Рассматривается структура пирометра, влияния коэффициента измерения и типчные ошибки измерений.
Схему пирометра можно представить следующим образом:
Оптическая линза – Сенсор (инфракрасный детектор) – Усилитель – Компенсация температуры – Математическая обработка (вычисления) .
Тепловое излучение концентрируется благодаря линзе и передается на сенсор. Сенсор трансформирует тепловое излучение в электрическое напряжение, которое повышается усилителем и передается в микропроцессор. Процессор сравнивает измеренную температуру с температурой окружающей среды и выводит показания на дисплей.
N.B. Принцип измерения — оптический, поэтому линза должна всегда быть чистая и без повреждений.
П араметры, влияющие на измерения.
- Температура объекта измерения
- Коэффициент излучения объекта измерения
Характеристика температуры прибора (точка сравнения)
Типичные коэффициенты излучения
- Продукты. Как и все органические материалы, пищевые продукты имеют хорошую излучательную способность и поэтому не возникает никаких проблем при измерении их температуры с помощью пирометра.
- Металлы белого цвета. Имеют очень маленький коэффициент излучения в диапазоне от 8 до14 мкм, и поэтому их температуру трудно измерять. Для измерений требуется применение покрытий, увеличивающих излучательную способность, например: краска, масляная пленка.Желательно измерять контактным термометром.
- Оксиды металлов. В данной группе не существует постоянных показателей. Коэффициент излучения находится между 0.3 и 0.9 мкм и он сильно зависит от длины волны.Для точного определения температуры необходимо выбрать коэффициент излучения объекта. Его можно определить посредством сравнительного измерения контактным термометром (т.е. меняя коэффицент излучения, заложенный в пирометр, можно выбрать такой, когда измерения пирометра будут совпадать с измерениями контактного терометра). В противном случае можноприменять покрытия с определенным уровнем излучательной способности.
- Светлые неметаллы / темные неметаллы / пластик / продукты. Такие объекты, как белая бумага, керамика, гипс, древесина, резина, темная древесина, камень, темные краски, обладают коэффициентом излучения приблизительно 0.95 при длине волны выше 8 мкм.Большинство органических материалов обладают коэффициентом излучения приблизительно 0.95. Поэтому, данная величина вводится в приборы в качестве установки по умолчанию или постоянной, для того, чтобы избежать ошибок измерения из-за неправильной (невнимательной) установки значения излучательной способности.
Влияние на результаты измерений ( примеры )
Пример 1 :Объект измерения (полуфабрикаты,Т= -22 °С) Коэффициент излучения = 0.92. Измерение производитсяпри температуре окружающей среды +22 °С. Предварительно установленный коэффициент излучения 0.95. Показания ИК измерительного прибора: -21 °С, т.е. температура, отображенная на дисплее прибора, некорректна на 1 °С. Погрешность незначительная.
Пример 2: Объект измерения (окисленный латунный лист, Т= +200 °С) Коэффициент излучения = 0.62.Измерение проводитсяпри температуре окружающей среды +22 °С. Предварительно установленный коэффициент излучения 0.70. Пирометр показывает температуру+188 °С. Погрешность уже значительная и может привести к браку.
ИТОГ: Чем больше разница между температурой объекта измерения и температурой окружающей среды и меньше коэффициент излучения, тем больше ошибок измерения в случае неправильного значения коэффициента излучения!
При температурах выше температуры окружающей среды:
- Если установлен слишком высокий коэффициент излучения, отображаемая температура измерения будет слишком низкой.
- Если установлен слишком низкий коэффициент излучения, отображаемая температура измерения будет слишком высокой.
При низких температурах ниже температуры окружающей среды
- Если установлен слишком высокий коэффициент излучения, отображаемая температура измерения будет слишком низкой.
- Если установлен слишком низкий коэффициент излучения, отображаемая температура измерения будет слишком высокой.
Таблица коэффициентов излучения основных материалов
| Материал | Температура, °С | Коэффициент излучения |
| Алюминий, светлый листовой | 170 | 0,04 |
| Асбест | 20 | 0,96 |
| Асфальт | 20 | 0,93 |
| Хлопок | 20 | 0,77 |
| Цемент | 25 | 0,93 |
| Свинец, серый окисленный | 20 | 0,28 |
| Свинец, сильно окисленный | 20 | 0,28 |
| Толь (кровельный материал) | 20 | 0,93 |
| Лед, гладкий | 0 | 0,97 |
| Лед, неровный | 0 | 0,99 |
| Железо, обработан, наждаком | 20 | 0,24 |
| Железо, светлое, вытравлен. | 150 | 0,13 |
| Железо, выплавлен. | 100 | 0,80 |
| Железо, листовое | 20 | 0,77 |
| Железо, слегка поржавевшее | 20 | 0,61 |
| Железо, сильно поржавевшее | 20 | 0,85 |
| Пахотная земля | 20 | 0,38 |
| Почва, черная глина | 20 | 0,66 |
| Плитка | 25 | 0,93 |
| Гипс | 20 | 0,90 |
| Стекло | 90 | 0,94 |
| Золото, полированное | 130 | 0,02 |
| Резина, жесткая | 23 | 0,94 |
| Резина, мягкая серая | 23 | 0,86 |
| Древесина | 70 | 0,94 |
| Галька | 90 | 0,95 |
| Пробка | 20 | 0,70 |
| Корунд, наждак (жесткий) | 80 | 0,86 |
| Теплоотвод, темн. анодирован. ‘ | 50 | 0,98 |
| Медь, потускневшая | 20 | 0,04 |
| Медь, с оксидной пленкой | 130 | 0,76 |
| Медь, полирован. | 20 | 0,03 |
| Медь, темная, оксидная | 20 | 0,78 |
| Пластик (ПЭ.ПП, ПВХ) | 20 | 0,94 |
| Листва | 20 | 0,84 |
| Мрамор, белый | 20 | 0,95 |
| Мин. покрытие краской | 100 | 0,93 |
| Латунь, оксидная | 200 | 0,61 |
| NATO-зеленый | 50 | 0,85 |
| Бумага | 20 | 0,97 |
| Фарфор | 20 | 0,92 |
| Шифер | 25 | 0,95 |
| Черная краска (матовая) | 80 | 0,97 |
| Шелк | 20 | 0,78 |
| Серебро | 20 | 0,02 |
| Сталь (термообработал. поверхность) | 200 | 0,52 |
| Сталь, оксидная | 200 | 0,79 |
| Глина, обожженная | 70 | 0,91 |
| Инвертирован. краска | 70 | 0,94 |
| Вода | 38 | 0,67 |
| Кирпич, мертель, штукатурка | 20 | 0,93 |
| Белый цинк (окрашен.) | 20 | 0,95 |
Источник ошибки / неполадки / компенсация пирометра
- Влияние внешних факторов (помех) на результат измерения. При бесконтактном измерении температуры, в добавление к влиянию типа материала и состояния его поверхности, путь передачи ИК сигнала между прибором и объектом измерения также может повлиять на результат измерения. Помехи включают в себя , например: частицы пыли и грязи, влажность (дождь), пар, газы
- Неправильно установленный коэффициент излучения может привести к значительным ошибкам измерения).
- После измерения температуры измерительный прибор оказывается ненастроенным на новую температуру (точка сравнения). Данный фактор может привести к значительным ошибкам измерения, возникают такие же проблемы, какие и при использовании устройств с термоэлементом.
- Рекомендуется хранить прибор в том месте, где будет производиться измерение температуры! Это позволит избежать проблемы с временем настройки прибора.
- ИК измерение является оптическим измерением: для получения точных данных измерений регулярно производите чистку линзы. Не проводите измерения через затуманенные линзы, например из-за пара.
- ИК измерение является поверхностным измерением: если на поверхности объекта измерения имеется грязь, пыль, иней и т.п., то будет измеряться температура только верхнего слоя поверхности, например температура грязи. Поэтому перед измерениями убедитесь, что поверхность объекта чистая.
- Не проводите измерения при возникновении помех сигналу.
- Расстояние между пирометром и объектом измерения слишком высока, т.е. точка замера больше, чем сам объект измерения.
Коэффициент эмиссии ε — отношение мощности излучения поверхности к мощности излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Иными словами, коэффициент эмиссии характеризует способность материала отражать падающее излучение.
Эта характеристика материала важна при измерении температуры поверхности с помощью инфракрасного термометра. Материалы имеют различный коэффициент эмиссии. Установленный по умолчанию (заводские настройки) на пирометрах Testo ε = 0,95. Это оптимальная величина для измерения температуры поверхности пищевых продуктов, пластика и неметаллов (бумага, керамика, алебастр, дерево, краски и лаки).
Измерения на блестящих металлических и оксидированных поверхностях ограничено в связи с их низким коэффициентом эмиссии, что существенно снижает точность измерений. Эффективное решение — это использовать черную клейкую ленту, которую нужно приклеить на поверхность объекта. Измерение температуры в этом случае нужно проводить в области, где приклеена лента, температура в этом случае будет соответствовать температуре объекта. Можно заказать специальную клейкую ленту либо нанести на поверхность слой краски. Если это является невозможным, необходимо использовать контактный термометр.
Коэффициенты эмиссии материалов (типичные значения)
Пирометр — это наиболее доступный и безопасный прибор для бесконтактного измерения температуры.
Причем он широко используется как в электричестве, так и в системах теплоснабжения.
Однако область его применения только этими отраслями не ограничивается. 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.
Вот сводная графическая миниатюра и расшифровка возможностей и областей применения пирометров:
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.
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 коэфф. излучения, так как это и есть та самая температура, которую имеет 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 коэфф. можно регулировать вручную.
Для чего это необходимо делать? У разных по составу и свойствам тел, коэфф. 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.
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.
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.
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.
Чтобы повысить точность измерений, стоит покупать более дорогие модели с возможностью выставления этих коэфф. внутри программных настроек.
Замерить температуру материалов, которых нет в таблице, можно двумя способами. Использовать “мишень” с известным коэфф., накладывая ее на измеряемый объект.
Или сначала определить контактным термометром температуру поверхности, и затем меняя значения в приборе, добиться примерного совпадения.
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 коэфф.=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!
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. 
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.
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.
Какой вывод из всего вышесказанного можно сделать? Безусловно, пирометр штука полезная, но применять его нужно там, где действительно требуется именно бесконтактное измерение температуры.
Например, электрические контакты находящиеся под напряжением. Здесь он действительно помогает безопасно выявить плохое соединение еще до того, как ситуация станет критичной.
Не всем электрикам в этом деле доступны тепловизоры. 
А вот для людей профессионально занимающихся системами отопления, подобные девайсы оказываются не нужными, и в некоторой степени даже вредными. Замерять температуру отопления пирометрами очень сложно.
Даже на крашенной белой глянцевой поверхности радиатора, достаточно три раза щелкнуть пирометром по одному месту, и у вас получится три разных значения температуры. Не говоря уже про хромированные трубы.
Если у вас блестящие медные трубы на выходе из котла, то замеры могут показать разбежку в 20 и более градусов, по сравнению с датчиком котла. Вот и думайте после этого, что же в системе неисправно.
На практике появляется слишком много факторов, искажающих реальное состояние дел. Чтобы добиться приемлемых результатов измерений на трубах и батареях, придется брать некую пленку или малярный скотч с постоянным коэффициентом отражения, наклеивать эту штуку на поверхность, и только после этого проводить измерения.
Спрашивается, зачем создавать себе такие сложности, если есть более эффективные контактные термометры. Время замера у которых всего несколько секунд и гарантированно точный результат до десятых долей градуса появляется у вас на экране.
Что касается теплых полов, здесь не все однозначно. 
Например, температуру стяжки пирометром еще можно измерить довольно точно. А вот если она будет закрыта плиткой, то погрешность моментально возрастает.
Производители безусловно знают об этих проблемах и постоянно совершенствуют приборы. Поэтому если уж и собрались покупать пирометр, выбирайте качественную модель.
Хорошие варианты можно подобрать и заказать здесь или здесь.
Есть относительно недорогие модели, снабженные выносным датчиком термопары.
С его помощью можно составлять и вносить собственные таблицы поправочных коэффициентов любых материалов. Один раз делаете замер нужной поверхности датчиком, сравниваете результат и вносите корректировку.
После этого можно спокойно стрелять лучом пирометра и не бояться ошибок. У китайцев такую модель можно заказать отсюда.
Если вам интересна эта тема и хочется заниматься измерениями пирометром более профессионально, а не только на бытовом уровне, скачайте и ознакомьтесь с двумя полезными брошюрами по данной тематике:
