Средства измерения температуры бесконтактным способом

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

Бесконтактные средства измерения температуры

Применение бесконтактных средств измерений позволяет производить измерения температуры движущихся объектов; объектов, расположенных в труднодоступных местах; избегать повреждений средств измерений при контроле высоких температур. Высокое быстродействие, возможность измерения температуры без отключения объекта от техпроцесса, обеспечение безопасности персонала, измерение температуры до 3000 0C — основные преимущества пирометров и тепловизоров.

Пирометр
— это средство измерения температуры по тепловому излучению объекта, предназначенное для отображения значения температуры на индикаторе прибора или преобразования в аналоговый или цифровой сигнал. Пирометры способны измерять температуру круговой зоны, ограниченной полем зрения прибора и усредняют температуру в пределах данной зоны. Зона видимости пирометра зависит от расстояния до объекта и от оптического разрешения пирометра, таким образом варьируя эти два параметра, с помощью пирометра можно измерять как температуру тонкой проволоки, так и среднюю температуру поверхности кузова автомобиля перед покраской.

Тепловизор
— это средство измерения температуры по тепловому излучению объекта, предназначенное для определения значения температуры и преобразования её в визуальную картину распределения тепловых полей по поверхности объекта. Тепловизор позволяет получить обобщенную информацию — тепловую картину некоторой области и конкретное значение температуры интересуемого объекта, размер которого равен или больше размера элементарной ячейки поля зрения тепловизора.

С 2000 года для тех приложений, где применение контактных датчиков температуры серии Метран-200 затруднительно или невозможно, ПГ «Метран» предлагает бесконтактные средства измерения температуры производства фирмы Raytek (Германия). Компания Raytek, одна из ведущих фирм мира, специализирующихся на разработке и изготовлении приборов для бесконтактного измерения температуры. В будущем ПГ «Метран» планируется совместное с компанией Raytek производство бесконтактных средств измерения температуры на собственной производственной базе.

Применение бесконтактных средств измерений позволяет производить измерения температуры движущихся объектов; объектов, расположенных в труднодоступных местах; избегать повреждений средства измерения при контроле высоких температур; предотвращать возможные загрязнения и повреждения измеряемого объекта, при измерении температуры объекта, целостность или стерильность которого нельзя нарушать. В случае, когда необходимо измерить температуру микроскопических объектов, теплоемкость которых мала, бесконтакный способ измерения позволяет избежать искажений температуры объекта, вносимых контактным средством. Неоспоримыми преимуществами бесконтактных средств измерения температуры перед контактными являются следующие:
• высокое быстродействие (до 1 мс) — необходимо в случае измерения температуры быстропротекающих процессов;
• возможность измерения температуры объекта без его отключения от технологического процесса — обнаружение точек перегрева, которые возникают только во время работы объекта;
• обеспечение безопасности персонала, проводящего измерение температуры объектов, находящихся под напряжением, так как работы производятся на расстоянии и не требуют отключения электроэнергии.

Существует ряд технологических процессов, когда применение контактных датчиков невозможно, в таких случаях применение пирометров — это единственно возможный способ контроля температуры. В случае, когда, например, необходимо замерить температуру от 1800 °С до 3000 °С, контактные средства измерения применить невозможно, но бесконтактные приборы легко решают эту задачу.

Функциональные возможности пирометров позволяют, кроме текущего значения температуры, фиксировать максимальную, минимальную температуру объекта, их разницу, а также среднюю температуру за промежуток времени. Наличие цифрового интерфейса у пирометров (RS-232, RS-485, Hart-протокол) позволяет перенастраивать прибор и контролировать значение измеряемой температуры непосредственно с персонального компьютера. Специальное программное обеспечение пирометров позволяет создавать отчеты в виде графиков и формировать базы данных.

Пирометры и тепловизоры имеют перед контактными датчиками температуры, как ряд преимуществ, так и некоторые недостатки — зависимость показаний от расстояния до измеряемого объекта, от отражательных свойств измеряемой поверхности, от излучения прямо не попадающих в поле зрения пирометра областей измеряемого объекта. Для того чтобы выбрать способ измерения, нужно оценить все за и против.

ПГ «Метран» предлагает сегодня большой выбор портативных переносных и стационарных пирометров для различных применений, а также доступный по цене тепловизор. Предлагаемые приборы имеют сертификаты России, Украины и Белорусии, руководства по эксплуатации и методики поверки на русском языке. ПГ «Метран» обеспечивает квалифицированную техническую поддержку, сервисное обслуживание продукции, предлагает услуги по ремонту, периодической поверке и калибровке.

Переносные пирометры измеряют температуру в диапазоне от -30°С до 3000°С с погрешностью до 0,75% от измеряемой величины, могут запоминать до 100 значений температуры, передавать данные измерений по цифровому выходу на персональный компьютер.

Стационарные пирометры измеряют температуру от -40°С до 3000°С с погрешностью до 0,3% от измеряемой величины, имеют оптическое разрешение до 300:1, время отклика до 1 мс и выходные сигналы — термопары типа J/K/E/N/T/R/S, 0-5 В, 4-20 мА, интерфейсы RS-485 или RS-232, механическое реле.

Тепловизор имеет следующие технические характеристики:
• неохлаждаемая микроболометрическая матрица 160 x 120 ячеек;
• диапазон измеряемых температур от 0 оС до 250 оС;
• спектральный диапазон 7-14 мкм;
• ЖКИ дисплей с тремя градациями яркости изображения для разных условий работы;
• оптическое разрешение 90:1, минимальное расстояние до объекта измерения 60 см;
• лазерный прицел — указатель центра зоны съемки;
• память до 100 снимков и данных;
• время непрерывной работы без перезарядки — 5 часов;
• связь с персональным компьютером по USB-порту.

Все эти приборы специально разработаны и откалиброваны для решения проблем измерения температуры в промышленности. В настоящее время бесконтактный метод измерения температуры широко востребован в энергетике. Он применяется для диагностики электрооборудования под напряжением, для технического обслуживания энергооборудования. С помощью пирометров и тепловизоров можно быстро и безопасно контролировать температуру электрических двигателей, корпусов трансформаторов, кожухов шинопроводов, оборудования электрических подстанций, обнаруживать осушенные участки высоковольтных кабельных линий, котролировать температуру электроизоляторов. В жилищно-коммунальном хозяйстве с помощью пирометров и тепловизоров производят контроль температуры труб подачи и забора воздуха, измеряют температуру теплотрасс, определяют места утечек тепла, проводят инспекцию кровли. Бесконтактный метод измерения температуры позволяет сократить время проведения измерений и обезопасить персонал, продлить срок службы средства измерения и расширить диапазон измеряемых температур. Дешевизна бесконтактного метода контроля температуры, его оперативность и доступность позволяют использовать пирометры и тепловизоры практически на любом предприятии.

Благодаря своей простоте в работе, широкому диапазону измеряемых температур, малому времени отклика, отсутствию необходимости контактировать с объектом, своим функциональным возможностям бесконтактные средства измерения температуры находят широкое применение не только там, где это единственно возможное средство измерения, но и постепенно начинают вытеснять контактные датчики температуры.

Источник

Бесконтактный градусник: как выбрать?

Как измерить температуру быстро и точно?

Все помнят из детства ртутные градусники. Их прятали под мышку и утомительно ждали, когда же он покажет результат. В случае со взрослым это не проблема. Но если это ребенок, тем более маленький, придется постараться, ему надо бежать, ползти, скакать или не дай бог играть самим ртутным градусником. Взрослым требуется обеспечивать непрерывность измерения температуры и сохранность градусника. В случае разлива ртути придется проводить обработку помещения и вызывать специальную службу, а ребенок может порезаться осколками.

Пожилым людям непросто разглядеть результаты на ртутном термометре. Человек в возрасте может случайно выронить термометр при встряхивании. Казалось бы, никаких кнопок на ртутном градуснике нет, но научиться его стряхивать отдельный навык. Если стряхнуть градусник не той стороной, ртутный столбик разделиться на части и прибор перестанет выполнять свою функцию. После использования хранить и перевозить его нужно в специальном футляре, чтобы защитить хрупкий прибор.

Зачем нужен бесконтактный термометр?

На замену ртутных термометров давно пришли безртутные, где ртуть заменена другим веществом или электронные термометры, у которых вместо ртути специальный датчик, который измеряет температуру при контакте. Но многие минусы никуда не пропали:

требуется несколько минут для измерения;
градусник может превратиться в игрушку для ребенка;
часть приборов имеют маленький дисплей или такую же шкалу как у ртутных термометров и неудобны людям со сниженным зрением;
не подходят для использования у большого количества людей;
требуют дезинфекции после каждого человека;
есть риск передачи инфекции при плохой обработке;
дороже, чем ртутный градусник.

Плюсы:

отсутствие ртути и опасности заражения помещения;
у некоторых электронных моделей крупное табло;
электронный термометр более ударопрочный и не поранит ребенка осколками;
дешевле, чем инфракрасный термометр.

Бесконтактный термометр более безопасен и удобен в эксплуатации.

Эти проблемы должен был решить бесконтактный термометр. Для измерения температуры человеческого тела применили технологии из отраслей машиностроения и металлургии. Фактически бесконтактный термометр — это высокоточный пирометр.

Пирометры были изобретены для измерения температуры в плавильных печах, мониторинга нагрева различных конструкций. С одной стороны, они работают в широком диапазоне до тысяч градусов по цельсию, с другой — погрешность в целые градусы при таком разбросе температур не является критичным.

Как работает медицинский бесконтактный термометр

Бесконтактный термометр определяет силу инфракрасного излучения с поверхности тела человека и переводит его в цифровое значение в виде градусов. То есть это принципиально другой метод измерения по сравнению с обычными градусниками. Для наглядности можно представить, что измеряется сила света, невидимая человеческому глазу, исходящая от поверхности кожи.

Плюсы инфракрасного термометра:

скорость измерения укладывается в несколько секунд;
нет опасности разлива ртути;
нет необходимости фиксировать ребенка или отвлекать;
можно применять для большого количества людей с низким риском инфицирования;
бесконтактный способ измерения;
крупный дисплей с большими цифрами легко читается, иногда есть подсветка;
возможность измерять температуру тела у спящего человека;
в некоторых моделях есть память около 30 измерений;
при смене режима использовать как термометр для детского питания, окружающей среды.

Не всем инфракрасным термометрам присущи эти плюсы. Некоторые из них предназначены для измерения температуры в слуховом проходе, это повышает точность, тогда требуется ввести в него специальную насадку. Или требуется прикладывать к коже лба. То есть о бесконтактном способе говорить уже нельзя. Чтобы не ошибиться, внимательно читайте инструкцию. Один из таких термометров с необходимостью контакта B.Well WF-1000 . В остальном все плюсы быстроты измерения и возможности мерить температуру детской смеси сохраняются.

Некоторые термометры предназначены для измерения температуры в слуховом проходе.

Особенности использования бесконтактных устройств

Казалось бы, вот идеальное решение, удобное и функциональное. Но, так как это сложный электронный прибор, на его точность влияет множество факторов. Производители даже самых дорогих устройств заявляют погрешность +0,2°C при соблюдении всех условий правильного измерения. Если нарушить хотя бы одно, отклонение будет еще больше!

Требования к условиям работы:

прибор правильно измеряет температуру только в определенных условиях (примерно 16-40 °C окружающей среды);
прибор должен находиться в этом температурном режиме 30 минут;
человек которому проводят измерение должен быть в этих же температурных условиях минимум 10 минут, а лучше 30;
после приема пищи, ванны, физической тренировки также должно пройти не менее 30 минут;
кожа лба должна быть чистой и сухой. Если присутствует крем, грязь, пот, вода это может также изменить показания;
окно датчика излучения должно быть чистым и не загрязнено ничем (рекомендуется протирать спиртом. Водой запрещено!);
расстояние между прибором и кожей во время измерения должно совпадать с инструкцией (3-5-7 см в зависимости от модели);
исключить попадание теплых потоков от нагревателей и батарей;
не держать в руке слишком долго, т.к. это может привести к нагреву прибора.

Если по каким-то причинам требования не такие жесткие, честные производители увеличивают погрешность в инструкции, про китайские приборы не прошедшие сертификацию речи не идет.

Выбор прибора

Чтобы быть уверенным в точности и качестве прибор должен пройти сертификацию, поэтому стоит обратить внимание на производителей медицинской техники или производителей пирометров, имеющих в своем ассортименте медицинские приборы. Но и в этом случае, например, производитель B.Well говорит о том, что покупатель должен приносить устройство на поверку 1 раз в 2 года.

Обычно приносить устройство на поверку необходимо 1 раз в 2 года.

Варианты для покупки:

B.Well WF-4000;
ELARI SmartCare;
CEM DT-8806S;
Sensitec NF-3101;
B.Well WF-5000;
CS Medica KIDS CS-88 (Omron).

Обращайте внимание именно на погрешность измерения по инструкции. Остальные отличия — это расширенные функции (память, удобство, второй режим для окружающей среды). Оптимальным будет иметь дома 2 прибора. Один инфракрасный термометр для быстрого измерения или наблюдения изменения температуры в динамике. А при подозрении на болезнь и необходимости в высокой точности измерения использовать обычный градусник.

Источник