., Шмойлов А. В. Приёмник инфракрасного излучения // Приборы и техника эксперимента, 1979, № 3, с.220.
• Исмаилов М. М., Петренко А. А., Астафьев А. А., Петренко А. Г. Инфракрасный радиометр для определения тепловых профилей и индикации разности температур. // Приборы и техника эксперимента, 1994, № 4, с.196.
• Мухин Ю. Д., Подъячев С. П., Цукерман В. Г., Чубаков П. А. Радиационные пирометры для дистанционного измерения и контроля температуры РАПАН-1 и РАПАН-2 // Приборы и техника эксперимента, 1997, № 5, с.161.
• Афанасьев А. В., Лебедев В. С., Орлов И. Я., Хрулев А. Е. Инфракрасный пирометр для контроля температуры материалов в вакуумных установках // Приборы и техника эксперимента, 2001, № 2, с.155-158.
• Авдошин Е. С. Светопроводные инфракрасные радиометры (обзор) // Приборы и техника эксперимента, 1988, № 2, с.5.
• Авдошин Е. С. Волоконный инфракрасный радиометр. // Приборы и техника эксперимента, 1989, № 4, с.189.
• Сидорюк О. Е. Пирометрия в условиях интенсивного фонового излучения. // Приборы и техника эксперимента, 1995, № 4, с.201.
• Порев В. А. Телевизионный пирометр // Приборы и техника эксперимента, 2002, № 1, с.150.
• Широбоков А. М., Щупак Ю. А., Чуйкин В. М. Обработка тепловизионных изображений, получаемых многоспектральным тепловизором «Терма-2». // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2002. Т.45, № 2, с.17.
• Букатый В. И., Перфильев В. О. Автоматизированный цветовой пирометр для измерения высоких температур при лазерном нагреве. // Приборы и техника эксперимента, 2001, № 1, с.160.
• Chrzanowski K., Bielecki Z., Szulim M. Comparison of temperature resolution of single-band, dual-band and multiband infrared systems // Applied Optics. 1999. Vol. 38 № 13. p. 2820.
• Chrzanowski K., Szulim M. Error of temperature measurement with multiband infrared systems // Applied Optics. 1999. Vol. 38 № 10. p. 1998.

• Ллойд Дж. Системы тепловидения./Пер. с англ. под ред. А. И. Горячева. — М.: Мир, 1978, с. 416.
• Криксунов Л. З. Справочник по основам инфракрасной техники, Издательство: Советское радио, год: 1978, страниц: 400.
• В. А. Дроздов, В. И. Сухарев. Термография в строительстве — М.: Стройиздат, 1987. — 237 с.
• Инфракрасная термография в энергетике. Т 1. Основы инфракрасной термографии / Под ред. Р. К. Ньюпорта, А. И. Таджибаева, авт.: А. В. Афонин, Р. К. Ньюпорт, В. С. Поляков и др. — СПб.: Изд. ПЭИПК, 2000. — 240 с.