Измерение температуры ИК-термометром

Почему мы это делаем сейчас? Да потому, что в этом году мы начинаем производство своего первого пирометра (ИК-измерителя-регистратора температуры). И нам бы не хотелось в начале пути производства бесконтактных средств измерения температуры столкнуться с рекламациями, связанными с неправильным применением приборов данного класса.

К сожалению, тезис о том, что для измерения температуры какого-либо тела достаточно направить на него пирометр и просто нажать на кнопку - не совсем верный. Результат измерения может оказаться настолько далёким от истинного значения, что проще было бы прикоснуться к поверхности рукой и примерно определить температуру.

Для пирометрии есть определённая область применения, где преимущества ИК способа неоспоримы. Это объекты под напряжением, движущиеся и вращающиеся компоненты, предметы небольших размеров и объекты с низкими значениями теплоёмкости и теплопроводности. В последнем случае малопригодны контактные измерения, т.к. зонд датчика изменяет температурное поле контролируемого объекта, полученные значения являются слишком заниженными, а время измерения – чересчур велико. ИК метод измерения – неинерционный, а значит можно контролировать температуру при быстропротекающих процессах, температуру движущегося конвейера и т.д. ИК метод - бесконтактный, а значит можно сохранять стерильность продукта при контроле.

Однако если вы будете измерять температуру металлов, их окислов, жидкостей, то можете получить очень большую ошибку. Почему?

Дело в том, чувствительный элемент ИК сенсора (пирометра) регистрирует общий уровень излучения, приходящий от области контроля. Данное суммарное излучение состоит из трёх составляющих: излучение контролируемого объекта, напрямую связанное с его температурой, внешнее излучение, отражённое от объекта, внешнее излучение, прошедшее через контролируемый объект (фактор прохождения). Если две последние составляющие равны нулю, то мы имеем идеальное для ИК термометрии тело - чёрное тело, имеющее коэффициент излучения равный 1,0. Реальные тела имеют коэффициент излучения меньше 1,0.

У наиболее распространённых недорогих пирометров установлен фиксированный коэффициент излучения равный 0,95. Они предназначены для контроля температуры таких объектов, как бумага, керамика, дерево, тёмные эмали и краски, большинство пищевых продуктов, коэффициент излучения которых при длине волны более 8 мкм как раз приблизительно равен 0,95. Это так называемые серые излучатели. Точность измерения температуры таких объектов ИК термометром достаточно высокая.

Как металлы, так и их оксиды, особенно светлых цветов имеют низкое значение коэффициента излучения в пределах 0,3…0,9. Данный коэффициент также очень сильно зависит от качества обработки контролируемой поверхности, а также её температуры (цветные излучатели). Поэтому перед проведением измерений необходимо узнать коэффициент излучения для конкретного материала для контролируемого диапазона температуры. Сделать это можно контактным термометром. Естественно, что для работы с такими объектами необходимо иметь более дорогие пирометры с настраиваемым коэффициентом излучения. Для контроля температуры поверхности таких материалов можно предварительно закрыть место контроля плёнкой, имеющей коэффициент излучения близкий к 0,95.

Часто у потребителей возникает вопрос, влияет ли цвет на коэффициент излучения. Практически не влияет, т.к. большинство пирометров работает в области спектра 8…14 мкм, далёком от видимого излучения.

О влиянии температуры окружающей среды.

Перед проведением процесса измерения пирометр необходимо выдержать при температуре окружающей среды. Дело в том, что как и измеритель, работающий с термопарой, пирометр измеряет два сигнала: уровень излучения от контролируемого объекта с учётом коэффициента излучения и уровень фонового излучения, определяемого температурой окружающей среды. Если, например, вы захотели зимой при -40 С померить температуру железнодорожных букс пирометром, имеющим диапазон температуры эксплуатации от 0 С, вытащив его на время из тёплого футляра , то вы получите очень большую ошибку в измерении.

О влиянии температуры контролируемого объекта.

Если вы используете стационарный датчик ИК, то его необходимо установить так, чтобы с одной стороны область контроля не была больше, чем размер контролируемого объекта, с другой стороны, чтобы контролируемый объект за счёт теплового излучения не нагревал датчик. Иногда сделать это довольно сложно. Приходится прибегать к таким приёмам, как принудительное охлаждение датчика сжатым воздухом или водой.

Измерение температуры расплава металла. Обычно расплав металла покрыт шлаком. В этом случае пирометр будет измерять температуру шлака и вы получите заниженные показания.

Применение ИК датчика в электрике. Контролируйте температуру пластмассовых частей: корпусов приборов, изолированных кабелей, а не наконечников, металлических контактов, проводов и т.д.! Иначе вы получите сильно заниженные данные.

Коэффициенты излучения некоторых материалов

НПК "Рэлсиб"