Оптический термометр

Термо́метр (греч.  «тепло» +  «измеряю»), также гра́дусник — измерительный прибор для измерения температуры различных тел и сред (воздуха, почвы, воды и т. д.). По принципу измерения существует несколько видов термометров:

• жидкостные;
• механические;
• электронные;
• оптические;
• газовые;

спиртовой термометр для измерения температуры воздуха

Электронный медицинский термометр

Цифровой кулинарный термометр

История изобретенияПравить

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Жидкостные термометрыПравить

Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды.

Ртутный медицинский термометр

Такой заменой стал галинстан (сплав металлов: галлия, индия, олова и цинка). Галлий применяют для измерения высоких температур. Также ртутные термометры все чаще с большим успехом заменяются платиновыми или медными термометрами сопротивления. Также все шире применяются и другие типы термометров.

Об удалении разлившейся ртути из разбитого термометра см. статью Демеркуризация

Механические термометрыПравить

Оконный механический термометр

Термометры этого типа действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль или лента из биметалла. По принципу действия отдалённо напоминают анероид.

Электронные термометрыПравить

Уличный электронный термометр

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

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

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

Отсюда
  сопротивление при T °C,
  сопротивление при 0 °C, и константы (для платинового сопротивления) —

Оптические термометрыПравить

Оптические термометры позволяют регистрировать температуру благодаря изменению уровня светимости, спектра и иных параметров (см. Волоконно-оптическое измерение температуры) при изменении температуры. Например, инфракрасные измерители температуры тела.

Технические термометрыПравить

Технические термометры используются на предприятиях в сельском хозяйстве, нефтехимической, химической, горно-металлургической промышленностях, в машиностроении, жилищно- коммунальном хозяйстве, транспорте, строительстве, медицине, словом, во всех жизненных сферах.

Выделяют такие виды технических термометров:

• термометры технические жидкостные;
• термометры биметаллические ТБ, ТБТ, ТБИ;
• термометры сельскохозяйственные ТС-7А-М;
• термометры ртутные электроконтактные ТПК;
• термометры лабораторные ТЛ;
• термометры для нефтепродуктов ТН;
• термометры для испытаний нефтепродуктов ТИН.

Максимальные и минимальные термометрыПравить

Электронный термометр. Поликлиника в Улан-Удэ

Газовый термометрПравить

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

В 1787 году Шарль установил, что одинаковое нагревание любого газа приводит к почти одинаковому повышению давления, если при этом объём остается постоянным. При изменении температуры по шкале Кельвина давление идеального газа в постоянном объёме прямо пропорционально температуре. Отсюда следует, что давление газа (при V = const) можно принять в качестве количественной меры температуры. Соединив сосуд, в котором находится газ, с манометром и проградуировав прибор, можно измерять температуру по показаниям манометра.

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

• Геращенко О.А., Федоров В.Г. Тепловые и температурные измерения. — Киев: “Наукова думка”, 1965. — С. 20—22. — 303 с.
• A Review of Events That Expose Children to Elemental Mercury in the United States Архивная копия от 19 сентября 2015 на Wayback Machine / Environ Health Perspect; DOI:10.1289/ehp.0800337: «Exposure to small spills from broken thermometers was the most common scenario»
• Отказ России от ртути и люминесцентных ламп. Дата обращения: 4 ноября 2018. Архивировано 4 ноября 2018 года.
• Чем максимальный и минимальный термометры отличаются от обычного. Дата обращения: 26 ноября 2013. Архивировано 2 декабря 2013 года.

ЛитератураПравить

• Гельфер Я. М. История и методология термодинамики и статистической физики. — Изд. 2-е, перераб. и дополн.. — М.: Высшая школа, 1981. — 536 с.
• Лермантов В. В. // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 5 изд., испр.. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 544 с. — ISBN 5-9221-0601-5.

СсылкиПравить

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.

Способы измеренияПравить

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.

Структура системы для измерений температуры методом OFDRПравить

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.

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.

• 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

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

НазначениеПравить

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.

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.

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).

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.

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.

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

• 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.

Волоконно оптический зондовый термометр (FOT) предназначен для локального прецизионного измерения температуры различных объектов в специальных условиях, ограничивающих возможность применения других способов измерения:

• наличие сильных электромагнитных помех в зоне измерения или по пути передачи сигнала от датчика (в рабочем пространстве индукционных и СВЧ- нагревателей, в трудно-экранируемых пространствах под обшивкой и на поверхности летательных аппаратов и т.п.);
• особые требования к материалам датчика, малым габаритам сенсорного элемента, условиям обеспечения стерильности и малоинвазивности (медицинские применения);
• особые требования к электроизоляционным свойствам, химической инертности и стойкости, пожаробезопасности (химические производства, хранение ГСМ, взрывоопасные технологические процессы).

Принцип действия

Принцип действия прибора основан на прецизионной регистрации спектрального смещения резонансной длины волны волоконной брэгговской решетки (ВБР), созданной в сердцевине волоконного световода (ВБР-датчик). Соответствующая математическая обработка этого спектрального смещения, с учетом калибровки дает исчерпывающую информацию об измеряемой температуре.

Основные достоинства

• высокая чувствительность и быстродействие;
• относительно большой диапазон измеряемых температур;
• наилучшие массогабаритные показатели, миниатюрность – минимальный размер чувствительного элемента определяется диаметром световода 80 – 300 мкм (типичное значение 125 мкм) и протяженностью волоконной брэгговской решетки 0.5 – 3 мм;
• высокая помехозащищенность, нечувствительность к электромагнитным помехам, таким как СВЧ- поле, искровой разряд, магнитные поля, электро-магнитные импульсы различной природы и любой интенсивности;
• абсолютная электробезопасность, связанная с отсутствием электрических цепей между датчиком и регистрирующим модулем;
• полная электро-, взрыво-, пожаробезопасность, высокая химическая стойкость сенсорных элементов;
• простота обслуживания.

• энергетика, в том числе – атомная и термоядерная;
• авиация и космонавтика;
• наземный, водный и подводный транспорт;
• металлургия и химическая промышленность;
• нефтедобыча и газодобыча;
• трубопроводный транспорт;
• строительство;
• медицина;
• системы безопасности;
• научные исследования.

Технические характеристики

Для измерения температуры различных поверхностей используют различные датчики, том числе и пирометр. Работает он довольно просто и быстро. А что представляет собой пирометр, давайте разберемся.

• Что такое пирометр?
• Область применения
• Типы и классификация
• Устройство и принцип действия
• Технические характеристики
• Преимущества и недостатки
• Наиболее популярные модели
• Как правильно измерять температуру пирометром

Что такое пирометр?

Современное инженерное устройство для определения температуры любого предмета, основывающееся на инфракрасном датчике, называется пирометром. Также он известен под названиями термодетектора, даталоггера температуры, цифрового термометра или инфракрасного пистолета. В основе действия прибора заложен принцип определения температурного значения поверхности объекта по тепловому электромагнитному излучению его поверхности. Пирометр улавливает невидимое инфракрасное излучение, преобразует его в градусы, и полученный результат выводит на дисплее. Бесконтактный и быстрый метод исследования необходимых объектов позволяет специалистам избежать возможных травм.

Область применения

Достаточно широкое применение нашлось для пирометров на тех производствах, где установлено большое количество нагревательных приборов. В области строительства и теплоэнергетики они используются для расчета теплопотерь конструкций, в том числе пирометр помогает выявить повреждения теплоизоляции.

В промышленности подобные приборы дают возможность подвергать анализу температуру всевозможных процессов дистанционно. Это бывает необходимо, например, в машиностроении, металлургии и в прочих отраслях промышленности.

Так, электрики проверяют уровень нагрева мест соединения проводов, а автослесари проверяют нагрев деталей машины. Ученым пирометры приходят на помощь во время осуществления различных исследований или опытов: так они определяют верность показателей температуры веществ и тел.

В быту люди применяют подобные устройства для определения температуры тела, воды, еды и др.

Типы и классификация

В зависимости от функционального признака, выделяют несколько классификаций пирометров.

По существенному методу, используемому в работе:

• Инфракрасные;
• Оптические.

Оптические пирометры подразделяются на:

• Яркостные;
• Цветовые, или мультиспектральные.

По образу прицеливания различают устройства с оптическим или лазерным прицелами.

По применяемому коэффициенту излучения выделяют пирометры с переменным и фиксированным коэффициентом.

По возможности транспортировки пирометры делятся на стационарные и мобильные (переносные).

Основываясь на возможном диапазоне измерений выделяют:

Устройство и принцип действия

Основу структуры пирометра составляет детектор инфракрасного излучения. Данные преобразуются посредством встроенной электронной системы и отображаются на дисплее.

Типовой пирометр по форме напоминает пистолет с небольшим дисплеем. Компактная панель управления, наводка лазером и высокая точность при близком взаимодействии с объектом объясняют востребованность инструмента среди работников инженерных и технических сфер.

Основными рабочими элементами пирометра считают линзу, приёмник, а также дисплей, на который выводится результат измерения. Принцип действия пирометра следующий: от изучаемого объекта исходит инфракрасное излучение и посредством линзы оно фокусируется и отправляется в приемник (термобатарея, полупроводник, термопара).

Если используется термопара, в момент нагрева приемника меняется напряжение. Сопротивление — в случае использования полупроводников. Эти изменения преобразуются в показания температуры.

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

Пирометр обладает рядом параметров, которые характеризуют его функциональность. Выбор желаемой модели аппарата осуществляется по их значениям. Обратимся к основным из них.

Так называют показатель отношения диаметра пятна инструмента к расстоянию до предмета. Эта функция зависит от угла объектива устройства: чем он больше, тем значительную площадь он сможет охватить. Важнейшим фактором точности измерения является наложение пятна исключительно на материал поверхности. Если площадь превышена, измеренное значение скорее всего будет неточным.

СПРАВКА. У каждой модели пирометра разное оптическое разрешение. Разница между ними внушительная, например, от 2:1 до 600:1. Последнее соотношение характерно для профессиональных устройств. Как правило, используются они в тяжелой промышленности. Оптимальным показателем для бытовых и полупрофессиональных пирометров считается 10:1.

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

Погрешность предполагает уровень возможных отклонений значений температуры и зависит от точности пирометра. В среднем допустимые отклонения — не превышающие 2% от нормы.

Данный параметр представляет собой отношение мощности текущего температурного излучения к такому же показателю эталонного абсолютно черного тела.

СПРАВКА. Для матовых материалов коэффициент излучения равняется 0,9-0,95. По этой причине большее количество приборов подбираются именно на это значение. Результат будет заметно отличаться от реального, например, в случае измерения степени нагрева поверхности блестящего алюминия.

В целях более точного измерения многие модели оснащаются лазерной указкой. При этом световой луч размещается не в центре, а указывает оптимальную границу области измерения.

Преимущества и недостатки

Как и любой другой прибор, пирометр обладает своими достоинствами и недостатками. Их наличие объясняется нюансами устройства и условиями применения.

• Мобильность, малогабаритность и весьма простая конструкция;
• Доступная низкая стоимость, обусловленная использованием минимального количества элементов в конструкции;
• Высокий уровень надежности;
• Достаточно широкий диапазон измерения.

• Прямая зависимость показаний пирометра от излучаемой способности исследуемого предмета;
• Точность результатов измерений может быть ниже из-за особенности физического состояния поверхности объекта;
• Функция внесения поправки в показатели и установления погрешности предусмотрена только на самых новых приборах;
• Расстояние играет большую роль в точности измерения.

Наиболее популярные модели

Пирометр ЭОП-66 применяется при осуществлении научно-лабораторных исследований. Рассчитан он на измерение показателей поверхностей предметов при температуре от +900 до +10000°С,

Данная стационарная модель оснащена телескопом, который состоит из объектива и окулярного микроскопа. Двухлинзовый объектив располагает возможностью фокусировки на дистанции до 25,4 см, а его оптическое разрешение составляет 3:1. Обратите внимание: телескоп данного прибора фиксируется на основании и плавно передвигается в горизонтальной плоскости.

Кельвин ИКС 4-20

Это пирометр высокой точности, который обладает универсальным спектром определения температурных показателей: от -50 до +350 °С, весьма высокая скорость действия – 0,2 с. Применение инструмента предусмотрено в диапазоне 8-14 мкм.

Данный пирометр совмещает в себе возможности как мобильного, так и стационарного устройства. Это обусловлено компактными размерами (17х17х22 см) и наличием посадочного гнезда крепления объектива М12. Производитель гарантирует абсолютную водо- и пыленепроницаемость. Так, представленную модель пирометра возможно использовать в сложных производственных и строительно-промышленных отраслях.

Данное бесконтактное устройство предпочтительно использовать, например, в строительстве или металлургии. Он достойно служит в качестве инфракрасного детектора определения степени нагрева поверхностей сыпучих и твердых объектов, а также расплавленных и текучих материалов.

Температурный диапазон колеблется в пределах от +700 до + 2200 °С, что характерно для высокотемпературных приборов. Расширения возможности взаимодействия с внешними носителями достигается посредством двух вариантов выходного интерфейса: аналоговый выход 4 — 20 мА или цифровой RS-485.

СПРАВКА. Приобрести оптический пирометр возможно по весьма доступной цене: минимальная стоимость такого прибора составляет 6000 рублей, максимальная — 30000 рублей.

Как правильно измерять температуру пирометром

После покупки устройства необходимо внимательно изучить инструкцию к нему. Несмотря на весьма простые требования к эксплуатации, опрометчивые действия могут повлечь за собой значительные искажения температурных значений. Процесс правильного измерения температуры пирометром выглядит следующим образом:

• Включите прибор пирометра;
• Определите материал, из которого изготовлен объект (например, сталь или медь);
• Затем, в зависимости от модели прибора, занесите коэффициент излучения в качестве правки на дисплее;
• Направьте луч инфракрасного пирометра на измеряемую поверхность;
• Определите границу пятна измерения при помощи лазерной указки.

При такой последовательности измерения вы получите результаты наиболее близкие к фактической температуре.

Пирометр – универсальный и незаменимый по своей функциональности прибор. Разобравшись в нюансах его эксплуатации, им легко можно пользоваться как в профессиональной сфере, так и в быту.