Оптический способ измерения температуры

Методы измерения температуры

Пирометрические методы измерения температуры основаны на регистрации характеристик теплового излучения, которое испускает любое «нагретое» тело (здесь под «нагретым» телом мы понимаем тело с температурой выше температуры абсолютного нуля (-273°С)). Соответственно, данные методы реализуются с помощью пирометров – приборов, предназначенных для измерения температуры объекта с некоторого расстояния.

Принцип действия пирометров базируется на том, что интенсивность и спектр излучения тепловой энергии от объекта напрямую зависит от его температуры.

Пирометрические методы измерения температуры классифицируются по диапазону длин волн теплового излучения на оптический и радиационный методы.

Оптические методы измерения температуры основаны на зависимости цвета электромагнитного излучения (в оптическом и ИК-диапазонах) от температуры поверхности объекта. Такую зависимость можно наглядно проследить по изменению цвета излучения с увеличением температуры тела:

• при 700-800°С — темно-оранжевое свечение;
• при 1000°С — ярко-оранжевое свечение;
• при 2000°С — ярко-желтое свечение;
• при 2500°С — практически белое свечение.

Оптические пирометры по принципу действия подразделяются на яркостные и цветовые (спектрального отношения).

Принцип действия яркостного пирометра основан на визуальном сравнении цвета излучения от объекта с цветом эталонной металлической нити. Окуляр пирометра направляется на исследуемый объект и, регулируя силу тока, нагревают нить до полного слияния ее изображения с цветом свечения объекта, и по величине тока пересчитывают температуру объекта.

Действие цветовых пирометров основано на определении отношения энергетической яркости объекта, измеренной в двух областях спектра. Цветовые пирометры обладают большей точностью по сравнению с яркостными, поэтому и находят большее применение.

В диапазоне относительно небольших температур (до 500°С) основная мощность теплового излучения сосредоточена в инфракрасном диапазоне длин волн (от 0,78 мкм до 14 мкм). Именно на регистрации и пересчете этой мощности основана работа радиационных пирометров:

1. ИК-излучение от объекта фокусируется объективом пирометра и направляется на термодатчик.
2. Под действием ИК-излучения термодатчик генерирует электрический сигнал, соответствующий мощности излучения.
3. Электрический сигнал обрабатывается процессором пирометра, и численное значение температуры выдается на дисплее пирометра.

Радиационные пирометры обладают малым весом и компактными размерами, надежны и удобны в применении, обеспечивают высокую точность и повторяемость измерений, а также, в отличие от оптических пирометров, способны измерять отрицательные температуры. Учитывая эти факторы, а также меньшую стоимость и большую разрешающую способность по сравнению с оптическими пирометрами, сегодня абсолютное большинство мобильных портативных пирометров работает по радиационному принципу.

Среди относительных недостатков радиационного метода измерения температуры необходимо назвать зависимость результатов измерений от излучательной способности поверхности объекта и расстояния съемки. Для исключения данных ошибок измерений необходимо правильно подбирать в настройках пирометра коэффициент излучательной способности поверхности и проводить съемку в соответствии с оптическим разрешением пирометра. Все это подразумевает достаточно высокую квалификацию оператора, которую можно получить на курсе «Радиационные пирометры. Тепловой метод неразрушающего контроля», который периодически проводится в Учебном Центре компании MVR.

Также в компании MVR вы можете купить пирометр серии RY-150 с температурным диапазоном от -20°С до 500°С и коэффициентом визирования 8:1.

Пирометры MVR отличает:

• уникальный эргономичный дизайн;
• ударопрочный и пылезащищенный корпус из ABS пластика;
• точный и долговечный приемник инфракрасного излучения;
• прецизионные линзы, обеспечивающие работу в условиях

• высокая помехоустойчивость;
• меньшая погрешность измерений за счет комплектации новейшими процессорами;
• быстрое согласование изменяемого коэффициента излучения с

особенностями объекта измерения;

• возможность установки порогового уровня.

Благодаря отличным техническим характеристикам, высокому качеству сборки, простоте и надежности эксплуатации, пирометры RY-150 считаются одними из лучших по соотношению цена/качество/функциональность и находят самое широкое применение в металлургии, бумажном производстве, на ж/д транспорте, в строительстве, энергоаудите, ЖКХ, научных исследованиях и многих других приложениях.

Источник

Советская оптика

Рубрики

Свежие записи

Оптическая пирометрия. Температуры. Принцип измерения температуры

27 Дек 2013

3. Оптическая пирометрия.

Оптической пирометрией называется совокупность методов измерения температуры тел, основанных на законах теплового излучения. Приборы, применяемые для этого, называются пирометрами.

Эти методы очень удобны для измерения температур различных объектов, где сложно или вообще невозможно применить традиционные контактные датчики. Это относится в первую очередь к измерению высоких температур.

В оптической пирометрии различают следующие температуры тела: радиационную, цветовую, яркостную.

3.1. Радиационная температура.

Радиационная температура Тр тела— это температура абсолютно чёрного тела, при которой его энергетическая светимость R равна энергетической светимости Rm данного тела в широком диапазоне длин волн.

Если же измерить мощность, излучаемую некоторым телом с единицы поверхности в достаточно широком интервале волн и ее величину сопоставить с энергетической светимостью абсолютно черного тела, то можно, используя формулу (11), вычислить температуру этого тела, как

(17)

Определенная таким способом температура Tp будет достаточно точно соответствовать истинной температуре T при выполнении двух условий:

-оптическая система и детектор излучения должны иметь одинаковую чувствительность в широком диапазоне длин волн, соответствующем основной излучаемой мощности поверхности тела.

-коэффициент монохроматического поглощения поверхности тела должен быть близок к единице.

Для серого тела закон Стефана-Больцмана может быть записан в виде

Rm(T) = αT σT4; где αT α2(λ,T2), мы получим заниженное значение температуры объекта, при обратном соотношении — завышенное значение температуры.

4. Определение постоянной Стефана-Больцмана с помощью оптического пирометра

Для реальных (не черных, в том числе и серых) тел на основании закона Стефана-Больцмана можно определить мощность излучения во всем интервале длин волн W:

где S – площадь поверхности нагретого тела, α(Т) –коэффициент черноты реального тела. Он равен отношению энергетической светимости данного реального тела к энергетической светимости абсолютно черного тела при той же температуре. Данный коэффициент представляет интегральный (по всем длинам волн) коэффициент поглощения реального тела. Для серого тела этот коэффициент представляет собой коэффициент монохроматического поглощения αТ, не зависящий от длины волны (введен ранее в 2.2). В качестве тела-источника теплового излучения можно взять вольфрамовую спираль вакуумной лампы накаливания. Подводимая энергия электрического тока в такой лампе расходуется в основном на тепловое излучение. Доля рассеиваемой мощности лампы за счет теплопроводности составляет небольшую величину и ею можно пренебречь в общем балансе энергии.

Таким образом, с одной стороны, мы можем определить мощность излучения из закона Джоуля-Ленца, с другой, определить температуру нити лампы с помощью оптического пирометра. При этом температура, определенная с помощью пирометра, будет истинной, поскольку нити лампы пирометра и исследуемой лампы изготовлены из одного материала — вольфрама. Поэтому можно записать:

где Iл, Uл — ток и напряжение питания лампы. Зная длину и диаметр нити накала, а также коэффициент черноты α(Т) вольфрама в видимой области спектра, легко вычислить постоянную Стефана-Больцмана:

(23)

Площадь нити исследуемой лампы накаливания S=0.317·10-3м2. Коэффициент α(Т) = 0.25.

Похожие записи :

Яркостная температура Тя тела – это температура абсолютно чёрного тела, при которой его спектральная плотность энергетической светимости f(λ,T), для какой либо определённо .

Оптической пирометрией называется совокупность методов измерения температуры тел, основанных на законах теплового излучения. Приборы, применяемые для этого, называются пирометр .

Спектральная плотность энергетической светимости серых тел (или тел близких к ним по свойствам) с точностью до постоянного коэффициента (коэффициента монохроматического поглоще .

Тепловым излучением тел называется электромагнитное излучение, возникающее за счет той части внутренней энергии тела, которая связана с тепловым движением его частиц. Основными .

2.1. Тепловое излучение тел. Тепловым излучением тел называется электромагнитное излучение, возникающее за счет той части внутренней энергии тела, которая связана с тепловым д .

Отзывов нет

No comments yet.

К сожалению, по вашему запросу ничего не найдено.

Источник

Методы измерения температуры

В связи с распространением по планете вируса COVID-19, на сегодняшний день, наиболее актуален вопрос измерения температуры тела человека. Давайте наиболее подробно рассмотрим используемые для этой цели решения, которые сегодня присутствуют на рынке.

Термометр — прибор для измерения температуры воздуха, почвы и различных тел.

Существует несколько видов термометров:

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

● Механические — действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль либо пластина;

● Электронные — принцип работы электронных термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды;

● Оптические — измеряют мощность теплового излучения объекта. Инфракрасный сенсор находящийся внутри пирометра воспринимает излучение и передает аналоговый сигнал на электронную схему. Сигнал оцифровывается, и на его основе производятся вычисления результата, который выводится на ЖК-дисплей. Инфракрасные измерители температуры тела позволяют измерять температуру без непосредственного контакта с человеком;

● Газовые – содержат в себе сосуд, заполненный определённым объемом газа. При нагревании газ расширяется и приводит в движение стрелку, которая отображает температуру на градуированной шкале.

В связи с распространением по планете вируса COVID-19, на сегодняшний день, наиболее актуален вопрос измерения температуры тела человека. Давайте наиболее подробно рассмотрим используемые для этой цели решения, которые сегодня присутствуют на рынке.

Самым распространенным и дешёвым термометром для измерения температуры тела в домашних и больничных условиях, был и остается ртутный градусник.

Плюсы ртутного градусника:

● точность измерения — погрешность составляет всего 0,1 градуса;
● долговечность — служит десятки лет, если его не ронять;
● легкость очистки и дезинфекции;
● невысокая цена — в аптеке его можно приобрести за сумму до 100 рублей.

Но есть и отрицательные стороны использования ртутного прибора:

● высокий риск разбить при падении: мелкими осколками стекла можно порезаться, а пары ртути опасны для здоровья;
● длительность измерения: требуется около 10 минут для получения точного показателя.

Более современным аналогом ртутного термометра считается электронный градусник. Замер производится за счет действия встроенных датчиков в корпусе, а результат термометрии выводится на небольшой экран, что очень удобно.

В зависимости от модели могут быть различные дополнительные функции: звуковой сигнал, говорящий о конце измерения, водонепроницаемость и т.д. Но главным плюсом такого градусника является его безопасность: можно спокойно давать ребенку и не бояться того, что градусник разобьется. Длительность измерения гораздо меньше, чем у предшественника — достаточно одной минуты для получения результата.

Но даже у электронных термометров есть недостатки:

● для правильного использования нужно предварительно изучить инструкцию, а это делают далеко не все;
● электронные термометры обладают меньшей точностью;
● прибор функционирует за счет батареек, а сесть они могут в любой момент, даже когда купить их не представляется возможным;
● более высокая стоимость — от 250 до 1600 рублей в зависимости от набора функций и производителя.

Самым продвинутым, быстрым и удобным в эксплуатации термометром, в условиях контроля заболеваемости большого количества людей, является пирометр.

Пирометр – бесконтактный термометр. Прибор измеряет температуру объекта на расстоянии и выводит данные на экран. Большинство современных пирометров фиксирует излучение тепла от предмета в инфракрасном диапазоне. Также существуют пирометры, которые измеряют тепловое излучение в видимом диапазоне света.

Пирометры делят на две группы. В первой – приборы, которые выводят на дисплей температуру в градусах. Они наиболее востребованные.

Во второй группе приборы с графическим выводом. Они отображают объект в виде тепловой карты, на которой области с разной температурой отмечены разными цветами. По такому принципу работают тепловизоры.

Плюсы портативного пирометра:

● позволяет быстро и без непосредственного контакта измерить температуру тела;
● лёгкое измерение температуры, даже если человек находится в движении.

К минусам можно отнести следующее:

● пирометры корректно работают только при нормальных условиях, показания прибора нельзя считать достоверными, если температура измеряется во время дождя, снега, тумана, запыленности или задымленности;
● необходимость замены батареек, либо подзарядки аккумулятора;
● достаточно высокая стоимость — от 5500 до 80000 рублей в зависимости от набора функций и производителя.

Так как большинство пирометров схожи по своим функциям и органам управления, рассмотрим принцип их работы на примере инфракрасного пирометра TOPMED NC-178.

От всех объектов, твердых, жидких или газообразных исходит ИК-излучение. Интенсивность излучения зависит от температуры объекта.

Термометр NC-178 способен измерять температуру тела человека по ИК-излучению. Точное измерение производится благодаря встроенному в устройство температурному датчику, который постоянно анализирует и регистрирует температуру окружающей среды. Таким образом, как только оператор подносит пирометр к человеку и активирует датчик измерения, прибор сразу проводит оценку ИК-излучения, исходящего от артериального кровотока. Следовательно, температура тела может быть измерена без влияния температуры окружающей среды.

Термометр NC-178 разработан для проведения мгновенного измерения температуры тела бесконтактным методом (рекомендуется измерять температуру на лбу в области височной артерии). Поскольку височная артерия располагается достаточно близко к поверхности кожи, является доступной и имеет постоянный и равномерный кровоток, измерение температуры получается точным. Эта артерия соединяется с сердцем через сонную артерию, которая напрямую связана с аортой.

Так формируется часть главного канала артериальной системы. Эффективность, скорость и комфорт измерения температуры в данной области делает этот метод идеальным в сравнении с другими методами измерения температуры.

Порядок действий при измерении температуры тела

Включите прибор, наведите на измеряемую область – тело или поверхность объекта

на расстоянии 3-5 см, нажмите на кнопку измерения, результат отобразится на дисплее.

Внимание! При проведении измерений необходимо учитывать установленный режим

работы термометра – «Body» или «Surface» (тело человека или иная поверхность).

Чтобы обеспечить достоверный и надежный результат измерения, необходимо выполнить следующие рекомендации:

● убрать волосы со лба;
● вытереть пот или испарину;
● избегать сквозняков и потоков воздуха (от кондиционера или окна);
● соблюдать интервал 3-5 сек. между повторными измерениями.

Таким образом, современный пирометр даст Вам возможность быстро и точно измерить температуру тела человека, что позволит оценить его физическое состояние и принять меры к недопущению распространения коронавируса на территории РФ.

Источник