Пирометрический датчик температуры: Элтехника. Данная страница не существует

Содержание

Устройства для измерения температуры: датчики, термометры, термопары, пирометры

Jump to Navigation

Информация
Производители

Каталог
Назад

Насосное оборудование

Насосы центробежные
- Apex Pumps
Насосы винтовые
- Насосы высокого давления
  - BFT
  - GEA
- Погружные насосы
  - Houttuin
- Горизонтальные насосы
  - Apex Pumps
  - Houttuin
  - Inoxihp
  - Moyno
  - Vipom
- Насосы герметичные
  - Hermetic Pumpen
  - Zenith
- Насосное оборудование прочее
  - AX System
  - Sanco
  - Servi Group

Фильтровальное оборудование

Воздушные фильтры
- AAF
- Jonell
Масляные и гидравлические фильтры
- Parker Hannifin Corporation
- Servi Group
Коалесцирующие фильтры
- ASCO Filtri
- Buhler Technologies
- EUROFILL
- Hydac
- Jonell
- Petrogas
- Scam Filltres
- Vokes Air
Водоподготовка
- Grunbeck
Фильтры КВОУ
- AAF
Осушители

Компрессорное оборудование

Поршневые компрессоры
- Винтовые компрессоры
  - GEA
  - Howden
  - Stewart & Stevenson
- Центробежные компрессоры
  - Baker Hughes
  - Stewart & Stevenson
  - Thermodyn

Трубопроводная арматура

Запорная, регулирующая, запорно-регулирующая арматура
- Предохранительная арматура
  - Sapag Industrial valves
  - Schroedahl
  - Servi Group
- Приводы трубопроводной арматуры
  - Biffi
  - Keystone
Гидравлика
- Гидроцилиндры
  - Servi Group
- Гидроклапаны
  - Meggitt
  - Servi Group
- Гидронасосы
  - Riverhawk
  - Servi Group
- Гидрораспределители
  - Servi Group
- Пневмоцилиндры
  - Artec
  - Mec Fluid 2
Станочное оборудование
- Станки шлифовальные
  - LOESER
- Хонинговальные станки
  - CAR srl
- Станки зубо- и резьбо- обрабатывающие
  - Nagel Maschinen
- Карусельные станки
  - Star Micronics
- Шпиндели и фрезерные головки
  - Cytec
Приводная техника
- Электрические приводы
  - Servi Group
- Гидравлические приводы
  - Biffi
- Пневматические приводы
  - Keystone
- Вентиляторы
  - Reitz
- Электромагнитные приводы
  - Danfoss
  - ECONTROL
- Редукторы
  - Renk
  - VAR-SPE
- Турборедукторы
  - Flender-Graffenstaden
  - Renk

КИП (измерительное оборудование)

Анализаторы влажности
- Belimo
- Scantech
Приборы измерения уровня
- Endress+Hauser
Приборы контроля и регулирования технологических процессов
- Reuter-Stokes
Приборы измерения уровня расхода (расходомеры)
- Belimo
- Itron
- Servi Group
Системы измерения неразрушающего контроля
- HBM
- Kavlico
- Marposs

Устройства измерения температуры

Устройства измерения давления
- Autrol
- Servi Group
Устройства измерения перемещения и положения
Лабораторное оборудование
- Микроскопия и спектроскопия
  - Keyence
Электрооборудование
- Аккумуляторные батареи
  - Hoppecke
- Противопожарное оборудование
  - Reuter-Stokes
  - Sanco
  - Spectrex
- Выключатели
  - Metrol
- Источники питания
  - LAM Technologies
- Кабели и коннекторы
  - Axon’ Cable
  - HiRel Connectors
  - Murrplastik
- Лазеры
  - RIO
- Лампы
  - Nic
  - Parat
- Серийные преобразователи
  - LAM Technologies
- Электродвигатели
  - Gamak Motors
  - LAM Technologies
- Электроника
  - DUCATI Energia
  - JOVYATLAS
  - Luvata
  - Murrplastik
Прочее оборудование
- Абразивные изделия
  - Abrasivos Manhattan
  - Atto Abrasives
- Буровое оборудование
  - BVM Corporation
  - Den-Con Tool
  - MI Swaco
  - Top-co
  - WestCo
- Валы
  - GKN
  - Jaure
  - Rotar
- Вибротехника
  - JOST
- Газовые турбины
  - Alba Power
  - Baker Hughes
  - Meggitt
  - Score Energy
  - Siemens energy
  - Solar turbines
- Горелки
- Зажимные устройства
  - Restech Norway
  - SPIETH
- Защита от износа, налипания, коррозии
  - Rema Tip Top
- Инструмент
  - Deprag
  - Knipex
- Клапаны
  - Baker Hughes
  - John Crane
  - Mec Fluid 2
  - Top-co
  - Velan
  - Versa
  - W. T.A.
  - Zimmermann & Jansen (Z&J)
- Крановое оборудование
  - Facco
- Маркировочное оборудование
  - Couth
  - Espera
- Мельницы
  - Eirich
- Металлообработка
  - Agrati
- Муфты
  - Coremo Ocmea
  - Esco Couplings
  - Jaure
  - John Crane
  - Kendrion Linnig
  - Top-co
  - ZERO-MAX
- Оси
  - Jaure
- Подшипники
  - John Crane
  - NTN-SNR
  - SPIETH
- Производственные линии
  - Espera
  - FIBRO
  - Masa Henke
- Робототехника
  - Motoman Robotics
- Системы обогрева
  - Helios
  - TYCO Thermal Controls
- Системы охлаждения
  - Gohl
- Системы смазки
  - Lincoln
- Строительные леса
  - HAKI
- Сушильные печи
  - Eirich
- Такелажное оборудование
  - Casar
  - Easy Mover
  - Fetra
- Тормоза и сцепления
  - Coremo Ocmea
- Упаковочное оборудование
  - Espera
  - Thimonnier
- Уплотнения
  - Flexitallic
  - John Crane
- Форсунки и эжекторы
  - Exair
- Центраторы
  - Top-co
- Электрографитовые щетки
  - Morgan Advanced Materials

AX System
A.O. Smith – Century Electric
A.S.T.
AAF
Abrasivos Manhattan
Advanced Energy
Agilent Technologies
Agrati
Alba Power
Algi
Allweiler
Alphatron Marine
Amot
Anderson Greenwood
Apex Pumps
Apollo Valves
Ariana Industrie
Ariel
Artec
ASCO Filtri
Ashcroft
ATAS elektromotory
Atos
Atto Abrasives
Autrol
Autronica
Axis
Axon’ Cable
Baker Hughes
Baker Hughes
Bando
Baruffaldi
BAUER Kompressoren
Belimo
Bently Nevada
Berarma
BFT
BHDT
Biffi
Bifold Group
Brinkmann pumps
Buhler Technologies
BVM Corporation
Camfil FARR
Campen Machinery
CanaWest Technologies
CAR srl
Carif
Casar
CAT
Celduc Relais
Center Line
Clif Mock
Comagrav
Compressor Controls Corporation
CoorsTek
Coral engineering
Coremo Ocmea
Couth
CRANE
Crosby
Cytec
Danaher Motion
Danfoss
Danobat Group
David Brown Hydraulics
Den-Con Tool
DenimoTECH
Deprag
Destaco
Dixon Valve
Donaldson
Donaldson осушители, адсорбенты
DUCATI Energia
Duplomatic
Duplomatic Oleodinamica
Dustcontrol
Dynasonics
E-tech Machinery
Easy Mover
Ebro Armaturen
ECONTROL
Eirich
EMIT
Endress+Hauser
Esco Couplings
Espera
Estarta
Euchner
EUROFILL
EuroSMC
Exair
Facco
FANUC
Farris
Fema
Ferjovi
Fetra
FIBRO
Fisher
Flender-Graffenstaden
Flexitallic
Flowserve
Fluenta
Flux
FPZ
Freudenberg
Fritz STUDER
Gali
Gamak Motors
GEA
GEORGIN
GKN
Gohl
Goulds Pumps
GPM Titan International
Graco
Grunbeck
Grundfos
Gustav Gockel
HAKI
Harting technology
HAWE Hydraulik SE
HBM
Heimbach
Helios
Hermetic Pumpen
Herose
HiRel Connectors
Hohner
Holland-Controls
Honsberg Instruments
Hoppecke
Horton
Houttuin
Howden
Howden CKD Compressors s. r.o.
HTI-Gesab
Hydac
Hydrotechnik
IMO
Inoxihp
iNPIPE Products
ISOG
Italmagneti
Itron
ITW Dynatec
Jaure
JDSU
Jenoptik
John Crane
Jonell
JOST
JOVYATLAS
K-TEK
Kadia
Kavlico
Kellenberger
Kendrion
Kendrion Linnig
Keyence
Keystone
Kitagawa
Knipex
Knoll
Kordt
Krombach Armaturen
KSB
Kumera
Labor Security System
LAM Technologies
Lapmaster Wolters
Lincoln
LOESER
Lufkin Industries
Luvata
Mahle
Marposs
Masa Henke
Masoneilan
Mec Fluid 2
MEDIT Inc.
Meggitt
Mercotac
Metrol
MI Swaco
Minco
MMC International Corporation
MOOG
Moore Industries
Morgan Advanced Materials
Motoman Robotics
Moyno
Mud King
MULTISERW-Morek
Munters
Murr elektronik
Murrplastik
Nagel Maschinen
National Oilwell Varco
Netzsch
Nexoil srl
Nic
NOV Mono
NTN-SNR
Ntron
Nuovo Pignone
O’Drill/MCM
Oerlikon
Oilgear
Omal Automation
Omni Flow Computers
OMT
Opcon
Orange Research
Orwat filtertechnik
OTECO
Pacific valves
Pageris AG
Paktech
PALL
Panametrics
Parat
Parker Hannifin Corporation
PENTAIR
Peter Wolters
Petrogas
ProMinent
Quick Soldering
Reitz
Rema Tip Top
Renk
Renold
Repar2
Resatron
Resistoflex
Restech Norway
Reuter-Stokes
Revo
Rexnord
Rheonik
Rineer Hydraulics
RIO
Riverhawk
RMG Honeywell
Ro-Flo Compressors
Robbi
ROS
Rota Engineering
Rotar
Rotoflow
Rotork
Ruhrpumpen
S. Himmelstein
Sanco
Sapag Industrial valves
Saunders
Scam Filltres
Scantech
Schroedahl
Score Energy
Sermas Industrie
Servi Group
Settima
Siekmann Econosto
Siemens
Siemens energy
Simaco
Solar turbines
Solberg
SOR
Spectrex
SPIETH
SPX
Stamford | AvK
Star Micronics
Stewart & Stevenson
Stockham
Sumitomo
Supertec Machinery
Tamagawa Seiki
Tartarini
TEAT
TEKA
Thermodyn
Thimonnier
Top-co
Truflo
Turbotecnica
Tuthill
TYCO Thermal Controls
Vanessa
VAR-SPE
VDO
Velan
Versa
Vibra Schultheis
Vipom
Vokes Air
Voumard
W. T.A.
Warren
Waukesha
Weatherford
Weiss GmbH
Wenglor
WestCo
Woodward
Xomox
Yarway
Zenith
ZERO-MAX
Zimmermann & Jansen (Z&J)

Пирометрические датчики

1. Понятие и назначение

Радиационные термометры (или пирометры) представляют собой неконтактные температурные датчики, действие которых основано на зависимости температуры от количества теплового электромагнитного излучения, полученного от объекта измерения. Это целая группа приборов, которая включает как приборы, измеряющие температуру точки на объекте, области на объекте, или позволяющие получить картину одномерного и даже двумерного распределение температуры на заданной площади измерения. Радиационные термометры очень широко используются в различных отраслях промышленности: металлургии, производстве стекла и керамики, полупроводников, пластика, бумаги и т.д. Радиационные термометры используются также в медицине, криминалистике, системах спасения людей и охраны.

Главная трудность состоит в измерении температуры тела, излучательная способность которого неизвестна. Объект измерения чаще всего далек от абсолютно черного тела, это может быть окисленная поверхность, полупрозрачное стекло, зеркальная поверхность и т.д. Кроме того, возникают трудности учета излучения, испущенного близлежащей областью и излучения отраженного от соседних объектов. К сожалению, не существует ни одного метода оптической пирометрии, который мог бы охватить весь набор встречающихся ситуаций. Однако разработаны различные подходы, каждый из которых способен преодолеть одну или две вышеупомянутые трудности.

Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.

2. Классификация

Пирометры можно разделить по нескольким основным признакам:

Яркостные. Позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретого тела, путем сравнения его цвета с цветом эталонной нити.

Радиационные. Оценивают температуру посредством пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой полосе спектрального излучения, то такой пирометр называют пирометром полного излучения.

Цветовые (другие названия: мультиспектральные, спектрального отношения) — позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.

Температурный диапазон

Низкотемпературные. Обладают способностью показывать температуры объектов, обладающих даже отрицательными значениями этого параметра.

Высокотемпературные. Оценивают лишь температуру сильно нагретых тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным. Обычно имеют сильное смещение в пользу «верхнего» предела измерения.

Исполнение

Переносные. Удобны в эксплуатации в условиях, когда необходима высокая точность измерений, в совокупности с хорошими подвижными свойствами, например для оценки температуры труднодоступных участков трубопроводов. Обычно снабжены небольшим дисплеем, отображающим графическую или текстово-цифровую информацию.

Стационарные. Предназначены для более точной оценки температуры объектов. Используются в основном в крупной промышленности, для непрерывного контроля технологического процесса производства расплавов металлов и пластиков.

Визуализация величин

Текстово-цифровой метод. Измеряемая температура выражается в градусах на цифровом дисплее. Попутно можно видеть дополнительную информацию.

Графический метод. Позволяет видеть наблюдаемый объект в спектральном разложении областей низких, средних и высоких температур, выделенных различными цветами.

Вне зависимости от классификации, пирометры могут снабжаться дополнительными источниками питания, а также средствами передачи информации и связи с компьютером или специализированными устройствами (обычно через шинуRS-232).

3. Применение

Теплоэнергетика — для быстрого и точного контроля температуры на участках не доступных или мало доступных для другого вида измерения.

Электроэнергетика — контроль и пожарная безопасность, эксплуатация объектов (железнодорожный транспорт — контроль температуры букс и ответственных узлов грузовых и пассажирских вагонов).

Лабораторные исследования — при проведении исследований активных веществ в активных средах, а также в тех случаях, при которых контактный метод нарушает чистоту эксперимента (например, тело настолько мало что при измерении контактным методом потеряет существенную часть теплоты, или просто слишком хрупкое для такого типа измерения). Применяется в космонавтике (контроль, опыты)

Строительство — пирометры применяют для определения теплопотерь в зданиях жилого и промышленного назначения, на теплотрассах, для эффективного нахождения прорывов теплоизоляционной оболочки.

Бытовое применение — измерение температуры тела, пищи при приготовлении, и многое другое.

Отдельная большая область применения пиросенсоров — датчики движения в системах охраны зданий. Датчики реагируют на изменение инфракрасного излучения в помещении.

4. Основные характеристики

Спектральный диапазон Одной из главных характеристик пирометра является спектральный диапазон,

иными словами те длины световых волн, которые он способен «видеть». Любой тип материала излучает волны определенной длины. Если температура материала повышается, длина волны сокращается, и наоборот. Отражающие металлические поверхности имеют

короткую длину волны, а неотражающие неметаллические – длинную. Поэтому признаку модели пирометров условно можно разбить на две группы: общего назначения с длиной волны 8-14 или 6-14 микрон, и специализированные под конкретный материал измеряемой поверхности. Пирометры с длиной волны 8-14 или 6-14 микрон измеряют температуру так называемых «черных» и «серых» поверхностей, не попадающих под определение «отражающие или металлические». Это текстиль, пищевые продукты, резина, толстый непрозрачный пластик, картон, дерево, краска, земля, камень и т.д. Пирометры с таким спектральным диапазоном могут применяться для контроля температуры кабелей и контактов в энергетике, в процессах печати и нанесения краски в полиграфии, контроля износа механических частей на транспорте и пр. Данные пирометры не могут использоваться для измерения температуры, к примеру, стекла или металла, поскольку длина волны данных материалов лежит вне их диапазона. Тем не менее, измерить температуру металлической или отражающей поверхности пирометром общего назначения иногда возможно. Для этого на измеряемый участок достаточно нанести слой темной краски или любой другой материал, имеющий длину волны 8-14 микрон. Все применяемые пирометры также можно разбить на два типа: узкоспектральные и широкоспектральные. Так пирометры, имеющие спектральный диапазон, например, 2-20 являются широкоспектральными, а 0,9-1,05 – узкоспектральными. Узкий спектральный диапазон позволяет пирометру «не видеть» световые волны излучаемые поверхностями других объектов или окружающей средой в поле зрения пирометра и принимать излучение только того материала, на который настроен диапазон. Применение широкоспектральных пирометров должно сопровождаться подготовительными мероприятиями по предотвращению попадания «чужого» излучения. К примеру, такой пирометр желательно поместить в трубу или конус с неотражающим покрытием внутренней части, а саму трубу или конус максимально подвести к измеряемой поверхности.

Температурный диапазон Второй основной характеристикой пирометра является диапазон температуры.

Здесь следует отметить, что порой не всегда возможно измерить необходимую температуру в нужном спектральном диапазоне. К примеру, нельзя измерить температуру стекла при 30°С, поскольку световое излучение в данном случае слишком слабо, для того, чтобы его «увидел» пирометр. Если же нагреть стекло до больших температур, то начиная с 50°С, пирометр уже сможет отслеживать температуру. Кроме того, при выборе пирометра, найдите как можно более узкий диапазон. К примеру, не стоит выбирать пирометр с диапазоном 0…1000 °C, если измеряемая Вами температура не превышает 500 °C. Более правильным выбором будет диапазон -18…535 °C.

Показатель визирования и тип фокуса Следующие характеристики пирометра касаются его оптики. Это показатель визи-

рования и тип фокуса. Показатель визирования определяется как отношение расстояния между пирометром и измеряемой поверхностью к диаметру измеряемого светового пятна на этой поверхности. Обязательное правило – размер пятна не должен выходить за размер измеряемой площади. В противном случае показания пирометра будут не стабильными либо будет выдана «ошибка», поскольку пирометр рассчитывает среднюю температуру пятна. Если Вы выбрали пирометр с близким, стандартным или дальним фокусом, то для того, чтобы подсчитать диаметр пятна, разделите расстояние до объекта на числитель показателя визирования и умножьте на его знаменатель. Например, вы выбрали модель пирометра с показателем визирования 8:1 и хотите знать диаметр измеряемого пятна на расстоянии 2 м. Получаем: 2 : 8 х 1 = 0,25 м. К сожалению, но такой расчет дает не совсем корректный ответ, так как порой, световые лучи не всегда пропорционально расходятся под определенным углом. Например, как это часто бывает в случае с близким фокусом, лучи от пирометра сначала сходятся, а потом расходятся. В таком случае, Вам либо предоставляется диаграмма фокуса, либо сообщается расстояние до измеряемой поверхности, при котором диаметр пятна является минимальным. Если Вы выбрали пирометр с

фиксированным типом фокуса , то здесь рассчитывать не придется. Показатель визирования у пирометров с фиксированным фокусом означает, что вы обязаны разместить пирометр на указанном в показателе расстоянии, а не там где Вам того, захочется. К примеру, если показатель визирования у пирометра с фиксированным фокусом 203:6,9 мм, это значит, что пирометр должен находиться на расстоянии 203 мм от измеряемой поверхности, и никак не ближе, и никак не далее. Размер измеряемого пятна при этом составит 6,9 мм.

Показатель черноты (коэффициент излучения)

Еще одна очень важная характеристика пирометра – показатель черноты. Этот коэффициент показывает на сколько отличается измеряемая поверхность от идеально черной, равной 1. Соответственно и показатели черноты различных материалов могут находиться в диапазоне от 0,01 до 0,99. К примеру, большинство органических материалов имеют показатель черноты равный 0,95, в то время как металлы – 0,20 и менее. Для того, чтобы определить показатель черноты конкретного материала, существует два метода. Первый, это найти показатель черноты по специальной таблице черноты материалов. В ней рассчитаны показатели черноты большинства существующих материалов. Однако следует учесть, что данные приведенные в таблице рассчитаны опытным путем для идеальных поверхностей, и не могут учитывать коррозию, окисление или неоднородность поверхности на практике. Существует и второй способ. Для этого, нужно измерить температуру поверхности контактным способом, например, переносным измерителем или градусником, и соответственно подкорректировать показатель черноты в пирометре. Представленный модельный ряд пирометров позволяет выбрать пирометры с входом под внешнюю термопару. Докупив переносную поверхностную термопару, пользователь сможет более точно подбирать данный показатель. На некоторых дешевых моделях пирометров показатель черноты является неизменяемым и предустановлен на значении 0,95.

Показатель инерции Показатель инерции характеризует скорость измерения. У представленных в ката-

логе моделей данный показатель может достигать 25 мсек – скорость абсолютно недостижимая контактными средствами измерения температуры. Следует также учесть, что первое измерение пирометр как правило делает в два раза медленнее, чем последующие.

Погрешность Все приведенные в каталоге значения данного показателя рассчитаны в лаборатор-

ных условиях на абсолютно черных телах и не учитывают практические реалии. Самыми точными являются двухцветные пирометры.

Разрешение и дисплей

Большинство пирометров имеют разрешение 0,1°C при температурах до 99,9 °C, и 1°C — при температурах от 100°C и выше. У дешевых моделей дисплей как правило однострочный, у средних и дорогих — многострочный. Практически все дисплеи имеют подсветку.

Прицелы Наиболее удобное средство для наводки на измеряемую поверхность. Лазерных

прицелов существует несколько типов: «точка», «окружность» и «двойной». В некоторых моделях, к примеру, может быть и «точка», и «окружность». Основное отличие – в дальности наведения: «окружность» наводится на поверхности с расстояний до 7,5 м, «точка» и «двойной» – до 20-30 м. «Окружность» также приблизительно очерчивает площадь измеряемого пятна. Основное использование оптических прицелов – высокие температуры свыше 1200 °C, поскольку на ярких и светящихся поверхностях лазерный луч не виден.

Типы выходов и программное обеспечение Часть моделей пирометров имеют следующие аналоговые выходы: термопарный

типа J или K, 4-20 мА, 0-5 В. Более дорогие модели могут иметь стандартный дискретный двуили однонаправленный выход RS-232, RS-485 или TTL для связи с компьютером. В зависимости от типа выходов модели могут иметь разные модификации. Программное обеспечение поставляется в зависимости от модели пирометра как бесплатно, так и плат-

но. Единственным условием является наличие у модели пирометра выхода RS-232 или TTL. Программное обеспечение позволяет отслеживать температуру и строить графики в реальном времени, вести архивацию данных, устанавливать срабатывание аварийных сигнализаций, конвертировать архивные данные в текстовый формат или в формат MS Excel.

Сигнализация мин/макс Функция, позволяющая установить заданное максимальное или минимальное зна-

чение, за пределами которого срабатывает звуковая либо визуальная сигнализация на пирометре. У стационарных моделей это также может быть релейный выход на аварийную сигнализацию.

Память значений Означает наличие у пирометра электронной памяти последних значений измерения

температуры. Стандартное количество запоминаемых значений 12 или 100. Практически все переносные модели имеют функцию вызова последнего значения или его задержки на ЖКИ дисплее, память минимального и максимального значений. Модели среднего ценового диапазона и выше могут также рассчитывать среднее значение и вычислять разность между двумя последними значениями.

Функция логгера Позволяет работать пирометру в режиме самописца с предустановленным време-

нем старта и интервалом записи. Если таковая функция отсутствует у пирометра, ее можно решить с помощью программного обеспечения при работе пирометра, подключенного к компьютеру через RS232/RS485 порт.

Воздушная очистка/охлаждение Данный аксессуар имеется только у стационарных пирометров и термопар. Это

специальный штуцер, который накручивается на сенсор для подсоединения к нему трубки с охлаждающим/очищающим оптику воздухом от компрессора. Наличие данного аксессуара обязательно при использовании пирометра в загрязненных атмосферах. Единственное требование – подаваемый воздух должен быть чистым.

Корпус для водяного охлаждения Представляет собой металлический корпус, в который помещается сенсор стацио-

нарного пирометра или термопары. В полые стенки корпуса подается охлаждающая вода. Питание Переносные пирометры, как правило, оснащены батарейками 9 В, более дорогие

модели — аккумуляторами. Стационарные инфракрасные пирометры в основном используют питание 12-24 В 20…500 мА. Инфракрасные термопары не требуют подающего питания (работают по такому же принципу как и обычные контактные термопары).

5. Радиационные пирометры

Служат для измерения температуры по мощности излучения нагретого тела. Испускаемые им лучи с помощью оптич. системы (рефракторной — преломляющей с линзой и диафрагмой или рефлекторной — отражающей с зеркалом) фокусируются на к.-л. преобразователе — обычно миниатюрной термоэлектрич. батарее. Для наводки на нагретое тело используют окуляр с красным либо дымчатым светофильтром. Возбуждаемая в батарее термоэдс фиксируется потенциометром, шкала которого градуирована в градусах по температуре излучения абсолютно черного тела. По измеренной радиац. температуре (9002000 0C) истинную температуру раскаленного тела находят из спец. таблицы. Точное определение кол-ва поступающей в пирометры лучистой энергии крайне затруднительно, т.к. между приемником излучения и окружающей средой происходит теплообмен. Несмотря на это, пирометры полного излучения широко распространены в производств. практике; они м. б. установлены стационарно, позволяют применять дистанц. передачу показаний, автоматически записывать и регулировать температуру.

В основе радиационного метода измерения температуры лежит использование зависимости, существующей между суммарной энергией излучения тела и его температурой. Для абсолютно черного тела (т. е. тела, поглощающего всю падающую на него энергию) эта зависимость определяется следующей формулой:

ET0 (T4 TC4),,

где ET0 — полная энергия, излучаемая абсолютно черным телом при температуре Т за 1 сек с единицы поверхности и воспринимаемая за 1 сек бесконечной поверхностью абсолютно черного тела с температурой TC ;

— постоянная, равная 5,673 10 12вт см 2 град 4 .

Для измерения температуры черного тела достаточно измерить его полную энергию излучения, например по ее тепловому действию. Ввиду того, что в радиационных пирометрах измеряемая температура значительно превышает температуру поверхности, воспринимающей излучение, в вышеприведенном уравнении членом TC4 можно пренебречь, и

уравнение приобретает следующий вид: ET0 T4 (закон Стефана-Больцмана).

Врадиационном пирометре энергия, излучаемая поверхностью нагретого тела, преобразуется в электрический сигнал, который измеряется каким-либо вторичным прибором. При этом радиационный пирометр показывает истинную температуру только в случае его наводки на практически черное тело.

Вкачестве черного тела обычно служит полая глухая карборундовая труба (визирная камера), которая расположена в зоне измеряемой температуры и все части которой одинаково нагреты. Если телескоп радиационного пирометра, установленного на открытом конце визирной трубы, наведен на ее внутреннюю поверхность, то пирометр будет воспринимать максимально возможное количество лучистой энергии при данной температуре. Это является следствием того, что неполнота излучения любого участка внутренней поверхности камеры компенсируется отражением излучений от ее остальной поверхности. Радиационный пирометр, отградуированный по черному телу и используемый для измерения температуры поверхностей физических (нечерных) тел, будет показывать вместо действительной некоторую уменьшенную температуру.

Втом случае, когда с помощью радиационного пирометра измеряется температура нечерного тела, нельзя получить методически точное (не приближенное) значение его истинной температуры из общей энергии излучения. Это объясняется тем, что не представляется возможным точно определить «суммарный» коэффициент черноты излучения нечерного тела во всем диапазоне измеряемых излучений.

Ввиду того, что суммарная интенсивность излучения нечерного тела в диапазоне

длин волн от 0 до с помощью закона Планка выражается формулой

ET c1 5(ec2/ T 1) 1d

то так называемая радиационная температура Гр нечерного тела может быть определена по следующему выражению


Tp4		c1 5(ec2/ T 1) 1d
	0

где — коэффициент черноты излучений тела на определенной длине волны;

c1 и с2 — постоянные коэффициенты.

Радиационной температурой нечерного тела называется такая температура черного тела, при которой суммарная энергия излучения черного тела равна суммарной энергии излучения нечерного тела в рабочем участке спектра прибора данного типа. Согласно определению радиационной температуры суммарная энергия излучения нечерного тела, истинная температура которого T, равна суммарной энергии излучения черного тела при температуре Tp т. е.

ET ETp0

или

T T4 Tp4

откуда

T Tp4 1 ,

где T — суммарный коэффициент излучения, зависящий от температуры тела.

Вышеприведенная формула позволяет осуществить переход от измеренной радиационной температуры нечерного тела к его истинной температуре в том случае, если известна измеренная с достаточной точностью величина T .

Надежность определения истинной температуры тела по измеренной радиационной температуре зависит от погрешности определения коэффициента черноты излучения. Значение T для большинства тел известно с погрешностью не меньшей чем 15—20%. Нередко

ошибка в определении значения T достигает 40—50%. В радиационном пирометре зави-

симость э. д. с. термоприемника от температуры абсолютно черного излучателя Т может быть выражена следующей формулой:

e		Ka A (T4			T4)		,
		T				1
	c(T3	T2T TT2				T3) b
1		1	2	1	2	2

где T1 — температура рабочего конца термобатареи;

T2 — температура свободных концов термобатареи; aT — суммарный коэффициент поглощения телескопа;

— постоянная, равная 5,673 10 12вт см 2 град 4 .

с- приведенный коэффициент черноты излучения термоприемника и внутренней поверхности телескопа;

b — постоянный коэффициент, зависящий от отвода тепла по проводам термопары и коэффициента конвективной теплоотдачи;

A — постоянный коэффициент, меньший единицы, зависящий от геометрических размеров телескопа.

Ввиду того, что неизвестна зависимость суммарного коэффициента поглощения

телескопа aT от температуры, не представляется возможным определить точную теорети-

ческую зависимость э. д. с. термоприемника от температуры абсолютно черного излучателя. Вследствие сложной зависимости э. д. с. термоприемника от температуры источника шкала прибора не может быть получена расчетным путем по одной или нескольким экспериментальным точкам. Поэтому градуировку радиационных пирометров производят методом непосредственного сличения их показаний с температурой абсолютно черного тела.

Недостатками радиационного метода являются:

1)большое расхождение между, радиационной температурой и истинной при измерении нечерных тел, являющееся следствием недостаточной надежности перехода от радиационной температуры к истинной;

2)значительная зависимость радиационной температуры от поглощения излучений в промежуточной среде, учет которого затруднителен.

Погрешности от неполноты излучения и от поглощения промежуточной средой существенно уменьшаются при монтаже телескопа радиационного пирометра на глухой визирной карборундовой трубе, располагаемой в зоне измеряемой температуры. В этом случае замкнутая полость раскаленной визирной трубы играет роль черного излучателя. Однако динамические качества такого датчика температуры весьма низки и определяются тепловой инерцией промежуточного излучателя.

Конструктивно радиационные пирометры состоят из следующих основных узлов:

1)оптической системы, фокусирующей излучения нагретого тела на термоэлектрический приемник пирометра; эти системы выполняются двух типов: отражательные (рефлекторные), представляющие собой вогнутые зеркала, и рефракторные, в которых используются линзы;

2)термоприемника, представляющего собой миниатюрную термобатарею;

3)измерительного прибора.

Поток энергии, поступающей на термоприемник, вызывает нагревание последнего, достаточное для получения такой величины термо-э. д. с, измерение которой не вызывает затруднений. В качестве термоприемников в радиационных пирометрах применяются термобатареи специальной конструкции. Термобатарея радиационного пирометра представляет собой группу последовательно соединенных термопар, рабочие концы которых скреплены с зачерненными пластинками из платиновой фольги, либо расклепаны в тонкие пластинки (рис. 1).

Рисунок 1 – Термобатарея радиационного пирометра

6. Фотоэлектрические пирометры частичного излучения

В приборах разл. типов чувствит. элементами служат фотоэлементы с внеш. фотоэффектом, в которых фототок пропорционален энергии излучения волн определенного участка спектра. В пирометрах этого типа изображение раскаленного тела (т-ру которого измеряют) с помощью объектива и диафрагмы 2 создается в плоскости одного из отверстий диафрагмы 3, расположенной, наряду с красным светофильтром, перед фотоэлементом. Последний через др. отверстие этой диафрагмы освещается регулируемым источником света-электрич. лампой. Благодаря колебаниям заслонки вибрац. модулятора фотоэлемент поочередно с частотой 50 Гц освещается раскаленным телом и лампой. При неравенстве освещенностей от них в цепи фотоэлемента возникает фототок, усиливаемый электронным усилителем. Его выходной сигнал изменяет ток накала лампы до выравнивания указанных освещенностей. Сила тока, однозначно связанная с яркостной температурой тела, на сопротивлении Rвых преобразуется в напряжение, измеряемое автоматич. потенциометром, шкалы которого градуированы в градусах Тя. Фотоэлектрич. пирометры выпускают одношкальными для измерения температур от 600 до 20000C или двушкальными (введен ослабляющий светофильтр) для определения более высоких температур; в первом случае погрешность не превышает 1%, во втором -2,5% от диапазона измерений.

Фотоэлектрические пирометры можно разделить на две принципиально различные группы. К первой группе, которая может быть названа пирометрами частичного излучения, относятся пирометры, в которых используется вся или большая часть области спектральной чувствительности применяемых фотоэлементов. В этих приборах световой поток, испускаемый нагретым телом, направляется с помощью объектива непосредственно на фотоэлемент. Ко второй группе относятся пирометры, в которых используется узкая область спектральной чувствительности фотоэлемента. При измерении температуры с помощью таких пирометров световой поток проходит через светофильтр, который выделяет из него сравнительно узкую спектральную область.

Зависимость между фототоком IT0 и потоком энергии, излучаемым черным телом,

вфотоэлектрическом пирометре первого типа выражается следующей формулой:

(n)

IT0	k b0T d ,
	1
где k — постоянная;
b0	— спектральная яркость черного тела при температуре T и длине волны ;
T	0
	9

— спектральная чувствительность фотоэлемента при длине волны падающего на него света;

1 и (n) — границы спектрального интервала, внутри которого спектральная чув-

ствительность фотоэлемента отлична от нуля.

Если с помощью такого пирометра измерять температуру нечерного тела, то для выражения зависимости между величиной фототока и истинной температурой необходимо под интеграл вышеприведенной формулы ввести спектральный коэффициент T чер-

ноты излучения тела при температуре T и длине волны . Показания прибора в этом случае позволяют установить только температуру черного тела, при которой фототек равен вызываемому нечерным телом. Перейти от показаний пирометра такого типа к истинной температуре тела не представляется возможным, так как для этого необходимо знать величину спектральной чувствительности фотоэлемента и спектральный коэффициент черноты излучения тела для всех длин волн от 1 до n (такие данные о величинах для

большинства реальных тел отсутствуют, а известна лишь величина для некоторых длин

волн).

Однако фотоэлектрические пирометры частичного излучения, несмотря на то, что они не позволяют выполнять измерение истинных температур, могут с успехом применяться в системах автоматического контроля и в системах автоматического регулирования в качестве датчиков, сигнализирующих об отклонении температуры объекта от заданного уровня. Существенным положительным качеством данных пирометров является то, что на их чувствительные элементы поступает значительно больший суммарный световой поток, чем в яркостных пирометрах (в которых постановка светофильтров уменьшает суммарный световой поток, попадающий на фотоэлемент, на 80—90%). Следствием этого является определенное упрощение усилителей, применяемых в пирометрах частичного излучения, по сравнению с яркостными пирометрами.

7. Яркостные пирометры

Действие этих переносных приборов основано на сравнении яркости монохроматич. излучения двух тел-тела, температуру которого измеряют, и эталонного. В качестве последнего обычно используют нить лампы накаливания с регулируемой яркостью излучения. Наиб. распространенный прибор данной группы-пирометры с «исчезающей» нитью. Внутри телескопич. трубки в фокусе линзы объектива находится питаемая от аккумулятора через реостат пирометрич. лампа с подковообразной нитью. Для получения монохроматич. света окуляр снабжен красным светофильтром, пропускающим лучи толь-

Температура высоковольтных соединений. Техника контроля от «ТестЭлектро»

Система температурного контроля «Зной» и модули индикации мнемосхем «КРУ-Мнемо-3», «КСО-Мнемо-3» разработаны для дистанционного мониторинга температуры, а также для контроля напряжения. Сегодня эти приборы отечественной разработки хорошо зарекомендовали себя на различных промышленных объектах в России и за рубежом.

Тенденцией последних лет можно смело считать появление на рынке русских названий новых продуктов в самых разных отраслях промышленности. Электроника не стала исключением. После засилья иностранных терминов этот факт не может не радовать, и вот уже некоторым западным потребителям приходится запоминать новые для них слова. Например, «зной». Все потому, что отечественные производители научились делать действительно хорошее оборудование, и оно находит спрос не только у себя дома, но и за границей. Система температурного контроля «Зной» и модули индикации мнемосхем «КРУ-Мнемо-3», «КСО-Мнемо-3», разработанные и произведенные НПП «Тест-Электро», относятся как раз к числу таких изделий.

Система температурного контроля «Зной»

Температурный мониторинг не всегда можно проводить при непосредственном контакте датчика с контролируемой поверхностью. Особенно если эта поверхность раскалена, находится под высоким напряжением или в труднодоступном месте. Компания НПП «ТестЭлектро» разработала два устройства для дистанционного температурного контроля.

Система температурного контроля
«Зной» и датчик ДТП 300.
Система непрерывного многоканального
дистанционного контроля температур
любых труднодоступных зон объектов
в промышленности, где большое значение
приобретает контроль температур
на различных технологических этапах
производства.

Одно из них — система «Зной», конструктивно проще, благодаря чему дешевле. Другое — модуль индикации «Мнемо-03» — обладает более сложной и разнообразной функциональностью, но и более высокой стоимостью. Однако оба построены с применением одних и тех же датчиков.

Датчик температуры пирометрический (ДТП) 300 — это компактное устройство с лазерным лучом, указывающим подконтрольную область на поверхности измерения температуры. Система «Зной» включает в себя несколько датчиков ДТП-300 (по требованию заказчика) и модуль температурного контроля. С помощью датчиков модуль в непрерывном режиме производит бесконтактное измерение температуры важных зон, сигнализируя о превышении установленных порогов температуры. Модуль снабжен разъемом RS-485 и поддерживает протокол Modbus, благодаря чему «Зной» обеспечивает связь устройства с системами верхнего уровня.

Модуль оборудован тремя выходами типа «сухой контакт». Функцией нормально разомкнутого выхода 1 является сигнализация о наличии нормальной связи со всеми запрограммированными в сети датчиками температуры, которые подключены к нему по параллельной схеме одним кабелем (шлейфом). При подаче питания на модуль и налаживании связи со всеми датчиками выход 1 замыкается и остается замкнутым в течение всего времени работы устройства. Размыкание выхода 1 происходит при непрерывном сбое связи хотя бы с одним из температурных датчиков на протяжении более чем 1 минуты.

Выходы 2 и 3 связывают модуль с внешними устройствами. На них, если в одном из температурных каналов превышено заданное пороговое значение, подается сигнал. В стандартном исполнении реле сконфигурированы позитивной логикой, то есть отключены при температуре ниже пороговой и включены при превышении пороговой температуры. При необходимости по требованию заказчика каналы датчиков могут быть разделены и привязаны к любому реле.

Температуру срабатывания реле № 2 можно (и реко-мендуется) задавать по максимальной нормированной температуре и использовать для сигнала оповещения, получаемого диспетчером, либо как функцию управления регулирующим устройством, например, вентилятором охлаждения. Уставку по температуре срабатывания реле № 3 можно задавать как аварийную и использовать для выполнения операции аварийного отключения высоковольтного выключателя или другого исполнительного устройства.

Систему «Зной» используют в качестве теплолокатора для определения областей критических температур в различных производственных сферах. Функциональность, описанная выше, позволяет корректировать температуру контролируемой области, например, включив вентилятор охлаждения.

Еще одна важная сфера применения системы температурного контроля «Зной» — объекты энергетики: ее устанавливают в распределительных устройствах для мониторинга температуры главных цепей — контактов высоковольтного выключателя или разъединителя, соединений сборных шин, места соединения и оконцевания кабельных муфт, находящихся под напряжением. Заказывая прибор для распределительного устройства, потребитель может выбрать необходимое количество температурных каналов для обеспечения должного контроля контактов и соединений в ячейке.

Однако в распределительных устройствах высокого напряжения система «Зной» может послужить для мониторинга не только температуры, но и напряжения. Опционально она дополняется функцией контроля наличия высокого напряжения (СКВН) на главных цепях распределительного устройства с индикацией фаз. Для этого к ней прилагаются коммутатор СКВН с комплектом датчиков высокого напряжения. Система проверяет наличие (или отсутствие) напряжения в электроустановках переменного тока напряжением от 6 до 35 кВ, частотой 50–60 Гц. Имеется возможность фазировки и определения разности фазируемых напряжений кабельных, воздушных линий и трансформаторов.

Модули индикации микросхем

Модули индикации мнемосхем «КРУ-Мнемо-3» и «КСО-Мнемо-3» предназначены для работы на объектах энергетики. Первая модель разработана для функционирования в комплектных распределительных устройствах (КРУ), вторая — для камер сборных одностороннего обслуживания (КСО).

Рабочая температура токоведущих жил и соединений кабеля не должна превышать допустимых пределов. В противном случае изоляция кабеля в местах перегрева высыхает и теряет свои изоляционные свойства, что может привести к ее пробою. Кабель нагревается не только от тока номинальной нагрузки, но и от тока короткого замыкания, который способен достигать очень больших значений, что приводит к порче кабеля.
Контролировать температуру нагрева токоведущих жил и кабельных соединений очень сложно, так как они практически недоступны. Однако с этой задачей справляются модули индикации мнемосхем «КРУ-Мнемо-3» и «КСО-Мнемо-3», которые были разработаны именно для того, чтобы отображать, в каком состоянии пребывают основные аппараты главной электрической цепи комплектных распределительных устройств и камеры сборные одностороннего обслуживания, измерять температуру в зонах контактов и соединений, сигнализируя об аварийных ситуациях.

Модуль индикации мнемосхем «КРУ-Мнемо-3»
• Информация отображается на цветном TFT-дисплее, име-ющем повышенную яркость, контрастность и широкий угол обзора.
• Модуль поставляется с полным запрограммиро-ванным пакетом мнемосхем, разработанным для нужд конкретного заказчика.
• Для организации связи с системами верхнего уровня модуль имеет встроенный ин-терфейс RS-485 c поддержкой протокола Modbus.

Изменение состояния аппарата (его включение, отключение, перевод выкатного элемента из контрольного положения в рабочее) визуально отображается на информационном дисплее модуля индикации. По желанию заказчика в информационном поле можно разместить подсказки для персонала: комментарии о выполнении возможных вариантов операций и сиг-нализации состояний.

С помощью инфракрасных пирометрических датчиков ДТП-300 (их количество определяет заказчик), которые указывают лазерным лучом на подконтрольную область, модуль измеряет температуру важных зон главных цепей распределительного устройства. Все измеренные температурные значения отображаются на экране дисплея. Если температурный порог превышен, модуль сигнализирует об этом или реле с помощью сухого контакта управляет внешним устройством, заставляя его выполнить операцию отключения. Для подключения различных внешних устройств (например, индикатора высокого напряжения, устройств релейной защиты, исполнительных механизмов) модуль снабжен дополнительными свободными дискретными входами.

Система температурного контроля «Зной» и модули индикации мнемосхем «КРУ-Мнемо-3», «КСО-Мнемо-3» уже доказали свою востребованность не только на российском, но и на зарубежном рынке: их с удовольствием заказывают предприятия Китая и стран Европы.

Источник: НПП «ТестЭлектро», опубликовано в журнале «Электротехнический рынок» №5-6 2018 г.

Бесконтактные измерители температуры | ХАРЬКОВ-ПРИБОР

Бесконтактные измерители температуры

В ряде случаев контактные методы исследования невозможны или связаны с большими рисками для оператора. К таковым относятся:

крайне высокий нагрев — в сталелитейной или стекольной промышленности;
воздействие сильных электромагнитных полей — сверхмощные приемопередатчики радиочастот, высоковольтные линии электропередач;
большая удаленность или высокая скорость передвижения цели — исследование теплоизоляционных параметров зданий и сооружений, ночное наблюдения за животными в природных условиях;
требуется обнаружить объект — бесконтактное измерение температуры применяется в спасательных операциях, рекогносцировке, нахождении возможных утечек энергоресурсов, противопожарном мониторинге;
исследуемое тело имеет хрупкую, мягкую или другую структуру, не допускающую прямой контакт — контроль за остыванием отливок, производство пленок, хранение пищевых продуктов.

Измерение температуры на расстоянии основано на регистрации теплового излучения в инфракрасном диапазоне волн. Наибольшее распространение получили два типа приборов:

пирометр;
тепловизор.

Каждый из них имеет свою специфику работы и функциональные особенности.

Тепловизоры

Позволяют визуализировать температурные значения -40…+2000°С на поверхности большой площади. Являются незаменимым инструментом, если необходимо проводить мониторинг термического состояния тел, имеющих неравномерный нагрев.

Важной характеристикой выступает разрешение сенсора. В некоторых высокоточных устройствах оно достигает 2048 х 1536 точек.

Современные дистанционные измерители температуры этого типа в качестве датчика используют болометры. Под воздействием электромагнитного потока элемент нагревается и изменяет свое электрическое сопротивление. Он включается в мостовую схему, ветви которой тщательно сбалансированы. Благодаря этому регистрируются очень малые резистивные изменения.

Болометр представляет собой полупроводниковый пленочный термистор толщиной не более десяти микрон. Для возмещения влияния окружающей среды используется полностью экранированная компенсационная пленка с теми же параметрами. Вся конструкция помещается в герметизированный корпус.

Для фокусировки тепловых лучей изготавливаются комплекты оптики из специальных материалов, таких как германий, халькогенидное стекло, селенид цинка, а для недорогих изделий — даже полиэтилен. Главное условие — вещество должно пропускать излучение в интервале длин волн 2…15 мкм.

По способу отображения информации эти приборы бывают:

наблюдательные, формируют изображение, каждый цвет которого соответствует определенному значению;
измерительные, вместе с графическим фиксируют числовое распределение.

Для различного назначения производят стационарные и переносные изделия.

Выводят данные на ЖК-дисплей, отдельный носитель, или картинку можно наблюдать в окулярах в режиме реального времени.

Пирометры

Это устройства для дистанционного контроля температуры в локальной зоне. Используют бесконтактный датчик, посредством которого измеряется мощность ИК-спектра термической радиации. Регистрируют данные с ограниченного участка целевой поверхности.

По методу обработки информации пирометрические детекторы разделяют на:

радиационные — температурная оценка производится на основании подсчета мощности в заданной частотной области;
мультиспектральные, или цветовые — сравнивают энергию излучения в нескольких диапазонах, вследствие чего получают более точные измерения.

Низкотемпературные исполнения могут регистрировать даже отрицательные показания до -50°С. Коротковолновые сенсоры высокотемпературных приборов фиксируют величины до +3000°С.

Помимо температурного диапазона, основные эксплуатационные характеристики — это показатель визирования, чувствительность, погрешность.

Полученные сведения отображаются в виде символьного значения или цветового графика распределения температур по спектрам. Специальные сканирующие аксессуары позволяют удаленно проводить обследование точек, расположенных вдоль одной линии, с заданным шагом и частотой.

Активно эксплуатируются в металлургии, жилищно-коммунальном хозяйстве, машиностроении и других сферах деятельности.

НПФ «ХАРЬКОВ-ПРИБОР» предлагает купить пирометры и тепловизоры по выгодным ценам

Мы являемся эксклюзивным дистрибьютором компании Fluke, выпускающей измерительное оборудование под торговыми марками Fluke process instruments, Datapaq, Ircon, Amprobe, Raytek, а также производим переносные измерители «НИМБУС».

Если необходимо многофункциональный тепловизор или промышленный пирометр купить в Украине — предложим большой ассортимент, удовлетворяющий вашим требованиям.

Вся продукция сертифицирована и сопровождается официальной гарантией.

Купить пирометр в стационарном или портативном исполнении, тепловизор на базе неохлаждаемых микроболометров можно в Харькове. При необходимости отправим товар в указанный город.

пирометры, радиационные термометры, термометры излучения

Содержание

Введение

Приборы этого типа имеют множество наименований: оптические пирометры, радиационные пирометры, пирометры полного излучения, автоматические инфракрасные термометры, термометры непрерывного излучения, линейные сканеры, тепловизионные радиометры, поверхностные пирометры, пирометры отношения, двухцветовые пирометры и т.п. Эти наименования больше связаны с назначением приборов. Общий термин, который применим к данному классу приборов и имеет техническое функциональное значение – радиационные термометры.

В последнее время возрос интерес к формированию международной универсальной терминологии в неконтактной термометрии и разработке номенклатуры международных требований к характеристикам радиационных термометров. Так, в 2006-2007 разрабатывался новый стандарт МЭК “Технические требования к радиационным термометрам”. (IEC TS 62492 Radiation thermometers — Part 1: Specifications for Radiation Thermometers). Новый стандарт введен в обращение в марте 2008 г. Об участии российских специалистов в разработке стандартов МЭК cм. раздел РГЭ.
Подробный анализ терминологии в области пирометрии и тенденций в развитии терминов дается в опубликованной на сайте статье директора ООО «ТЕХНО-АС» С.С. Сергеева «Тенденции изменения терминологии в пирометрии». Приглашаем обсудить базовые термины в разделе форума «Термины и определения в области термометрии».
Радиационные термометры представляют собой развивающиеся приборы, множество докладов на международных конференциях и множество публикаций в журналах посвящено совершенствованию неконтактных методов измерения температуры и повышению их точности. Надеемся, что на нашем сайте Вы сможете прочитать статьи о новинках в этой области в разделах «публикации» , «производители неконтактных датчиков температуры», «каталог приборов».

Два основных метода пирометрии

Практическая пирометрия возникла на рубеже 19 и 20-го веков. Примерно тогда же и сформировались два основных метода пирометрии: радиационная (яркостная) пирометрия и цветовая пирометрия. Названия эти с течением времени менялись и корректировались, но суть методов осталась неизменной. Метод яркостной пирометрии (называемой также радиационной пирометрией, пирометрией по излучению) использует зависимость энергетической яркости излучения объекта в ограниченном диапазоне длин волн от его температуры. Другими словами, яркость излучения объекта зависит от его температуры. Следовательно, измерив яркость излучения объекта, мы можем измерить (с той или иной точностью) значение температуры объекта. Таким образом, ключевым элементом радиационного пирометра является приемник излучения, преобразующий приходящую на него энергию излучения в иную физическую величину, чаще всего в ток или в напряжение. Его дополняют оптическая система, собирающая в определенном телесном угле излучение от объекта, и электронная схема с системами питания и индикации, усиливающая, преобразовывающая и отображающая результат измерения.

Метод цветовой оптической пирометрии первоначально основывался на зависимости спектрального распределения потока излучения нагретого объекта от температуры в диапазоне видимых длин волн. Другими словами, от температуры нагретого объекта зависел цвет его излучения. Объекты, нагретые до 700–800°С, светят темно-оранжевым светом, при 1000–1200°С цвет свечения становится ярко-оранжевым, постепенно переходя в желтый, при 2000°С цвет воспринимается нашим глазом как ярко-желтый, а после 2500°С свечение приближается к белому цвету. Долгое время основными элементами цветового сравнения были глаз оператора и нагретая нить накала (или спираль), расположенная в окуляре пирометра в поле зрения оператора. Нить в окуляре совмещалась с изображением измеряемого объекта. Регулируя проходящий через накальную нить электрический ток, оператор подбирал такое его значение, чтобы цвет нити совпадал с цветом измеряемого объекта. При определенном значении тока изображение нити «исчезало» на фоне нагретого объекта, что являлось критерием равенства температуры объекта и нагретой нити. Кстати, отсюда пошло и распространенное в литературе название подобных пирометров – пирометры с исчезающей нитью.
В силу особенностей человеческого зрения описанный метод при опоре на восприятие цвета человеческим глазом имеет серьезные ограничения в точности и повторяемости результатов измерений. Поэтому с развитием компонентной базы весьма субъективные визуальные измерения были вытеснены измерениями с помощью нескольких приемников излучения, работающих в различных спектральных диапазонах. Таких приемников может быть и три, и семь, но на практике чаще всего ограничиваются двумя. Таким образом, в настоящее время этот метод основан на зависимости от температуры отношения энергетических яркостей объекта в двух различных областях спектра излучения. Соответственно, этот метод получил название метода пирометрии спектрального отношения. (Источник: ФОТОНИКА 4/2009)

Спектр электромагнитного излучения

По спектральному диапазону термометры излучения могут быть разделены на следующие виды: полного излучения, широкополосного излучения, узкополосного излучения (монохроматические). Широкополосные пирометры работают обычно в широком диапазоне волн от 0,3 мкм до 2,5 — 20,5 мкм. Для наглядности приведем полный спектр электромагнитного излучения, где указаны границы ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областей. (Источник: en.wikipedia.org)

Монохроматические яркостные пирометры

В 21 веке бесконтактные термометры, которые наиболее часто стали называть ИК-термометрами, что означает инфракрасные радиационные термометры, стали особенно востребованным и популярным видом температурных приборов. Существует множество разновидностей пирометров и инфракрасных приборов. Приборы, дающие возможность получить изображение распределения температуры по поверхности объекта называют тепловизорами или тепловизионными камерами. Несмотря на то, что по точности пирометры сильно уступают контактным датчикам температуры, они незаменимы там, где необходимо быстро и безопасно сделать отсчет температуры поверхности. Инфракрасные термометры применяются для диагностики тепловых и электрических линий передачи, источников тока, обнаружения неисправностей, вызванных утечками тепла, коррозией контактов и т.д. Данный вид приборов востребован также там, где трудно или невозможно использовать контактный датчик — для оценки температуры сильнонагретых движущихся объектов, мощных моторов и турбин, расплавленных металлов. Одним из самых новых применений инфракрасных термометров является медицинская диагностика.

Большинство современных ИК термометров представляют собой портативные и, как правило, очень простые в обращении приборы. Однако существуют особенности их применения, которые необходимо учитывать пользователям, рассчитывающим получить наиболее точный результат измерения температуры. Критическими параметрами любого инфракрасного термометра являются оптическое разрешение и излучательная способность.

Оптическое разрешение

Иногда оптическое разрешение называют показателем визирования. Оптическое разрешение определяется отношением диаметра пятна (круга) на поверхности, излучение с которого регистрируется пирометром к расстоянию до объекта. Чтобы правильно выбрать прибор, необходимо знать сферу его применения. Если нужно измерять температуру объекта с расстояния 4 метра, то ИК термометр с оптическим разрешением 4:1 вряд ли подойдет. Диаметр излучающей поверхности будет слишком большой, и в поле зрения термометра попадут посторонние объекты. Лучше выбрать разрешение, по крайней мере, 50:1. Однако если необходимо принимать излучение с небольшого расстояния, то лучше выбрать термометр с разрешением 4:1, т.к у него будет больше минимальная допустимая площадь излучения. Необходимо иметь ввиду, точность измерений температуры может значительно снижаться, если пользователь ошибочно нацеливает ИК термометр на большую площадь, чем площадь измеряемого объекта. У большинства современных термометров имеется специальный лазерный целеуказатель для точного наведения на объект измерения.
.
На рисунке изображен пирометр с оптическим разрешением 6:1 (изображение с сайта компании Fluke) .
.

Излучательная способность (коэффициент излучения)

Коэффициент излучения (называемый иногда «степень черноты») характеризует способность поверхности тела излучать инфракрасную энергию. Этот коэффициент определяется как отношение энергии, излучаемой конкретной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. (см. также раздел СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ). Он может принимать значения от очень малых, ниже 0,1 до близких к 1. ИК термометры, как правило, дают возможность устанавливать для каждого объекта свой коэффициент излучения. Неправильный выбор коэффициента излучения – основной источник погрешности для всех пирометрических методов измерения температуры. Как выбрать степень черноты? Существуют справочные таблицы, показывающие степень черноты для различных материалов и различной обработки поверхности. Таблицы для некоторых распространенных материалов приведены в разделе сайта «Справочник». Необходимо отметить, что на коэффициент излучения сильно влияет окисленность поверхности металлов. Так, если для стали окисленной коэффициент составляет примерно 0,85, то для полированной стали он снижается до 0,075.
Можно также использовать экспериментальные методики. Наиболее распространены в методиках поверки пирометров и тепловизионных термометров следующие методы определения коэффициента излучения.

1. Определите действительную температуру объекта с помощью контактного датчика — термопары, термометра сопротивления и т.д. Затем измерьте температуру с помощью пирометра и подберите такую степень черноты, чтобы показания пирометра совпали с показаниями контактного датчика.
2. При сравнительно низких температурах объекта (до 250°С) можно наклеить на участок поверхности объекта ленту черного цвета (например, электроизоляционную). Затем измерьте температуру ленты с помощью пирометра при установленной степени черноты 0,95. После этого измерьте с помощью пирометра незакрытую лентой часть объекта и подберите такую степень черноты, чтобы показания пирометра совпали с результатом измерения ленты.
3. Если часть объекта может быть окрашена, окрасьте ее матовой черной краской, которая имеет степень черноты около 0,98. Затем измерьте температуру окрашенного участка с помощью пирометра при установленной степени черноты 0,98. После этого измерьте с помощью пирометра неокрашенную часть объекта и подберите такую степень черноты, чтобы показания пирометра совпали с результатом измерения на окрашенном участке.
(источник: методика поверки ИК-пирометров «Термоскоп-100» ООО «Инфратест»). .

Следует отметить, что коэффициент излучения зависит от длины волны. Он тем выше, чем короче длина волны. Кроме того, ошибка, вызванная неточным определением коэффициента излучения, будет пропорциональна эффективной длине волны.

В случаях, когда, например, надо измерять температуру поверхности частично окисленного металла преимущество коротковолновых пирометров очевидно, т.к. окисленный слой будет иметь высокую и стабильную излучательную способность скорее при короткой длине волны, чем при длинной. Кроме того, коротковолновые яркостные пирометры обычно менее подвержены влиянию атмосферного поглощения, чем пирометры широкого спектра. Если поглощение вызвано частицами или каплями на пути визирования, уменьшенное значение погрешности при коротких волнах будет иметь меньшую относительную зависимость измерений температуры от энергии.

Поэтому там, где требуется высокая точность измерения температуры поверхности рекомендуется использовать коротковолновый яркостный пирометр.

Название “коротковолновый” – относительное, например при Т=1000°С 1мкм – короткая длина волны; в то время как при Т=10°С 10 мкм также считается короткой длиной.

За критерий эффективной длины волны для отнесения пирометра к достаточно “коротковолновому” принимается максимальная длина волны, которая должна быть настолько короткой, чтобы обеспечить достаточную энергию для получения необходимого отношения сигнал-шум от детектора при минимальной измеряемой температуре.

При выполнении теоретического анализа эффективной длины волны обычно исходят из предположения, что пирометры используют узкий диапазон волн и поэтому изменение показаний в зависимости от изменения температуры может быть определено по закону Планка.

где I(ν)dν — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне частот от ν до ν + dν.

это выражение эквивалентно следующему:

где u(l)dl — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне длин волн от l до l + d l

Спектральный диапазон пирометра. Эффективная длина волны

На практике, большинство приемников излучения имеет существенно широкий диапазон волн и даже использование фильтров не достаточно ограничивает диапазон волн, чтобы можно было считать его строго монохроматическим. Однако кривая энергии в зависимости от длины волны очень крутая при короткой длине волны, и показания пирометров четко согласуются в значительном температурном диапазоне с расчетами Планка, соответствующими длине волны близкой к “отсечной” верхней длине волны системы приемник-фильтр. Понятие эффективной длины волны является весьма удобным для оценки скорости изменения энергии (и следовательно показаний пирометра) с изменением температуры, а также погрешности, возникающей от ошибки в определении коэффициента излучения поверхности.

В МЭК 62942 дано следующее определение спектрального диапазона и эффективной длины волны пирометра:

4.1.1.9 Спектральный диапазон

Спектральный диапазон приводится в мкм или нм. Спектральный диапазон определяется как нижний и верхний предел длины волны при достижении спектральной чувствительности 50 % от пика чувствительности. Может также приводится основная (эффективная) длина волны и полная ширина полосы пропускания, в которой чувствительность достигает 50 % от пика чувствительности (полная ширина на половине максимума (FWHM)).
Общепринято для монохроматичеких пирометров приводить эффективную длину волны в спектральном диапазоне и полную ширину на половине максимума (FWHM), а для широкополосных пирометров приводить верхний и нижний предел.

Приведем таблицу из МЭК 62942 (приложение 1), демонстрирующую изменение показаний пирометра, соответствующее изменению принимаемого излучения на 1 %, при опорной температуре пирометра 23 °С

Изменение в индицируемой температуре соответствующее изменению принятого пирометром потока излучения рассчитывалось как:

В следующей таблице приведена погрешность, обусловленная 10% изменением излучательной способности при 500°С.

Из приведенных данных следует, что всегда следует выбирать пирометр с самой короткой длиной волны, которая позволяет провести необходимые измерения самой низкой температуры в диапазоне измерения.

Кроме сложности учета коэффициента излучения объекта, яростные пирометры имеют ряд иных существенных недостатков, их результаты зависят от: расстояния до измеряемого объекта, формы объекта, запыленности и загазованности промежуточной среды, наличия защитных стекол и непрозрачных объектов в поле зрения пирометра, боковых засветок при работе с крупноразмерными объектами, переотражений измеряемым объектом излучения сильно нагретых объектов, расположенных рядом. Как видите, факторов, мешающих получению радиационными пирометрами точных результатов, набирается с десяток. Именно поэтому пользователи все чаще и чаще задумываются об использовании пирометров спектрального отношения, более дорогих, чем радиационные, но свободных от многих вышеперечисленных недостатков.

Пирометры спектрального отношения

Пирометры спектрального отношения определяют температуру объекта по отношению сигналов от двух приемников, работающих на разных длинах волн. Такой принцип измерения температуры позволяет избавиться от большинства недостатков, свойственных яркостным пирометрам. Зависимость сигнала от расстояния одинакова для обоих приемников пирометра спектрального отношения, поэтому на отношение сигналов она не влияет. Форма измеряемого объекта, запыленность и загазованность промежуточной среды одинаково влияют на сигналы с обоих приемников, оставляя неизменным их отношение.

Пирометры спектрального отношения нечувствительны к боковым засветкам от крупноразмерных объектов, наличию небольших непрозрачных объектов в поле зрения пирометра, к наличию защитных стекол, например стекол смотровых окон в вакуумных камерах. Отношение сигналов по-прежнему остается неизменным. Да и отличие значения коэффициента излучения?измеряемого объекта от 1 чаще всего приводит к одинаковому уменьшению сигналов с обоих приемников. Поэтому отношение сигналов слабо зависит от излучательной способности ?объекта.

Необходимо отметить два основных недостатка пирометров спектрального отношения. Во-первых, пирометр спектрального отношения сложнее радиационного, априори состоит из большего числа элементов, труднее калибруется. Поэтому стоимость таких пирометров больше, чем монохроматические. Во-вторых, излучательная способность измеряемого объекта все же? влияет на результаты измерений. Точнее, результат измерения пирометра спектрального отношения зависит не столько от величины излучательной способности или от ее изменения от объекта к объекту, сколько от спектральной зависимости коэффициента излучения от длины волны. С ростом длины волны спектральная излучательная способность снижается. Это приводит к тому, что сигнал длинноволнового приемника пирометра спектрального отношения оказывается заниженным по сравнению с коротковолновым. По этой причине показания пирометра спектрального отношения оказываются завышенными нередко более чем на 10%.

В некоторых современных пирометрах спектрального отношения применяется специальная техника автоматической коррекции влияния изменения коэффициента излучения от длины волны. Для ряда материалов, в том числе высоколегированных сталей, была исследована зависимость коэффициента излучения от длины волны и подобрана универсальная корректирующая кривая, подходящая как для чистого железа и высоколегированных сталей, так и для ряда других металлов (никель, кобальт и т.п.). При этом для большинства этих металлов коррекция возможна до уровня, при котором погрешность измерений в диапазоне температур от 600 до 2400°С составляет всего 1–1,5% (для кобальта –до 2%). Указанный способ коррекции не только сохраняет все преимущества, которыми обладают пирометры спектрального отношения, но и избавляет пользователя от необходимости вводить в прибор корректирующий коэффициент, значение которого ему неизвестно, и заменяет механическую подстройку. Поэтому измерения температуры многих металлов выполняются без роста погрешности во всем диапазоне измеряемых температур. (Источник: А.Фрунзе « Пирометры спектрального отношения: преимущества, недостатки и пути их устранения», ФОТОНИКА 4/2009)

Использование трех спектров также позволяет существенно снизить зависимость погрешности измерения от изменения величины коэффициента излучения и от изменения отношения ε1/ε2. (источник: Сергеев С.С. «Повышение точности измерения температуры с использованием новых моделей пирометров фирмы «ТЕХНО-АС», сайт www.technoac.ru)

Датчики и сенсоры онлайн журнал

Поглощенное тепло приводит к повышению температуры мембраны, которая, в свою
очередь, нагревает газ, заключенный в камере. Газ расширяется и его давление
увеличивается. Увеличение внутрикамерного давления приводит к деформации нижней
мембраны. Изменение кривизны зеркальной поверхности мембраны оказывает влияние
на направление отраженного луча света, который теперь попадает на другое место
чуствительной зоны датчика положения. Величина отклонения положения отраженного
луча зависит от степени деформации мембраны и, следовательно, от интенсивности
поглощенного излучения. Такие датчики могут изготавливаться по технологии
производства микросистем Степень деформации мембраны иногда измеряется и
другими методами, к примеру, при помощи интерферометра Фабри-Перо.

Детекторы излучений на основе термоэлементов
Термоэлементы относятся к классу пассивных ИК детекторов. Их
принцип действия аналогичен принципу термопар. Фактически, термоэлемент
представляет собой несколько последовательно соединенных термопар. Первоначально
такая конструкция была предложена Джоулем для увеличения выходного сигнала
термоэлектрических сенсоров. Он соединил последовательно несколько термопар и
термически объединил их горячие спаи. Современные термоэлементы имеют совсем
другую конструкцию. Теперь их основное предназначение — тепловое детектирование
излучений среднего и дальнего ИК диапазонов спектра.
На рис. 14.20А отображена схема детектора на основе
термоэлемента. Такой датчик состоит из рамы, обладающей сравнительно большой
тепловой массой, на той сформированы «холодные* спаи. Эта рама присоединена
либо к термостату с известной температурой, либо к эталонному датчику
температуры. На раме крепится тонкая мембрана, обладающая низкой теплоемкостью
и теплопроводностью, на поверхности той располагаются «горячие» спаи. Названия горячих и холодных спаев являются историческими, напоминающими о том,
что термоэлементы произошли от термопар. На самом деле в таких детекторах места
соединений редко бывают горячими или холодными.

Рис. 14.20. Термоэлемент для детектирования теплового
излучения’ А — схема с эталонным датчиком температуры (х и у являются разными
материалами), Б — микродатчик излучений на основе термоэлемента (отметим, что
здесь полупроводниковый эталонный датчик температуры сформирован на раме, на
которую нанесены холодные спаи, а горячие спаи с нанесенным на них поглощающим
покрытием расположены в центре мембраны), В — детектор в корпусе ТО-5
Принцип действия сенсоров на основе термоэлементов ничем не
отличается от принципа любого пассивного ИК детектора. ИК излучение поглощается
или испускается мембраной. При этом происходит изменение ее температуры. Тепловые ИК детекторы первоначально использовались для
определения ИК излучений среднего и дальнего ИК диапазонов и для проведения
бесконтактных температурных измерений, которые в течение последних 60 лет стали
называться пирометрическими. Это название произошло от греческого слова риг,
обозначающего огонь. Соответствующие термометры получили название пирометров. В
настоящее время бесконтактные методы измерения температуры используются очень
широко: от определения минусовых температур до детектирования температуры
различных пламен. Поэтому такие методы получили название радиационной
термометрии.
Типовые ИК бесконтактные датчики температуры состоят из
следующих частей:
1. чувственного элемента, реагирующего на
электромагнитные излучения ИК диапазона. Основными требованиями, предъявляемыми
к нему, являются: быстродействие, воспроизводимость, высокая чувствительность и
хорошая долговременная стабильность.
2. Опорной конструкции, поддерживающей чувствительный
элемент и обеспечивающей доступ к нему излучения. Конструкция должна обладать
низкой теплопроводностью для снижения тепловых потерь.
3. Корпуса, защищающего чувствительный элемент от
воздействия окружающей среды. Корпус должен быть герметичным. Его часто
заполняют сухим воздухом или инертным газом (аргоном или азотом)
4. Защитного окошка, прозрачного для излучения исследуемого
диапазона длин волн. На поверхность окна часто наносят специальное покрытие с
целью улучшения его пропускающей способности для волн определенной длины и
фильтрации излучений нежелательного диапазона спектра.
В областях, лежащих ниже среднего ИК диапазона спектра,
чувствительность тепловых детекторов гораздо ниже, чем у квантовых сенсоров. Их
принцип действия основан на превращении теплового излучения в тепло с
последующим преобразованием уровня тепла или теплового потока в электрический
сигнал, для чего применяются традиционные методы тепловых измерений. Для
детектирования теплового излучения подходит практически любой датчик
температуры. Однако из уравнения (3.133) главы 3 видно, что поток ИК волн,
поглощенный тепловым детектором, пропорционален геометрическому фактору А,
который при равномерном пространственном распределении излучения равен площади
чувственного элемента датчика. к примеру, если датчик тепловых излучений,
обладающий идеальной поглощающей способностью и площадью чувственного
элемента 5 мм2, находящийся при температуре 25°С, поместить внутрь камеры с
температурой 100°С, он получит мощность излучения, равную 3.25 мВт. Температура
датчика будет расти до тех пор, пока не наступит состояние теплового равновесия
между ним и окружающей средой. Как быстро это произойдет, зависит, главным
образом, от теплоемкости датчика. рекомендуется отметить, что на практике температура
чувственного элемента никогда не становится равной температуре исследуемого
объекта. Реальный датчик, в отличие от идеального, обладает далеко не идеальным
теплообменом с источником тепла. Хотя между объектом и чувствительным элементом
происходит теплопередача за счет радиационного излучения, значительная часть
тепла уходит на прогрев опорной конструкции, проводов, гравитационную конвекцию
и через паразитные излучения. Поэтому равновесная температура будет находиться
где-то между температурой объекта и исходной температурой теплового детектора.
Все тепловые детекторы излучений можно разделить на два
класса: пассивные ИК (ПИК) и активные ИК (АПК) детекторы. Пассивные датчики
поглощают входящее излучение и превращают его в тепло, в то время как активные
детекторы вырабатывают тепло при помощи специальных схем возбуждения.

Рис. 14.19. Детектор излучений среднего и дальнего ИК
диапазонов на основе ячейки Голея

Ячейки Голея
Ячейки Голея являются широкополосными детекторами ИК
излучений. Они обладают очень высокой чувствительностью, но также довольно
хрупкой конструкцией. Принцип действия ячеек Голея основан на детектировании
теплового расширения газа, заключенного в замкнутом объеме. Поэтому такие
датчики иногда называются термопневматическими детекторами. На рис. 14.19
отображена схема детектора излучений, реализованного на базе ячейки Голея,
состоящей из замкнутой камеры с двумя мембранами: верхней и нижней. На верхнюю
мембрану наносится слой, поглощающий тепло, а поверхность нижней мембраны
делается зеркальной (к примеру, покрывается А1).
Источник света направлен на зеркальную поверхность. Падающий
луч света отражается от поверхности и попадает на детектор положения. На
верхнюю мембрану действует исследуемое ИК излучение, поглощаемое ее покрытием. Поскольку на мембране расположены горячие спаи, разность температур между ними
и холодными спаями приводит к возникновению термоэлектрического напряжения. Температура мембраны зависит от ее теплоемкости, теплопроводности и мош-ности
ИК излучения.
Для получения термоэлементов с высокой чувствительностью и
низким уровнем шума спаи должны изготавливаться из материалов, обладающих
высоким термоэлектрическим коэффициентом а, низкой теплопроводностью и низким
объемным удельным сопротивлением. При этом термоэлектрические коэффициенты пар
соединений должны иметь противоположные знаки. К сожалению, большинство
металлов, обладающих низким удельным электрическим сопротивлением (золото,
медь, серебро), имеют очень низкие термоэлектрические коэффициенты. У металлов
с более высоким удельным сопротивлением (висмут и сурьма) термоэлектрические
коэффициенты гораздо выше, поэтому именно они и используются чаще других при
производстве термоэлементов. Легирование этих металлов Se и Те позволяет
увеличить термоэлектрический коэффициент до 230 мкВ/К [5].
Методы изготовления термоэлементов со спаями из металлов
могут быть разными, но все они основаны на технологии вакуумного напыления с
использованием масок для формирования слоев из термоэлектрических материалов. Количество спаев варьируется от 20 до нескольких сотен. На «горячие» спаи часто
наносится абсорбционный слой для улучшения поглощения ИК излучения. Напри -мер,
они могут быть зачернены при помощи органических красителей.
Термоэлементы являются устройствами, работающими на
постояннм токе, выходной сигнал которых достаточно хорошо отслеживает
температуру «горячего» спая. Термоэлемент можно представить в виде источника
напряжения, управляемого тепловым потоком, соединенного последовательно с
резистором фиксированного номинала. Датчик размещается в герметичном
металлическом корпусе с прочным прозрачным окном (из кремния, германия или
селенида цинка) (рис. 14.20В). Выходное напряжение датчика пропорционально
попадающему на него излучению. Диапазон рабочих частот детектора, в основном,
зависит от теплоемкости и теплопроводности мембраны, определяющих тепловую
постоянную времени. Датчики на основе термоэлементов обладают довольно низким
уровнем шума, который соответствует тепловому шуму эквивалентного сопротивления
детектора (т.е. порядка 20…50 кОм). В таблице 14.3 приведены параметры
типовых сенсоров этого вида.
Выходной сигнал сенсоров на основе термоэлементов зависит от
разности температур источника теплового излучения и чувствительной поверхности. Поэтому передаточная функция термоэлемента является трехмерной поверхностью,
форма той определяется законом Стефана-Больцмана.
В настоящее время висмут и сурьма часто заменяются на
кремний. Кремниевые термоэлементы обладают большей эффективностью и надежностью
[6]. В Приложении приведены термоэлектрические коэффициенты указанных
элементов. Как видно из соответствующей таблицы, указанные коэффициенты для
кристаллического и поликристаллического кремния имеют очень
большие значения, тогда как их объемные удельные сопротивления довольно низкие. Достоинство кремниевых термоэлементов — это возможность применять для их
изготовления стандартные технологии производства ИС, что позволяет значительно
снижать стоимость таких устройств. При помощи введения определенных примесей
можно регулировать величину удельного сопротивления и термоэлектрического
коэффициента. Однако изменение удельного сопротивления происходит гораздо быстрее,
чем меняется термоэлектрический коэффициент. Поэтому для оптимизации
соотношения высокая чувствительность — низкий уровень шума необходимо очень
аккуратно подбирать концентрацию легирующих компонентов.
Таблица 14.3. Типовые параметры термоэлементов

Параметр	Значение	Единица измерения	Условия
Чувствительная зона	0,5 2	мм2
Чувствительность	50	В/Вт	6 14мкм, 500К
Шум	30	нВ/Гц,/2	25°С, среднеквадрати-ческое значение
Эквивалентное сопротивление	50	кОм	25°С
Тепловая постоянная времени	60	мс
Температурный коэффициент удельного сопротивления	0 15	%/К
Температурный коэффициент чувствительности	-0 2	%/К
Рабочий диапазон температур	-20 +80	°С
Температуры хранения	-40 100	°С
Цена	2 20	$US

На рис. 14.20Б отображен детектор ИК излучений, реализованный
на основе полупроводникового термоэлемента (Perkin-Elmer Optoelectronics,
Wiesbaden, Germany), изготовленный по технологии производства микросистем. Центральная часть кремниевой подложки удаляется методом анизотропного травления
с обратной стороны кристалла. При этом остается только двухслойная мембрана
толщиной 1 мкм, состоящая из Si02-Si3N4, обладающая низкой теплопроводностью. На эту мембрану наносятся тонкие проводники из двух разных термоэлектрических
материалов (поликремния и алюминия). Такие датчики обладают очень низкой
температурной чувствительностью, что позволяет им работать в широком
температурном диапазоне.

Пироэлектрические датчики ИК-излучений
Пироэлектрические датчики также относятся к классу пассивных
ИК детекторов На рис. 14.21 А отображена типовая конструкция твердотельных
пироэлектрических детекторов. Они размещаются в металлических корпусах ТО-5 или
ТО-39, что обеспечивает хорошее экранирование и защиту от окружающей среды. Окошко, пропускающее излучение, обычно изготавливается из кремния. Внутреннее
пространство корпуса часто заполняется сухим воздухом или азотом. Обычно
используют два чувствительных элемента, соединенных последовательно или
параллельно навстречу друг другу, для лучшей компенсации быстрых изменений
тепловых потоков и механических нагрузок, возникающих из-за акустических шумов
и вибраций. Иногда один из элементов покрывается красителем для увеличения
поглощающей способности, а второй экранируется от излучений, а для улучшения
его отражающей способности на него наносится слой золота. Иногда
пироэлектрический чувствительный элемент изготавливается из нихро-мовых
электродов, нанесенных с двух сторон пироэлектрика. Нихром обладает высокой
излучающей (поглощающей) способностью, и поэтому электроды из него выполняют
сразу две функции: поглощают тепловое излучение и собирают электрические
заряды. При использовании таких детекторов в датчиках движения излучение
воздействует через окошко на оба пироэлектрических элемента.
Двойной элемент часто изготавливается на одной подложке из
кристаллического материала (рис. 14.21Б). Металлические электроды, нанесенные с
двух сторон материала, формируют два последовательно соединенных конденсатора
С, и С2. На рис. 14.21В отображена эквивалентная схема двойного
пироэлектрического элемента. Такая конструкция дает возможность хорошо
отбалансировать оба элемента и, следовательно, устранить все синфазные помехи. рекомендуется отметить, что чувствительные зоны расположены только в пространстве
между электродами, остальная часть пироэлектрического материала, непокрытая
электродами, в генерации полезного сигнала не участвует. Пироэлектрические
детекторы очень чувствительны к механическим нагрузкам и вибрациям, что очень
осложняет их проектирование. В дополнение к этому все пироэлектрики также
являются и пьезоэлектриками, поэтому для них характерен, так называемый
микрофонный шум. Для борьбы с такими помехами кристаллический элемент отделяют
от внешних частей детектора, особенно важно обеспечить отсутствие механических
связей между пироэлектриком и металлическим корпусом, а также между ним и
выводами.

Рис. 14.21. Двойной пироэлектрический датчик: А — конструкция
датчика в металлическом корпусе, Б — металлические электроды нанесены на
противоположные стороны материала, В — эквивалентная схема двойного элемента
Пироэлектрический элемент, состоящий из кристалла
пироэлектрика с двумя электродами, можно представить в виде конденсатора,
включенного параллельно с резистором утечки. Величина этого резистора
составляет порядка 1012…1014 Ом. На практике датчик подсоединяется к схеме, в
состав той входит резистор смещения Rb и преобразователь импеданса (на рис. 14.21А эта схема так и называется «схема»). В качестве преобразователя может
использоваться либо повторитель напряжения (к примеру, на основе полевого
транзистора), либо преобразователь ток-напряжение. Повторитель напряжения (рис. Это напряжение зависит от типа транзистора и температуры. Таким образом,
выходное напряжение определяется суммой двух напряжений: напряжения смещения,
то может достигать нескольких вольт, и переменного пироэлектрического
напряжения порядка милливольт.

Рис. 14.22. Преобразователи импеданса для пироэлектрических
сенсоров: А — повторитель напряжений на полевом транзисторе, Б — преобразователь
ток-напряжение на ОУ
Преобразователь ток-напряжения является более дорогой, но
также и более эффективной схемой подключения пироэлектрического детектора (рис. 14.22А) преобразует высокий выходной импеданс датчика (параллельное соединение
емкости С и резистора /?А) в выходное сопротивление повторителя (в нашем
примере определяемое резистором 47 кОм и межэлектродной проводимостью
транзистора). Достоинствами такой схемы являются простота, невысокая стоимость
и низкий уровень шума. Однако у нее есть и два серьезных недостатка. Первый
недостаток — зависимость быстродействия схемы от так называемой электрической
постоянной времени, которая определяется как произведение емкости датчика С и
резистора смещения Rb:

к примеру, если двойной датчик имеет следующие характеристики
: С=40 пФ, /?4=50ГОм, его т =2 с, что соответствует частотной характеристике
системы первого порядка с частотой среза на уровне 3 дБ, равной 0.08 Гц, что
является очень низким значением. По этой причине повторители напряжения могу!
применяться только в тех случаях, когда быстродействие не является определяющим
фактором, к примеру, при детектировании движения людей (см. главу 6).Вторым
недостатком схемы является большое напряжение смещения на выходном резисторе. 14.22Б).
Его преимущества — лучшее быстродействие и
нечувствительность к емкости пироэлектрического элемента. Датчик подключается к
инвертирующему входу ОУ, обладающему свойствами так называемой виртуальной
земли (подобные схемы были рассмотрены на рис. 14.5, 14.8 и 14.10), поэтому
напряжение на этом входе является постоянным и практически равным напряжению на
неинвертирующем входе, который в данном случае заземлен. Таким образом,
назначение цепи ОС заключается в поддержании напряжения на датчике, равным
нулю. Выходное напряжение в этом случае отслеживает электрический ток (поток
зарядов), вырабатываемый датчиком (рис. 3.28 главы 3). Такое включение датчика
обеспечивает очень низкий уровень тока смещения ОУ (порядка 1 пА). Три основных
достоинства такой схемы: быстродействие, нечувствительность к емкости датчика и
низкое напряжение смещения. Однако преобразователь ток-напряжение имеет не
только широкую полосу пропускания, но и обладает более высоким уровнем шума. На
очень низких частотах обе рассмотренные схемы преобразуют пироэлектрический ток
/ в выходное напряжение, определяемое законом Ома:

рекомендуется отметить, что выходные сигналы обоих
преобразователей могут быть довольно разнообразной формы (рис. 14.23). Выходное
напряжение повторителя отслеживает напряжение на чувствительном элементе и Rb
(рис. 14.23А). Оно характеризуется двумя наклонами: передним наклоном,
определяемым электрической постоянной времени x=CRb, и задним наклоном,
зависящим от тепловой постоянной времени гг Напряжение на чувствительном
элементе в схеме с преобразователем ток-напряжение в отличие от схемы с
повторителем всегда поддерживается близким к нулю, а входной импеданс этой
схемы имеет очень низкое значение. Другими словами, повторитель напряжений
работает как вольтметр, а преобразователь ток-напряжение — как амперметр. Поэтому выходной сигнал преобразователя /-Кимеет очень резкий передний фронт,
определяемый паразитной емкостью в цепи резистора Rb, в то время как его задний
фронт также задается тг Отсюда видно, что выходное напряжения преобразователя отслеживает
форму тока пироэлектрического чувственного элемента (рис. 14.23Б)

Рис. 14.23. Выходные сигналы повторителя напряжения (А) и
преобразователя ток-напряжение (Б) при подаче на них прямоугольного импульса
теплового излучения

Изготовление гигаомных резисторов является очень непростой
задачей. Такие резисторы высокого качества должны обладать хорошей
устойчивостью к факторам окружающей среды, низким температурным коэффициентом
сопротивления (ТКС) и низким коэффициентом сопротивления по напряжению (КСН),
который определяется как:

Поскольку выходной сигнал пироэлектрического датчика
пропорционален произведению пироэлектрического тока на сопротивление резистор
смещения, величина КСН влияет на нелинейность общей передаточной функции и
датчика, и интерфейсной схемы. Высокоимпедансные резисторы изготавливаются методом
нанесения тонкого слоя полупроводниковых красителей на керамическую (либо из
оксида алюминия) подложку, обжигания полученной структуры в печи с последующим
нанесением на нее защитного покрытия. Такое гидрофобное покрытие толщиной не
менее 50 мкм помогает защитить резистор от влаги, поскольку даже очень
небольшое количество молекул воды способны окислить полупроводниковый слой, что
приводет к значительному повышению сопротивления и ухудшению долговременной
стабильности. На рис. 14.24Б отображена структура типового высокоимпедансного
резистора.

Рис. 14.24. Высокоимпедансный резистор: А — КСН для трех
типов резисторов, Б — структура резистора на алюминиевой подложке
В приложениях, где не требуется высокая точность измерений,
к примеру, в детекторах движения, резистор смещения может быть заменен на один
или два кремниевых диода с нулевым смещением, включенных навстречу друг другу.
На практике при детектировании тепловых излучений, как
правило, применяются два типа пироэлектрических сенсоров, рассчитанных для работы
в разных условиях:
1. Быстродействующие детекторы, измеряющие излучения высокой
интенсивности, но очень короткой длительности лазерных импульсов (порядка
наносекунд), повторяющихся с частотой порядка 1 МГц. Такие датчики, обладающие
высокой линейностью, изготавливаются из монокристаллических пироэлек-триков,
таких как танталат лития. В состав таких детекторов обычно входят теп-лоотводы.
2. Чувствительные детекторы, определяющие тепловые излучения
низкой интенсивности, но изменяющиеся со сравнительно низкой скоростью. Примеры
— ИК термометры и датчики движения [8–10]. Для обеспечения высокой
чувствительности такие датчики должны иметь хорошую тепловую связь с источником
излучений. Для этих целей используются такие оптические устройства, как
фокусирующие линзы и волноводы. При этом необходимо минимизировать передачу
тепла в окружающую среду, для чего требуется очень внимательно проектировать
корпуса таких детекторов. При соответствующем проектировании чувствительность
данных детекторов приближается к чувствительности квантовых сенсоров с
криогенным охлаждением [7]. Серийно выпускаемые пироэлектрические датчики
изготавливаются на основе монокристаллов, таких как LiTa03 и TGS, или на базе
PZT керамики. Иногда применяются и пленки из PVDF, поскольку они дают возможность
реализовать датчики, обладающие высоким пространственным разрешением и хорошим
быстродействием.

Болометры
Болометры — это миниатюрные резистивные детекторы
температуры (РДТ) или тер-мисторы (см. раздел 16.1.3 главы 16), а также другие
типы температурно чувствительных резисторов, используемых, в основном, для
измерения среднеквадратичных значений интенсивности электромагнитных излучений
в широком спектральном диапазоне от среднего ИК до микроволн. Области
применения таких детекторов включают определение ИК температуры, построение
тепловых образов, измерение локальных полей при высокой мощности излучений,
тестирование СВЧ устройств. Они используются в устройствах управления лучами ВЧ
антенн, проверки мощных военных СВЧ систем, в медицинских приборах и т.д. Принцип действия всех болометров основан на фундаментальном физическом законе,
связывающем величину поглощенного электромагнитного сигнала с рассеиваемой
мощностью [11]. Резистивные детекторы выполняют следующие преобразования:
1. Электромагнитное излучение воздействует на резистор. Она состоит из болометра (температурно чувственного резистора) с номинальным
сопротивлением R, эталонного стабильного резистора RQ и источника напряжения
смещения Е. Напряжение Кна резисторе Rg является выходным сигналом схемы. Оно
максимально при равенстве двух резисторов. Чувствительность болометра к
входящим электромагнитным излучениям может быть определена по формуле [12]:

Рис. 14.25. Эквивалентная схема болометра с электрическим
смещением (А) и конструкция оптического болометра (Б)
Поскольку рост температуры болометра происходит в
соответствии со следующим выражением:
Поэтому для увеличения чувствительности болометра необходимо
повышать его электрическое сопротивление и тепловой импеданс.
Традиционно болометры изготавливаются в виде миниатюрных
термисторов, подвешенных на крошечных проводках. Другим популярным методом
реализации болометров является использование технологии нанесения тонких пленок
[12,13] (обычно ыихромовых). Во многих современных болометрах терморезис-тивный
тонкопленочный материал наносится на микромембрану из кремния или

Рис. 14.26. Платиновый болометр: А — стеклянная мембрана над
полостью, полученной методом травления, Б — матрица из болометров
стекла, поддерживаемую рамкой из кремния. Широкое
распространение такого подхода объясняется популярностью сенсоров, использующих
матрицы для получения тепловых изображений объектов. В случаях где не требуется
высокая чувствительность, а стоимость не является критичным фактором, часто
применяются болометры с платиновыми пленками. Платина обладает хотя и
невысоким, но хорошо воспроизводимым ТКС.
Платиновая пленка толщиной 500Ананосится на поверхность
тонкой стеклянной мембраны. Для придания этому слою требуемой формы применяются
фотолитографические методы. Мембрана закрепляется над полостью, вытравленной в
кремниевой подложке, при помощи крошечных проводков, т.е. мембрана как бы
плавает над этой V-образной полостью. Такой способ крепления помогает свести до
минимума тепловую связь чувственного элемента с подложкой. На рис. 14.26Б
отображена микрофотография матрицы платиновых болометров, применяемой для
получения тепловых изображений.
В качестве температурочувствительных элементов могут
применяться резисторы на основе поликремния, германия, TaNO и т.д При выборе
материалов для болометров всегда необходимо учитывать их совместимость со стандартными
КМОП технологиями для того, чтобы была возможность выпускать монолитные
устройства, включающие в себя сами детекторы и их интерфейсные схемы. Одним из
приемлемых сочетаний является поликремний с нанесенными на него пленками из
германия (рис. 14.27)
Как видно из уравнения (14.27), узким местом при разработке
болометров (а также любых других точных сенсоров температуры) всегда является
обеспечение хорошей тепловой изоляции чувственного элемента от опорной
конструкции, соединительных проводов и интерфейсных схем, поскольку тепловые
потери могут привести к возникновению больших погрешностей и снижению
чувствительности. Одним из методов решения этой проблемы является исключение
всех металлических проводников и измерение температуры болометра при помощи
оптоволоконной техники. Подобное устройство было реализовано фирмой Luxtron. В
конструкции, отображенной на рис. 14.25Б, миниатюрный болометр подвешен на конце
оптического зонда, и его температура измеряется флуоресцентнооптическим
датчиком температуры (см. раздел 16.4.1 главы 16), а другой аналогичный
оптический датчик определяет окружающую температуру для нахождения AT.

Рис. 14.27. Болометр на основе пленки из германия,
расположенной над кремниевой полостью (Напечатано с разрешения профессора
J.Shie)

Активный датчик излучения дальнего ИК диапазона
В активных ИК детекторах процесс измерения потока теплового
излучения отличен от процесса, описанного для пассивных сенсоров. В отличие от
пассивного ИК элемента, температура того определяется как температурой
объекта, так и окружающей температурой, в активном датчике температура
поверхности чувственного элемента в течение всего процесса измерения
поддерживается на одном заданном уровне Г. Для этого в детектор встроен
нагревательный элемент, мощность того регулируется схемой управления (рис. Резистор поглощает это излучение и конвертирует его в тепло
2. Тепло повышает температуру резистора. Она становится выше
температуры окружающей среды.
3. Увеличение температуры уменьшает омическое сопротивление
болометра. Увеличение температуры соответствует мощности электромагнитного
излучения. Это изменение температуры может быть измерено любым подходящим
методом, описанным в главе 16. В этом сайте будут кратко описаны наиболее
распространенные способы изготовления болометров, которые довольно сильно
изменились с тех пор, когда Лэнглэй изобрел первое такое устройство (с этого
момента уже прошло более 100 лет)
На рис. 14.25А отображена основная схема включения болометра. 14.28А). Процесс выработки управляющего сигнала состоит в измерении температуры
поверхности элемента и сравнении ее с внутренней эталонной температурой. Иногда
температура поверхности поддерживается выше максимально ожидаемой температуры
объекта, однако, для большинства практических случаев достаточно, чтобы Т была
выше температуры окружающей среды на несколько десятых градуса. Поскольку
температура элемента всегда выше температуры окружающей среды, он начинает отдавать
свое тепло наружу, а не поглощать его, как это делают пассивные детекторы. Тепло от поверхности сенсора уходит тремя путями: через теплопроводность, через
конвекцию и через тепловое излучение. Третью-то составляющую и необходимо
измерить. В отличие от первых двух способов теплопередачи, которые всегда
направлены наружу от чувственного элемента (поскольку он всегда теплее
окружающей среды), радиационная передача тепла может идти в любом направлении,
то зависит, в основном, только от температуры объекта. Поток теплового
излучения подчиняется фундаментальному закону Стефана-Больцмана.
Часть мощности излучения уходит от элемента внутрь корпуса
датчика, в то время как другая часть поступает от объекта (или уходит к нему). Важно отметить, что суммарный тепловой поток
(теплопрводность+конвекция+излучение) всегда имеет направление от объекта, т.е. имеет отрицательный знак.

Рис. 14.28. Активный ИК элемент излучает тепловой поток Ф
внутрь корпуса и поглощает поток Ф6от объекта (А), временные диаграммы для
излучаемого потока, температуры поверхности и приложенной мощности (Б)

Если в состав активного датчика ввести охладитель (к примеру,
термоэлектрический элемент, работающий на принципе Пельтье, температура
поверхности сенсора может поддерживаться ниже окружающей температуры. Однако, с
практической точки зрения, всегда легче нагревать элемент, чем охлаждать его. Далее будут рассмотрены активные ИК датчики, поверхность которых подогревается
либо при помощи дополнительного нагревательного элемента, либо за счет явления
саморазогрева [8, 14–16].
Динамическая температура поверхности Т любого теплового
элемента, и активного, и пассивного, может быть описана дифференциальным
уравнением первого порядка.
В пассивных ИК детекторах, к примеру, в пироэлектрических или
на основе термоэлементов, никакой внешней мощности не подводится (т.е.Р = 0),
поэтому быстродействие датчика, характеризуемое тепловой постоянной времени гТ,
определяется только его теплоемкостью и тепловыми потерями. В активных ИК
элементах после периода разогрева до температуры Т схема управления стремится
удержать температуру поверхности датчика на том же самом уровне.
В отличие от пассивных ИК детекторов активные датчики
работают как бесконечные источники тепла. Из вышесказанного рекомендуется, что в
идеальных условиях выходной сигнал активных детекторов не зависит от тепловой
массы и не является функцией времени. При эффективной работе схемы управления в
постоянных условиях окружающей среды (/>i=const) приложенная электрическая
мощность успевает отслеживать с высокой степенью точности изменения потока
излучения Ф. Амплитуда изменения этой мощности и является выходным сигналом
датчика. Из уравнения (14.30) видно, что, теоретически, активные ИК детекторы
являются более быстродействующими по сравнению с пассивными датчики. Однако
эффективность активных детекторов определяется как собственной конструкцией,
так и устройством блока управления. Нерадиационные потери являются функцией
окружающей температуры Т и коэффициента потерь а.
Для выработки тепла для подогрева поверхности активного
сенсора в состав датчика может быть встроен нагревательный элемент, обладающий
электрическим сопротивлением R. При работе датчика электрическая мощность,
рассеиваемая на этом резистивном элементе, является функцией напряжения на его выводах.
P=V2/R
Предположим, что активный ИК чувствительный элемент
используется в радиационном термометре. Значит, его выходной сигнал должен быть
пропорционален измеряемой температуре объекта Ть
рекомендуется отметить, что активные ИК датчики вместе с их
схемами управления являются прямыми преобразователями мощности излучений в
электрическое напряжение, работающими с достаточно высокой эффективностью. Для
них характерна чувствительность порядка 3000 В/Вт, что гораздо выше чем у
термоэлементов, для которых этот параметр составляет порядка 100 В/Вт. Применение технологии изготовления микросистем позволяет существенно повысить
эффективность ИК детекторов излучения. На самом деле активные ИК детекторы
являются близкими родственниками болометрам, описанным в предыдущем сайте. Для того чтобы превратить болометр в активный детектор, под ним необходимо
сформировать нагревательный элемент, что может быть реализовано методом
нанесения дополнительного резистивного слоя.

.

Список тем Назад Вперед

Информация исключительно в
ознакомительных целях. При использовании
материалов этого сайта ссылка
обязательна.Правообладатели статей являются их
правообладателями.

По вопросам размещения статей
пишите на email:

[email protected]

Датчики контроля ЧС, метеодатчики

Датчики собственного производства

В зависимости от задачи, наши станции мониторинга ЧС и метеостанции могут комплектоваться различными типами датчиков. Это могут быть датчики, представленные на нашем сайте или любые другие датчики в соответствии с задачей. Основное требование – наличие хотя бы одного из следующих выходов:

Цифровой выход RS232 или RS485

Токовый выход 4..20мА

Выход напряжения 0..10В или 0..5В

Выход ШИМ (PWM)

Выход I2C

Если у датчика есть соответствующий выход, наши инженеры в течение нескольких дней смогут согласовать его работу со станцией мониторинга ЧС и подключить его к системе для дистанционного мониторинга. Если в соответствии с задачей имеются особые требования к алгоритму обработки показаний датчиков – мы так же готовы их рассмотреть.

Датчики, способные зафиксировать ЧС

Ультразвуковые датчики уровня жидкости (ультразвуковые дальномеры) и гидростатические датчики уровня жидкости — для контроля ЧС связанных с затоплением населяемой местности (наводнения, прорыв плотины и др.) или осушением водоёмов

Дозиметры / радиометры — для контроля ЧС связанных с авариями на атомных электростанциях и другими причинами радиоактивного заражения местности.

Датчики аммиака, сероводорода, метана, кислорода, ацетилена, пропан-бутановой смеси, метанола — для контроля чрезвычайных ситуаций связанных с утечкой химических веществ на опасных производственных объектах.

Датчики угарного и углекислого газа, датчики погодных условий, в т.ч. температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра – для выявления возникновения (или угрозы возникновения) лесных пожаров и возгораний на производственных объектах.

Подключение датчиков к станциям мониторинга ЧС

Высокотемпературные инфракрасные пирометры Endurance®

1,0 мкм номинально одно / двухцветный	500 ° C-1100 ° C 932 ° F-2012 ° F	Обработка металлов, ковка расплавленного металла, станов горячей прокатки, термообработка и отжиг, индукционный нагрев, производство лампочек и галогенных ламп, обжиговые печи для цемента и извести, вакуумные печи, тонкая проволока или пруток
1,0 мкм номинально одно / двухцветный	700 ° C-1500 ° C 1292 ° F-2732 ° F	То же, что и выше
1.0 мкм номинально одно / двухцветный	1000 ° C-3200 ° C 1832 ° F-5792 ° F	Обработка металлов, ковка расплавленного металла, станов горячей прокатки, термообработка и отжиг, индукционный нагрев, производство лампочек и галогенных ламп, плавление стекла, цементные и известковые печи, вакуумные печи, тонкая проволока или пруток
1,6 мкм номинально одно / двухцветный	275 ° C-1000 ° C 527 ° F-1832 ° F	Обработка металлов, ковка расплавленного металла, термообработка и отжиг, индукционный нагрев, обжиговые печи для цемента и извести, вакуумные печи, тонкая проволока или пруток
1.6 мкм номинальный одно / двухцветный	350 ° C-1300 ° C 662 ° F-2372 ° F	Обработка металлов, ковка расплавленного металла, термообработка и отжиг, индукционный нагрев, обжиговые печи для цемента и извести, вакуумные печи, тонкая проволока или пруток
1,0 мкм номинал одноцветный	475 ° C-900 ° C 887 ° F-1652 ° F	Обработка металлов, ковка жидкого металла, станов горячей прокатки, термообработка и отжиг, индукционный нагрев, плавление стекла, полупроводниковые печи
1.0 мкм номинальный одноцветный	800 ° C-1900 ° C 1472 ° F-3452 ° F	То же, что и выше
1,0 мкм номинал одноцветный	1200 ° C-3000 ° C 2192 ° F-5432 ° F	То же, что и выше
1,6 мкм номинал одноцветный	250 ° C-800 ° C 482 ° F-1472 ° F	Черные и цветные металлы, линии цинкования, обработка металлов, ковка расплавленного металла, станы горячей прокатки, термообработка и отжиг, индукционный нагрев
1.6 мкм номинальный одноцветный	400 ° C-1700 ° C 752 ° F-3092 ° F	То же, что и выше

Измерьте температуру шин с помощью инфракрасного пирометра

Измерение температуры гоночных шин в автоспорте является одним из наиболее важных аспектов в управлении эксплуатационными характеристиками шин . Лучшее механическое сцепление гоночной шины с дорогой всегда достигается в узком рабочем диапазоне и является основополагающим для обеспечения того, чтобы протектор работал в правильном температурном диапазоне для максимальной производительности.

Работа ниже или выше диапазона температур может привести к ухудшению характеристик шины. Использование точного пирометра температуры шин может помочь команде в управлении подходом к шинам.

Температуру шин можно измерить с помощью приборов двух различных типов:

Бесконтактное измерение температуры
В эту категорию входит инфракрасный пирометр I , в котором температура измеряется на определенном расстоянии от объекта измерения.
Контактное измерение температуры
В эту категорию входит пирометр для шин с игольчатым зондом , в котором температура измеряется посредством контакта между инструментом и измеряемым объектом.

Оба решения точны с точки зрения точности; Единственное отличие — это способ измерения. С помощью пирометра с игольчатым зондом мы можем измерить температуру состава в определенных точках, а с помощью инфракрасного пирометра мы можем измерить температуру поверхности протектора .

Давайте теперь оценим, как оптимизировать измерение температуры протектора с помощью инфракрасного пирометра. В приборах этого типа используется электрический датчик, который преобразует инфракрасное излучение, испускаемое телом, имеющим определенную температуру выше 0K (-273 C), в электрический сигнал.

Преимуществами инфракрасной технологии измерения температуры шин являются время отклика (0,25 секунды), точность (+/- 0,5 ° C) и возможность измерения средней температуры всего протектора шины.

Одним из основных недостатков технологии инфракрасных датчиков является то, что они измеряют температуру поверхности протектора; Невозможно измерить температуру компаунда, как это возможно сделать при проникновении зонда в виде игольчатой шины внутрь компаунда.

Один из основных полученных вопросов:

Какое оптимальное расстояние между прибором и протектором шины для наилучшего измерения температуры шины?

Прежде чем ответить на этот вопрос, важно понять параметр FOV (поле обзора) ИК-датчика.

Что такое FOV?

Это угол, в пределах которого датчик чувствителен к инфракрасному излучению, испускаемому измеряемым объектом. Тогда измеренная температура будет эквивалентна среднему значению для всех объектов в пределах поля зрения.
Поэтому очень важно, чтобы измеряемый объект или его часть были полностью заключены в поле зрения.

Из этого видео вы можете ясно понять, как измерение температуры развивается в зависимости от поля обзора.

Все модели цифрового пирометра для шин Prisma Electronics с инфракрасным датчиком на дисплее имеют на дисплее символ точки, из которой излучается инфракрасное излучение, чтобы легко понять, где нужно проводить измерения.

Какое правильное расстояние между инструментом и измеряемой шиной?

Расстояние между инструментом и протектором, которое необходимо измерить, напрямую зависит от параметра FOV.Инфракрасные пирометры Prisma Electronics имеют угол обзора 35 °.

На графике показано, как поверхность, ударяющаяся о шину, увеличивается (Точечный) в зависимости от расстояния до инструмента.

Расстояние протектора шины — пирометр = 25 мм -> Размер пятна +/- 22 мм
Расстояние протектора шины — пирометр = 75 мм -> размер пятна +/- 66 мм

Это может быть преимуществом измерения температуры без контакта с инфракрасным датчиком; можно выбрать ширину поверхности шины, которую мы хотим измерить, отодвинув инструмент подальше или ближе.

Измерение давления и температуры в шинах с помощью комбинированного прибора HPM4 + PYR2-IR + STW

Сопутствующие товары

Оптический пирометр

— обзор

Оптические измерения температуры подложки

Одним из наиболее важных параметров роста при МЛЭ является температура подложки. Оптические пирометры часто используются для измерения температуры подложки во время роста. Пирометры обладают рядом преимуществ, одно из которых — относительно нечувствительность к геометрии измерения, что позволяет проводить измерения температуры на пластине или плите.К тому же они дешевы и в целом очень надежны. Однако есть некоторые проблемы при проведении пирометрических измерений температуры в MBE. Необходимо выбрать длину волны обнаружения, при которой подложки непрозрачны; следовательно, для многих приложений МЛЭ необходимо выбирать пирометр, который работает на более коротких длинах волн, чем это типично для промышленности пирометров. Обычно это приводит к необходимости увеличения размера пятна и невозможности выполнять измерения при более низких температурах.Кроме того, стандартные показания пирометра могут быть ошибочными из-за рассеянного света от таких элементов, как ионные датчики и источники эффузии. Наконец, стандартные оптические пирометры должны быть откалиброваны в системе MBE, и на калибровку может сильно повлиять нарост материала или покрытие смотрового окна пирометра.

В последние годы были разработаны альтернативы стандартному пирометру, и их популярность растет. Ряд компаний предлагают пирометры с коррекцией коэффициента излучения, в которых встроенный рефлектометр используется для измерения коэффициента излучения и повышения точности измерения температуры подложки.Обычно в рефлектометре используется светоизлучающий диод (LED) или лазер, работающий на длине волны, близкой к длине волны обнаружения пирометра, и отслеживается изменение оптической интенсивности отраженного (или прошедшего) сигнала для получения информации о росте тонкой пленки. Эти системы предлагают несколько потенциальных преимуществ, включая повышенную точность показаний температуры, измерение коэффициента излучения поверхности и возможность измерения скорости роста и толщины слоя на месте путем анализа сигнала отражательной способности.Однако есть и ряд проблем. Обычно эти системы требуют нормального падения на подложки и чувствительны к выравниванию. Следовательно, невозможно проводить измерения в разных точках стола, и на эти инструменты может значительно повлиять любое колебание подложки вокруг оси вращения. Рефлектометр в этих приборах также требует калибровки, на которую может сильно повлиять покрытие смотровых окон. Наконец, для некоторых из этих инструментов рефлектометр не имеет поправки на эффект рассеянного света, что приводит к очень большим ошибкам в вычислении температуры поверхности.Это особенно характерно для пирометров с коррекцией излучательной способности, которые были перепрофилированы из других приложений и специально не предназначены для решения уникальных задач в MBE.

Системы, основанные на спектроскопии диффузного отражения (DRS), такие как система BandiT, предлагаемая k-Space Associates, являются еще одной альтернативой стандартному пирометру и становятся все более популярными в последние годы (Farrer et al., 2007; Hoke et al. ., 2010; Ihlefeld et al., 2007; Sacks et al., 2005). Эти системы могут работать в режиме отражения, улавливая свет от эталонной лампы, который диффузно рассеивается от поверхности пластины, или в режиме пропускания, улавливая свет от нагревателя подложки, который проходит через подложку.Затем спектр собранного света анализируется для определения эффективной ширины запрещенной зоны подложки, которая затем используется для расчета температуры подложки. Среди преимуществ этого метода — то, что его не нужно калибровать в системе MBE; он довольно нечувствителен к геометрии камеры и колебаниям подложки при вращении, и на него практически не влияет нанесение покрытия на смотровые окна. Однако этот метод также имеет недостатки в том, что эти системы более дороги, чем пирометры или пирометры с коррекцией излучательной способности, и измерения DRS становятся очень трудными, когда осаждаемый эпитаксиальный слой имеет меньшую ширину запрещенной зоны, чем подложка, поскольку это затрудняет интерпретацию прибором ширины запрещенной зоны. .Как правило, последняя проблема может быть решена путем изменения метода анализа, используемого для собранного света. Как правило, для этого есть два варианта. Во-первых, эти инструменты также можно использовать в качестве пирометра, просто интегрируя спектральную интенсивность правильно выбранного узкого диапазона выше запрещенной зоны растущего образца. Во-вторых, можно определить как температуру, так и коэффициент излучения в реальном времени, подгоняя уравнение Планка к более широкому диапазону оптического спектра, также выше запрещенной зоны растущего образца.Подобная подгонка также может позволить оценить скорость роста и шероховатость поверхности в реальном времени.

Пирометры PYROSPOT — Для промышленности и исследований

Пирометры также называются радиационными термометрами или инфракрасными термометрами. PYROSPOT — это множество серий пирометров для бесконтактного точечного измерения температуры в диапазоне от –40 ° C до 3000 ° C. Наши серии пирометров различаются по диапазонам температур, интерфейсам, корпусам и, следовательно, по назначению.Аксессуары для коллектора позволяют индивидуально адаптировать его к применению и интегрировать в системные решения.

Чтобы свести к минимуму физически обусловленные ошибки измерения температуры из-за неточности коэффициента излучения, следует проводить измерения на короткой длине волны. Пожалуйста, прочтите эту статью для получения дополнительной информации.

Для измерений на объектах с изменяющимся или неизвестным коэффициентом излучения также подходят наши пирометры коэффициента излучения, которые входят в состав многих серий PYROSPOT. Наши волоконно-оптические пирометры особенно подходят для измерений в условиях высокой температуры окружающей среды или для измерений в труднодоступных местах.

Все стационарные пирометры DIAS имеют стандартный линейный температурный выход от 0/4 до 20 мА. В качестве цифровых интерфейсов доступны USB или RS-485, которые в любом случае гальванически изолированы. Интерфейс RS-485 использует Modbus RTU в качестве протокола данных. Пирометры с таким интерфейсом можно без проблем интегрировать в существующие шинные системы и системы управления технологическим процессом. Пирометры PYROSPOT с интерфейсом Ethernet позволяют подключаться к локальным сетям.

Обо всем: Обзорная брошюра пирометров PYROSPOT

PYROSPOT Series 4x — универсальные, компактные и прочные пирометры для промышленного применения

PYROSPOT Series 40 — универсальные двухпроводные пирометры с интерфейсом USB

PYROSPOT Series 42 — 2-проводная серия с регулировкой коэффициента излучения для начинающих пользователей

PYROSPOT Series 44 — пирометры с интерфейсом RS-485

PYROSPOT Series 47 — пирометры с интерфейсом Ethernet

PYROSPOT Series 4 — пирометры с небольшой отдельной сенсорной головкой

PYROSPOT Series 5x — высокоточные быстрые пирометры для промышленного применения

PYROSPOT Series 54 — Мощные пирометры с очень хорошим соотношением цены и качества

PYROSPOT Series 55 — Комфортные пирометры с фиксированной оптикой или вариооптикой с моторфокусом

Корпус из нержавеющей стали IP65 с дисплеем, клавишами, RS-485 и линейным выходом температуры
Другая фиксированная оптика или вариооптика с моторным фокусом
Лазерный прицел, встроенная видеокамера или прицел через объектив
Подробная информация о PYROSPOT Series 55

PYROSPOT Series 56 — Мощные пирометры с дисплеем и клавишами параметризации

PYROSPOT Series 1x — Высокоточные пирометры для промышленности и исследований

PYROSPOT Series 10 — быстрые пирометры с дисплеем, клавишами для параметризации и вариооптикой

PYROSPOT Series 11 — прочные и быстрые волоконно-оптические пирометры с дисплеем и клавишами управления

PYROSPOT Series 2x — Компактные пирометры с интерфейсом параметризации

PYROSPOT Series 25 — серия по выгодной цене для начинающих пользователей

PYROSPOT Series 3x — Пирометры с волоконной оптикой для стекольной промышленности

PYROSPOT Series 30/34 — термостойкие пирометры с отличным соотношением цены и качества

PYROSPOT Series 8x — переносные пирометры для тяжелой промышленности

PYROSPOT Series 80 — быстрые портативные пирометры с цветным TFT-дисплеем

Пирометры специальные PYROSPOT для промышленности и исследований

Многочисленные области применения

Наши цифровые пирометры — это радиационные термометры, которые обеспечивают бесконтактное измерение температуры от –40 ° C до 3000 ° C.Они прочные, высокоточные и обладают исключительной надежностью. В основном они используются в промышленных помещениях. Наши пирометры можно интегрировать везде, где важна температура в технологическом процессе. Благодаря множеству различных моделей покрывается большая область применения, например:

Как использовать портативные пирометры для измерения температуры расплавленного металла

Благодаря современным достижениям в термической технологии операторы литейного производства — от сталелитейных заводов до чугунолитейных заводов — теперь имеют широкий спектр доступных решений, когда дело доходит до измерения температуры расплавленных металлов.Точные данные о температуре жизненно важны для всего процесса расплавления металла — слишком высокие температуры могут повредить формы, а слишком низкие температуры могут привести к низкой текучести, что приведет к образованию пузырьков или полостей.

Использование точного инструмента для получения подробных показаний улучшит качество продукции, оптимизирует безопасность и сократит время простоя литейного производства. Поэтому большинство литейных заводов используют пирометр для точных измерений.

Хотя существует большое разнообразие типов и подтипов, пирометры обычно классифицируются как контактные и бесконтактные.У каждого из них есть свои подходящие варианты использования, и их эффективность должна быть оценена на основе наилучшего варианта использования.

Контактные пирометры и наконечники для термопар

Как следует из названия, контактные пирометры требуют контакта с измеряемым объектом для получения точных показаний. Контактные пирометры могут быть ручными и переносными или настенными и фиксированными.

Хотя существует несколько различных категорий датчиков, на большинстве литейных предприятий используются одно- или многоразовые термопары типа S или K из-за их низкой стоимости и широкого диапазона температур.

На термопары

во время использования могут влиять несколько внешних факторов, что приводит к менее точным показаниям. Температура окружающего воздуха, тепловая инерция, тепловая масса зонда, окисление поверхности и потеря тепла из-за теплопроводности — все это может привести к неоптимальным результатам.

Кроме того, повторное использование может привести к разрушению или окислению термопар. Однако из-за более низкой стоимости термопары часто являются предпочтительным выбором датчика. Проблемы, возникающие из-за многократного использования, могут быть устранены за счет использования ведущих в отрасли продуктов, которые являются одноразовыми, многоцелевыми и не разбрызгиваются, сохраняя при этом высокую эффективность.

Пользователи могут выбрать наконечник термопары, защищенный керамическим волокном и изоляцией из фольги, подходящий для больших печей, литейных цехов и широкого спектра расплавленных металлов — железа, стали, меди, бронзы и алюминия. Для небольших печей и ковшей из бесшлакового металла лучше всего подходят высококачественные наконечники термопар, защищенные кварцевой трубкой. Поскольку в расплавленный металл погружается только кварцевая трубка, дополнительная изоляция не требуется.

Примеры использования: контактные пирометры vs.Бесконтактный

Инфракрасные (также известные как бесконтактные) пирометры измеряют количество инфракрасного излучения, исходящего от объекта, и определяют температуру, измеряя амплитуду инфракрасного излучения.

В зависимости от конкретных случаев использования контактный пирометр часто оказывается лучшим выбором по сравнению с бесконтактным инфракрасным пирометром.

Оба типа пирометров развернуты в нескольких вариантах использования на литейном производстве: отливки, прокатные станы, термическая обработка, заготовки, штампы / формы, пруток / листы и листовой металл — и это лишь некоторые из них.

Чтобы правильно определить наиболее подходящий тип пирометра для литейного производства, примите во внимание следующие факторы: диапазон температур объекта, тип / материал металла, размер, расстояние, шлак или газовые помехи, а также температуру окружающей среды.

Как только эти факторы будут «учтены», быстро станет очевидно, какой тип пирометра необходим для рассматриваемого литейного или сталелитейного производства. Хотя инфракрасные пирометры хорошо подходят для измерения температуры движущихся частей и / или твердых материалов, они измеряют только температуру поверхности.Контактный пирометр можно окунуть в расплавленный металл, таким образом получая более глубокие данные и избегая поверхностного воздействия шлака или других факторов.

В таком случае контактный пирометр может более точно измерять металлургические температуры. Заливка при правильной температуре обеспечивает оптимальную текучесть и наполнение, сводя к минимуму усадку и связанные с ней дефекты. Контактный пирометр может производить точные измерения температуры точно в момент начала разливки из ковша без помех от шлака, пламени или капель расплава.

При заливке расплавленного металла в форму первостепенное значение имеет тщательный контроль температуры, который необходимо поддерживать в различных местах литейного цеха во время процесса. При правильном использовании пирометр улучшит то, как оператор литейного цеха оценивает внешнюю оболочку ковша. Это предотвратит прорыв расплавленного металла через огнеупорную футеровку.

Ручные пирометры: использование и преимущества

Поскольку литейным предприятиям требуется измерение температуры в разных физических точках завода (для обеспечения качества), портативный цифровой пирометр предлагает множество преимуществ по сравнению с настенными / стационарными изделиями.

В цифровых пирометрах

используется микропроцессор, который анализирует значения и определяет точную температуру источника расплавленного металла. Использование метода обнаружения плоского плато сокращает такие проблемы, как перепад температур шлака, горячие точки печи или кратковременные электрические всплески.

Когда термопара погружается в расплавленный металл, микропроцессор получает сигнал в милливольте от термопары и математически преобразует его для получения показания температуры. Индикаторы (светодиоды) на передней панели сигнализируют и издают звуковой сигнал, когда отображается правильное значение.Весь процесс занимает от 3 до 5 секунд, после чего наконечник термопары можно вынуть. Благодаря мощному микропроцессору точность обычно составляет ± 3 ° F от 400 ° F до 3300 ° F (± 2 ° C от 205 ° C до 1815 ° C).

При использовании с датчиком K-типа цифровой пирометр измеряет более низкие температуры и может включать режимы Peak Hold / Track. Цифровые пирометры также могут использоваться с наконечниками термопар, то есть одноразовыми датчиками температуры в картонных тубах.

Таким образом, цифровые пирометры широко используются на литейных предприятиях черной металлургии и сталелитейных заводах и обычно доступны как портативные или настенные устройства.Они могут регистрировать пиковую температуру менее чем за пять секунд и могут использоваться с расплавленной сталью, бронзой, чугуном, алюминиевыми сплавами, медью, золотом, латунью и серебром, если оснащены переносным наконечником и подходящим наконечником термопары.

Чтобы получить дополнительную информацию о пирометрах и других распространенных инструментах для сталелитейных и литейных заводов, подпишитесь на наш блог!

Инфракрасные пирометры

«Пирометр» происходит от греческого корня «пиро», что означает «огонь». Термин пирометр первоначально использовался для обозначения устройства, способного измерять температуру объектов, превышающих уровень накала, объектов, ярких для человеческого глаза.Первоначальные инфракрасные пирометры были бесконтактными оптическими устройствами, которые улавливали и оценивали видимое излучение, испускаемое светящимися объектами.

Современное и более правильное определение — это любое бесконтактное устройство, улавливающее и измеряющее тепловое излучение, испускаемое объектом, для определения температуры поверхности. Термометр, также от греческого корня термос, что означает горячий, используется для описания широкого ассортимента устройств, используемых для измерения температуры. Таким образом, пирометр — это разновидность инфракрасного термометра.Обозначение радиационного термометра эволюционировало за последнее десятилетие как альтернатива оптическому пирометру. Поэтому термины инфракрасный пирометр и радиационный термометр используются как синонимы во многих ссылках.

Проще говоря, радиационный термометр состоит из оптической системы и детектора. Оптическая система фокусирует энергию, излучаемую объектом, на детектор, чувствительный к излучению. Выходной сигнал детектора пропорционален количеству энергии, излучаемой целевым объектом (за вычетом количества, поглощаемого оптической системой), и отклику детектора на определенные длины волн излучения.Эти выходные данные можно использовать для определения температуры объектов. Излучательная способность или эмиттанс объекта является важной переменной при преобразовании выходного сигнала детектора в точный температурный сигнал.
Инфракрасные оптические пирометры, специально измеряющие энергию, излучаемую объектом в диапазоне длин волн от 0,7 до 20 микрон, являются подмножеством радиационных термометров. Эти устройства могут измерять это излучение на расстоянии. Нет необходимости в прямом контакте между радиационным термометром и объектом, как в случае с термопарами и резистивными датчиками температуры (RTD).Радиационные пирометры особенно подходят для измерения движущихся объектов или любых поверхностей, к которым нельзя дотянуться или к которым нельзя прикасаться.
Но преимущества радиационной термометрии имеют свою цену. Даже самые простые устройства дороже, чем сборка стандартной термопары или резистивного датчика температуры (RTD), а стоимость установки может превышать стоимость стандартной защитной гильзы. Устройства имеют прочную конструкцию, но требуют регулярного обслуживания, чтобы не допускать попадания на траекторию визирования и поддерживать чистоту оптических элементов.Системы пирометров, используемые для более сложных приложений, могут иметь более сложную оптику, возможно, вращающиеся или движущиеся части, а также электронику на основе микропроцессора. Для радиационных термометров не существует принятых в отрасли калибровочных кривых, как для термопар и RTD. Кроме того, пользователю может потребоваться серьезно изучить приложение, чтобы выбрать оптимальную технологию, метод установки и компенсацию, необходимую для измеряемого сигнала, для достижения желаемых характеристик.

Что такое коэффициент излучения, коэффициент излучения и коэффициент N?

В предыдущей главе эмиттанс был определен как критический параметр для точного преобразования выходного сигнала детектора, используемого в радиационном термометре, в значение, представляющее температуру объекта.
Термины излучательная способность и излучательная способность часто используются как синонимы. Однако есть техническое различие. Коэффициент излучения относится к свойствам материала; излучение к свойствам конкретного объекта. В этом последнем смысле излучательная способность является лишь одним из компонентов при определении эмиттанса. Необходимо учитывать другие факторы, в том числе форму объекта, окисление и качество поверхности.
Кажущийся коэффициент излучения материала также зависит от температуры, при которой он определяется, и длины волны, на которой проводится измерение.Состояние поверхности влияет на значение светового потока объекта, с более низкими значениями для полированных поверхностей и более высокими значениями для шероховатых или матовых поверхностей. Кроме того, по мере окисления материалов эмиттанс имеет тенденцию к увеличению, а зависимость состояния поверхности уменьшается. Типичные значения излучательной способности для ряда обычных металлов и неметаллов при различных температурах приведены в таблицах, начиная со стр. 72.

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ВЫХОДА РАДИАЦИОННОГО ТЕРМОМЕТРА:

V (T) = e K TN
Где:

e = излучательная способность
В (Т) = выход термометра с температурой
K = постоянная
T = температура объекта
N = коэффициент N (= 14388 / (lT))
l = эквивалентная длина волны

Следует выбрать радиационный термометр с наивысшим значением N (минимально возможной эквивалентной длиной волны), чтобы получить наименьшую зависимость от изменений эмиттанса цели.Преимущества устройства с высоким значением N распространяются на любой параметр, влияющий на выходной сигнал V. Загрязнение оптической системы или поглощение энергии газами на пути прицеливания оказывает меньшее влияние на указанную температуру, если N имеет высокое значение. .
Значения поверхностной излучательной способности почти всех веществ известны и опубликованы в справочной литературе.

Однако коэффициент излучения, определенный в лабораторных условиях, редко согласуется с фактическим коэффициентом излучения объекта в реальных условиях эксплуатации.По этой причине можно использовать опубликованные данные об излучательной способности при высоких значениях.
Как показывает практика, большинство непрозрачных неметаллических материалов имеют высокий и стабильный коэффициент излучения (от 0,85 до 0,90). Большинство неокисленных металлических материалов имеют коэффициент излучения от низкого до среднего (от 0,2 до 0,5). Исключение составляют золото, серебро и алюминий со значениями коэффициента излучения от 0,02 до 0,04. Температуру этих металлов очень трудно измерить радиационным термометром.
Одним из способов экспериментального определения коэффициента излучения поверхности является сравнение измерения радиационным термометром цели с одновременным измерением, полученным с помощью термопары или RTD.Разница в показаниях связана с коэффициентом излучения, который, конечно, меньше единицы. Для температур до 500 ° F (260 ° C) значения коэффициента излучения можно определить экспериментально, наклеив кусок черной малярной ленты на целевую поверхность. С помощью радиационного пирометра, установленного на коэффициент излучения 0,95, измерьте температуру поверхности ленты (дайте ей время для достижения теплового равновесия). Затем измерьте температуру целевой поверхности без ленты. Разница в показаниях определяет фактическое значение целевой излучательной способности.
Многие инструменты теперь имеют откалиброванные настройки коэффициента излучения. Регулировка может быть установлена на значение коэффициента излучения, определенное из таблиц или экспериментально, как описано в предыдущем абзаце. Для наивысшей точности может потребоваться независимое определение коэффициента излучения в лаборатории на длине волны, на которой измеряет термометр, и, возможно, при ожидаемой температуре объекта.

Значения коэффициента излучения в таблицах были определены пирометром, установленным перпендикулярно цели.Если фактический угол визирования составляет более 30-40 градусов от нормали к цели, может потребоваться лабораторное измерение излучательной способности.
Кроме того, если радиационный пирометр смотрит через окно, должна быть предусмотрена поправка на коэффициент излучения для энергии, потерянной при отражении от двух поверхностей окна, а также на поглощение в окне. Например, около 4% излучения отражается от стеклянных поверхностей в инфракрасном диапазоне, поэтому эффективное пропускание составляет 0,92. Потери через другие материалы можно определить по показателю преломления материала на длине волны измерения.
Неопределенности, касающиеся эмиттанса, можно уменьшить с помощью коротковолновых или относительных радиационных термометров. Короткие волны, около 0,7 микрона, полезны, потому что усиление сигнала в этой области велико. Более высокий выходной отклик на коротких волнах имеет тенденцию подавлять эффекты изменений эмиттанса. Высокое усиление излучаемой энергии также имеет тенденцию подавлять эффекты поглощения пара, пыли или водяного пара на пути прицеливания к цели. Например, установка длины волны в таком диапазоне приведет к тому, что датчик будет показывать в пределах от +/- 5 до +/- 10 градусов абсолютной температуры, когда коэффициент излучения материала равен 0.9 (+/- 0,05). Это соответствует точности от 1% до 2%.

Информация о продукте

Концентратор пирометра с сенсорным экраном, до шести датчиков температуры

Главная>
Продукция> Пирометр с сенсорным экраном для подключения до шести датчиков температуры

Датчики

9 июля 2014 г.

Шивон О’Горман

Компания Calex выпустила концентратор для пирометров с сенсорным экраном.PM180 обеспечивает измерение температуры, настройку, отображение аварийных сигналов и регистрацию данных для шести бесконтактных инфракрасных датчиков температуры и может быть подключен к другим модулям PM180 как часть более крупной системы. Датчики подключаются через интерфейс RS485 Modbus, а защищенный паролем интерфейс сенсорного экрана PM180 позволяет полностью настроить каждый датчик.

На дисплее концентратора пирометра с подсветкой отображаются все шесть измеренных температур одновременно, а фон каждой температуры становится красным в состоянии тревоги.Дополнительные модули вывода также имеют реле аварийной сигнализации и аналоговые (по току или напряжению) выходы. Каждый выход можно индивидуально настроить с помощью сенсорного экрана. Кроме того, данные могут быть импортированы из концентратора в программное обеспечение для работы с электронными таблицами, такое как Excel. он записывается на карту MicroSD в формате .csv.

Сенсорный экран протестирован в соответствии с промышленными стандартами на электромагнитную совместимость, имеет маркировку CE и соответствует требованиям RoHS. Он также совместим со всеми моделями датчиков серии PyroBus, а также всеми моделями Modbus серии PyroMini.

Устройства для измерения температуры: датчики, термометры, термопары, пирометры

Пирометрические датчики

Температура высоковольтных соединений. Техника контроля от «ТестЭлектро»

Бесконтактные измерители температуры | ХАРЬКОВ-ПРИБОР

Бесконтактные измерители температуры

Тепловизоры

По способу отображения информации эти приборы бывают:

Пирометры

По методу обработки информации пирометрические детекторы разделяют на:

НПФ «ХАРЬКОВ-ПРИБОР» предлагает купить пирометры и тепловизоры по выгодным ценам

пирометры, радиационные термометры, термометры излучения

Содержание

Введение

Два основных метода пирометрии

Спектр электромагнитного излучения

Монохроматические яркостные пирометры

Оптическое разрешение

Излучательная способность (коэффициент излучения)

Спектральный диапазон пирометра. Эффективная длина волны

Пирометры спектрального отношения

Датчики и сенсоры онлайн журнал

Датчики контроля ЧС, метеодатчики

Датчики собственного производства

Датчики, способные зафиксировать ЧС

Подключение датчиков к станциям мониторинга ЧС

Высокотемпературные инфракрасные пирометры Endurance®

Измерьте температуру шин с помощью инфракрасного пирометра

— обзор

Оптические измерения температуры подложки

Пирометры PYROSPOT — Для промышленности и исследований

PYROSPOT Series 4x — универсальные, компактные и прочные пирометры для промышленного применения

PYROSPOT Series 5x — высокоточные быстрые пирометры для промышленного применения

PYROSPOT Series 1x — Высокоточные пирометры для промышленности и исследований

PYROSPOT Series 2x — Компактные пирометры с интерфейсом параметризации

PYROSPOT Series 3x — Пирометры с волоконной оптикой для стекольной промышленности

PYROSPOT Series 8x — переносные пирометры для тяжелой промышленности

Пирометры специальные PYROSPOT для промышленности и исследований

Многочисленные области применения

Как использовать портативные пирометры для измерения температуры расплавленного металла

Контактные пирометры и наконечники для термопар

Примеры использования: контактные пирометры vs.Бесконтактный

Ручные пирометры: использование и преимущества

Инфракрасные пирометры

Концентратор пирометра с сенсорным экраном, до шести датчиков температуры

alexxlab

Вам также может понравиться

Нейтроны водорода: Водород — Hydrogen — qaz.wiki

Сколько стоит газ в москве: Цены и тарифы, действующие в 2022 году

Добавить комментарий Отменить ответ