Energy
education

сайт для тех, кто хочет изучать энергетику

Метрология и автоматизация

Microsoft Excel

Измерение температуры

Температура — скалярная физическая величина, примерно характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.

6. Пирометры и тепловизоры

Хотя инфракрасные датчики температуры сравнительно недавно начали использоваться в промышленности, тем не менее они находят все более широкое применение для измерения температуры, так как они удобны и дают точные показания. Как и другие приборы для измерения температуры, о которых мы говорили ранее, ПК-датчики используют электричество в качестве основы для измерений.

В природе все объекты излучают волны в зоне инфракрасного спектра в зависимости от их температуры. Инфракрасное излучение невидимо и располагается как раз за участком красного света электромагнитного спектра. ИК-температурный датчик обнаруживает излучение и преобразует показания в температурные Проще говоря, ИК-датчик аккумулирует радиацию и преобразует ее в электрический сигнал. Электрический сигнал, в свою очередь обрабатывается и отображается в виде числа, показывающего количество градусов (Фаренгейта или Цельсия).

Пирометр.
Пирометр.

На следующем рисунке дано упрощенное изображение ИК датчика и горячего объекта Основными частями инфракрасного устройства являются: линза, ИК-приемник, и дисплей температурных показаний. Инфракрасное излучение, идущее от горячего объекта фокусируется линзой и подается на ИК-приемник.

ИК-температурный датчик и горячий объект.
ИК-температурный датчик и горячий объект.

ИК-приемник ИК-температурного датчика может представлять собой полупроводниковый материал, термопару или термобатарею. Термобатарея представляет собой группу термопар, соединенных вместе последовательно.

Схематичное изображение термобатареи.
Схематичное изображение термобатареи.

Когда ИК-приемник температурного датчика нагревается, то генерируется напряжение(имеется ввиду, что это термопара или термобатарея) или меняется сопротивление (если речь идет о полупроводниковом материале). Изменение величины напряжения и сопротивления затем преобразуется в соответствующие температурные показания и отображаются на шкале прибора. Если температура объекта уменьшается, то его инфракрасное излучение уменьшается и в данном случае меняющаяся величина сигнала сопротивления и напряжения, посылаемого в приемник будет отображена на шкале как уменьшение температуры.

ИК-темпераурный обычно называется инфракрасным пистолетом. Для того, чтобы определить температуру объекта прибор направляется на объект и нажимается спусковой механизм. Показания температуры отображаются на дисплее прибора.

Расстояние между прибором и объектом, чья температура измеряется, не влияет на точность показаний. Однако прибор должен использоваться для диапазона, указанного изготовителем. Кроме того, чем больше расстояние между прибором и объектом, тем большая площадь зондировалась.

Некоторые инфракрасные пистолеты имеют спусковые механизмы с двумя положениями. В первом положении спусковой крючок останавливается на пол-пути, и такое положение служит для сканирования поверхности или участка, где имеетя неоднородность нагрева. В этом положени показания на дисплее меняются в зависимости от количества обнаруженных неоднородных участков. Это положение используется для определения приблизительной температуры объектов. Второе положение спускового механизма - это когда крючок полностью утоплен. Это положение используется для обнаружения объекта с наивысшей температурой, если объектов несколько. Когда крючок находится в этом положении, то показания на дисплее перестанут меняться, как только будет обнаружен объект с наивысшей температурой. Это положение называется "положение удержания наивысшего показания".

Другой особенностью инфракрасных пистолетов является наличие переключателя коэффициента излучения. Переключатель коэффициента излучения компенсирует отраженное излучение, которое может повлиять на точность температурных показаний. Объекты отражают инфракрасное излучение, идущее от других объектов помимо собственного инфракрасного излучения. Однако отраженное инфракрасное излучение не является показателем истинной температуры объекта, а ИК-приемник не может отличить излучаемые волны от отраженных, пока вы не настроите переключатель коэффициента излучения на объект, чья температура измеряется. Большинство производителей ИК-температурных датчиков поставляют в комплекте с прибором таблицы, где указаны коэффициенты излучения для наиболее часто измеряемых поверхностей.

Пирометр — прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.

С развитием полупроводниковой техники и появлением фотодиодных ячеек ПЗС, позволяющих хранить принятый световой сигнал, стало возможным создание современных тепловизоров на основе матрицы ПЗС датчиков. Данный принцип построения изображений позволил создать портативные устройства, с высокой скоростью обработки информации, которые позволяют вести контроль за изменением температур в режиме реального времени.

Наиболее перспективным направлением развития современных тепловизоров является применение технологии неохлаждаемых болометров, основанной на сверхточном определении изменения сопротивления тонких пластинок, под действием теплового излучения всего спектрального диапазона. Данная технология активно применяется во всем мире для создания тепловизоров нового поколения, отвечающих самым высоким требованиям.

Тепловизор.
Тепловизор.

Тепловизор — устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее (или в памяти) тепловизора как цветовое поле, где определённой температуре соответствует определённый цвет. Как правило, на дисплее отображается диапазон температуры видимой в объектив поверхности.