Современные способы измерения температуры
Библиографическая ссылка на статью:
Плотникова Е.Ю. Бесконтактный способ измерения температуры // Современные научные исследования и инновации. 2020. № 5 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2020/05/92370 (дата обращения: 10.11.2021).
Одним из ключевых факторов, который подвергается ежедневному контролю и измерению как в повседневной жизни человека, так и в производственной деятельности, является температура, способы измерения которых разнообразны, поэтому применяют два метода измерения: контактные и бесконтактные методы измерения температуры.
Бесконтактные методы измерения по сравнению с контактными имеют следующие преимущества:
— при введение преобразовательного элемента в исследуемую среду отсутствует отклонения температурного поля;
— не ограничена максимальная температура измерения;
— измерение температуры объекта без остановки технологического процесса, что позволяет определить точки перегрева.
Однако весомым недостатком бесконтактных измерений температуры является невозможность учета всех возможных связей между термодинамической температурой объекта и тепловой радиацией, определяемой пирометром. Следовательно, необходимо учесть следующие моменты:
— изменение излучательной способности поверхности от длины волны в регистрируемом спектральном диапазоне и от температуры в диапазоне измерений;
— наличие поглощения излучения в среде между измеряемым прибором и объектом контроля;
— геометрические параметры поля зрения прибора и его оптической системы;
— температуру окружающей среды и корпуса прибора.
Рассмотрим подробнее бесконтактные способы измерения температуры.
1. Пирометр – это прибор измерения температуры по тепловому излучению объекта, значение температуры отображается на дисплее прибора или преобразуется в аналоговый сигнал. Пирометры измеряют температуру круговой области, которая ограничена полем зрения прибора и производит усреднении температур в данной зоне. Однако поле зрения пирометра изменяется от его оптического разрешения и расстояния от прибора до объекта измерения.
Основные факторы, влияющие на точность результата измерения температуры пирометром:
1) Пирометр определяет температуру измеряя поток теплового излучения с некоторой части поверхности объекта в рабочей области спектра пирометра.
2) Между пирометром и объектом должны отсутствовать непрозрачные препятствия в рабочей области спектра, так как в результате уменьшения потока излучения, показания пирометра будут занижены.
3)Для корректного проведения измерений необходимо чтобы объект полностью перекрывал поле зрения- область пространства, в пределах которого производится определение температуры. Иначе, во-первых, падающий на датчик поток теплового излучения уменьшится пропорционально сокращению перекрываемой объектом площади, во-вторых, на датчик будет попадать излучение от предметов, расположенных за объектом измерения.
4) Пирометром может быть измерена только поверхностная температура исследуемого объекта, измерение внутренней температуры невозможно.
5) Для настройки и поверки пирометров используются модели абсолютно черного тела.
2. Тепловизор – это прибор измерения температуры по тепловому излучению объекта, предназначенное для определения температуры объекта в виде визуальной картины распределения тепловых полей по поверхности объекта. Тепловизор позволяет получить общую информацию – тепловую картину определенного пространства и конкретное значение температуры интересуемого объекта, размер которого равен или больше размера элементарной ячейки поля зрения тепловизора.
Несмотря на то что определение температуры данными приборами производится по тепловому излучению, они имеют сильное отличие по принципу работы, выполняемым задачам и функциям. При проведении измерений температуры объекта пирометр отображает на дисплее только данные в виде цифр, а вот тепловизор демонстрирует изображение распределения тепла по всему объекту измерения с возможностью записи на внешний накопитель. Также при измерении температуры объекта, имеющего крупные габариты пирометром, необходимо произвести несколько измерений, в отличие от тепловизора на дисплее которого отобразится цельная картина съемки.
Обычные пирометры эффективны на расстоянии от одного до нескольких десятков метров от объекта измерения, то тепловизоры имеют возможность измерения на расстоянии сотни или тысячи метров. Но в основном тепловизоры не применяются для точного определения температуры объекта, а лишь для определения наличия или отсутствия тепла.
Таким образом, благодаря простому принципу работы, обширному диапазону измеряемых температур, малому времени отклика, отсутствию необходимого контакта с объектом, своим функциональным возможностям пирометр дистанционно определяет температуру в определенной точке объекта измерения, но тепловизор еще дополнительно отображает наглядное двухмерное многоцветное изображение распределения тепла по его поверхности.
Библиографический список
- Неделько А. Преимущества и недостатки бесконтактного измерения температуры/ А.Неделько// Фотоника – 2013. – №1/37. – С. 102-109.
- Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978, – 704 с.
- Чистяков С. Ф., Радун Д. В. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Высшая школа, 1972, 392 с.
Количество просмотров публикации: Please wait
Источник
Термометрия
Какова нормальная температура здорового человека?
Нормальная температура при измерении в подмышечной или паховой области колеблется между 36 и 37 ° С. Утром она несколько ниже, чем вечером. В прямой кишке и во влагалищетемпература на 0,5—1 °С выше.
Что представляет собой медицинский термометр?
Медицинский термометр является ртутным максимальным, так как капилляр, по которому ртуть поднимается из резервуара, имеет сужение, препятствующее обратному движению ртути в резервуар. Шкала термометра имеет деления от 34 до 42 °С. Для возвращения ртути в резервуар термометр несколько раз встряхивают.
Каковы правила хранения и дезинфекции медицинских термометров?
Для хранения термометра используют стакан или банку, на дно которых кладут слой ваты, наливают 0,5 % раствор хлорамина или другого дезинфицирующего вещества.
После употребления термометр опускают в дезинфицирующий раствор и насухо вытирают. После этого термометр можно поставить другому больному.
Каковы преимущества электротермометрии?
Наряду с термометрией с помощью ртутного термометра используют электротермометрию (при научно-исследовательской работе и массовых обследованиях). Электротермометр позволяет регистрировать температуру кожи на различных ее участках.
Как правильно провести термометрию больному?
Контроль за температурой обычно осуществляют дважды в день: утром (в 7-9 часов) и вечером (в 16- 18 часов). При необходимости температуру измеряют каждые 2-3 часа. Результаты измерения отмечают в температурном листе графически, а при частом измерении на обычном листке-вкладыше в истории болезни. Длительность термометрии не менее 10 минут.
Если термометрия проводится в подмышечной области, последнюю насухо протирают, и только после этого дают больному термометр. Термометр должен быть положен так, чтобы ртутный резервуар со всех сторон соприкасался с телом в самой глубине подмышечной впадины, не смещаясь на протяжении времени измерения. Между термометром и телом не должно попасть белье. Слабым больным медсестра придерживает руку во время термометрии.
В каких случаях и как проводится измерение температуры в прямой кишке?
У очень истощенных и слабых больных можно измерять температуру в прямой кишке. При измерении температуры в прямой кишке смазанный вазелином термометр вставляют в кишку на половину его длины. Больной при этом лежит на боку. Противопоказанием к такому методу является задержка стула, понос, заболевания толстой кишки.
После ректальной термометрии термометр моют теплой водой с мылом и дезинфицируют 0,5 % хлорамином или спиртом.
В чем состоят особенности термометрии у детей?
Детям измеряют температуру в паховой складке. Для этого ногу ребенка несколько сгибают в тазобедренном суставе так, чтобы термометр находился в образовавшейся складке кожи.
Источник
Как правильно измерять температуру электронным термометром?
Простые правила, которые необходимо соблюдать при измерении температуры тела электронным градусником
Измерение температуры тела во рту
Орально (то есть во рту) температуру начинают измерять примерно с 4-х лет, потому что человек должен понимать ,что зубами хватать термометр не нужно.
Наконечник градусника располагать нужно в подъязычной области справа ли слева и слегка придерживать языком. Губы должны быть сомкнуты, дышать следует через нос, чтобы избежать охлаждения ротовой полости — это очень важно для точности измерения.
После приема холодных и горячих напитков (пищи) нужно подождать 30 минут, а затем мерить температуру. Не рекомендуется измерять температуру таким способом детям с повышенной нервной возбудимостью, психически больным людям. Не рекомендуется измерять температуру таким способом при наличии насморка и аденоид. Время измерения при пероральном методе измерения варьирует от 10 секунд до 2 минут. При данном способе измерения нормальной считается температура в пределах 36,8-37,3.
Измерение температуры ректально
Обычно к такому способу измерения прибегают, когда нужно произвести измерение ослабленным пациентам, лицам, находящимся в бессознательном состоянии и грудничкам.
Грудничков укладывают на животик или на спинку, приподнимая ножки. Взрослым удобнее всего делать измерение на боку. Ягодицы следует сжать и подержать так до окончания процедуры.
Перед введением наконечник термометра смазывают детским кремом и вводят на глубину 1-1,5 см-детям,1,5-2 см-взрослым.
Так же ректально температуру, как уже писалось выше, измеряют женщины для определения овуляции. В таких случаях рекомендуется проводить измерения утром после пробуждения в одно и тоже время, не вставая с кровати и свести двигательную активность к минимуму до окончания измерения.
Время измерения таким способом-2-3 минуты. Нормальной считается ректальная температура-37,3-37,7.
Но есть и противопоказания к такому способу измерения. Это трещины прямой кишки, диарея, онкология прямой кишки.
Измерение температуры в подмышечной впадине
Если Вы предпочитаете измерять температуру в подмышечной впадине, то для точности измерения необходимо соблюдать следующие условия:
— подмышечная впадина должна быть абсолютно влажная, если вы решили произвести измерение именно так.
— при измерении в подмышечной впадине ВАЖНО, чтобы рука была плотно прижата к туловищу. Малейшее ослабление контакта с кожей может привести к неточности измерения. И преждевременному сигналу. Производители так же рекомендуют термометр в подмышку вставлять не перпендикулярно тела, а вдоль.
— наконечник должен быть строго в подмышечной ямке.
— для точности измерения можно поставить термометр подмышку в выключенном состоянии и прижать его рукой, чтобы наконечник нагрелся и через 30 секунд включить термометр.
После первого звукового сигнала необходимо продолжить измерение. Время измерения варьируется в среднем 4-5 мин.
Первый звуковой сигнал не означает, что измерения закончены, он означает, что скорость измерения температуры снизилась и теперь прирост температуры происходит более плавно.
Значение температуры тела после первого звукового сигнала является приблизительной и измерение нужно продолжить.
Источник
Современные способы измерения температуры
Оптические методы регистрации светового излучения для измерения температуры 4 могут применяться как в диапазоне сравнительно невысоких температур (здесь меньше температуры плавления хрома), так и высоких температур. Вполне актуальным является развитие термопирометрии [1] для измерения действительных температур. Под термической пирометрией здесь понимается «радиометрическая» термометрия спектрального и термического отношения, для которой ниже изложены вычислительные формулы.
Одними из возможных устройств измерения электромагнитного излучения являются спектральные фотометры или радиометры [3].
Цель работы заключается в теоретическом представлении возможности измерения температуры с использованием калиброванных устройств основанных на измерении теплового электромагнитного излучения, регистрируемого в полихроматическом или спектральном фотометре или радиометре.
1. Тепловое излучение
Действительные температуры измеряются по оптическому излучению с использованием свойств функции Планка, описывающей тепловую спектральную мощность абсолютно черного тела [5]. Спектральная мощность теплового излучения черного тела в единице спектра длин волн описывается обобщенной формулой Планка:
где Iλ — удельная спектральная мощность по длинам волн (Вт·мкм 4 ·см -2 ); С1 = 37417,7 Вт·мкм 4 /см 2 ; С = С2 = 14387,8 мкм·К; T — температура; λ — длина волны; k — волновое число; e — коэффициент черноты излучения; α — коэффициент передачи (пропускания); ӕ — коэффициент преобразования («радиоматический» коэффициент) для регистрируемого излучения, определяемый произведением коэффициента излучения наблюдаемого объекта и коэффициента передачи (пропускания) измеряемого электромагнитного излучения через среду наблюдения. ӕb — ниже изложенное модельное приближенное значение коэффициента ӕ.
Измерение приближенной «радиометрической» температуры допускает использование некоторого модельного значения ӕb для неизвестного «радиоматического» коэффициента ӕ.
Преобразуем уравнение (1) к следующей формуле для измеряемой температуры:
где λo — некоторая отсчетная длина волны для спектрального диапазона.
Здесь вторая формула есть частный случай для первого выражения, если выполняется приближение большой отсчетной длины волны в сравнении с используемыми λo >> λ; ko -1 ), которые соответствует области фоточувствительности кремния или арсенида индия. Максимум спектральной мощности Iλ находится на длине волны равной 2899,9 мкм·К/T, где T — температура объекта. Наиболее значительные изменения спектральной мощности теплового излучения происходят в коротковолновой области спектра.
2. Коэффициент излучения
Спектры теплового излучения реальных объектов отличаются от спектра черного тела, эти отличия описываются дополнительным коэффициентом излучения 0 £ e(λ, Т) £ 1, являющимся, в общем случае, функцией зависящей от длины волны и температуры и называемым коэффициентом черноты излучения (излучательной способностью или коэффициентом черноты). Коэффициент излучения e(λ, Т) измеряют экспериментально, и при этом в общем случае для измерения коэффициента излучательной способности требуется дополнительный метод измерения. Экспериментальные данные по коэффициентам излучательной способности разных материалов содержатся в справочнике [2].
Если предположить единичность «радиоматического» (radiomatical) коэффициента для регистрируемого излучения (ӕ = 1), то вместо формулы (2) для измеряемой температуры получим цветовой и яркостной аналог для регистрируемой температуры.
Преобразуем уравнение (2) к следующему определению цветовой температуры:
где Tc — цветовая температура.
Решение (3) преобразуем к следующему определению для яркостной температуры:
где Tr — яркостная температура.
В простой оптической пирометрии измерения интенсивности излучения проводят обычно на одной (4) или двух (3) эффективных длинах волн 5, соответственных некоторым участкам спектра, используемых в пирометрах частичного излучения. В пирометрах полного излучения измеряется «излучательная» температура.
3. Вычисление температуры
Рассмотрим исходную формулу (1) в преобразованных координатах (B, λ).
где B = 1/T — значение обратной величины действительной температуры.
Также рассмотрим полученную формулу (5) в преобразованных координатах (B, λ) в коротковолновом приближении (коротковолновой асимптотике).
С целью перехода к коротковолновому приближению преобразуем выражение (7) к следующему уравнению.
где Bs — значение обратной величины некоторой температуры, которая равна действительной обратной температуре в коротковолновом приближении.
Рассмотрим простейшую коротковолновую асимптотику в соответствии с формулой (6) для вычислений температуры.
где Bd — значение обратной величины простой «радиометрической» температуры; ӕӕ — коэффициент спектрального отношения для радиоматического коэффициента; |ln[ӕӕ(B)]/[C(1/λ — 1/λo)]| — модуль неопределенности логарифма радиоматического коэффициента нормированного на ширину спектра волновых чисел.
Здесь предполагается усреднение по спектру для простой «радиометрической» обратной температуры и для действительной обратной температуры.
В модельном приближении формула (9) приводит к упрощенному вычислению «радиометрической» обратной температуры с усреднением по спектру длин волн.
|ln[ӕӕ(B)/ӕӕb(B)]/[C(1/λ — 1/λo)]| -1 . Это неравенство выполнено и усреднено равно ≈ 1/3700000 К -1 -1 , что является приемлемым для «коллекционного» пирометрического метода в данном примере.
В радиометрической термометрии возможно измерение температуры с использованием коэффициентов термического отношения. Для меняющихся «радиоматических» коэффициентов результат вычислений, соответствует приближенной «радиометрической» температуре.
Источник
