Для чего нужен пирометр
Современное инженерное устройство для определения температуры любого предмета, основывающееся на инфракрасном датчике, называется пирометром https://odinelectric.ru/knowledgebase/dlja-chego-nuzhen-pirometr.
Вы можете почувствовать огонь на некотором расстоянии, потому что он испускает тепловое излучение во всех направлениях. Теоретически, если огонь ведёт себя в точности в соответствии с законами физики, создаваемое им излучение очень предсказуемо связано с его температурой. Так что, если вы можете измерить длину волны излучения, вы сможете точно измерить температуру, даже если вы стоите вдали. Это теория пирометра: очень точный вид термометра, который измеряет температуру чего-либо по тепловому излучению, которое он испускает на безопасном расстоянии (в некоторых пирометрах) до 30 м (100 футов).
Существует два основных типа пирометров: оптические пирометры, с помощью которых вы смотрите на источник тепла через мини-телескоп и производите измерения вручную, и электронные, цифровые пирометры (также называемые инфракрасными термометрами), которые измеряют полностью автоматически. Некоторые устройства, описываемые как пирометры, на самом деле должны касаться горячего объекта, который они измеряют. Строго говоря, подобные приборы на самом деле представляют собой просто высокотемпературные термометры на основе термопар. Поскольку они не измеряют температуру на расстоянии, на самом деле они вообще не пирометры.
Пока микрочипы и компактное электронное оборудование не стали популярными в 1980-х годах, ручной оптический пирометр был тем, что вы использовали, если хотели измерить температуру чего-то чрезвычайно горячего и относительно недоступного, например, внутри стальной печи или печи для обжига гончарных изделий. Это измеряли температуру, на безопасном расстоянии, сравнивая Радиационный горячий объект , полученный с излучением , создаваемого горячей нити (тонкий провод , через который течет электричество, как и провода в старомодной лампы накаливания лампочки, которая светится белым когда становится жарко).
Как работает ручной пирометр? Вы смотрите в телескопокуляр через красный фильтр (для защиты глаз) на объекте, который вы измеряете (обычно через глазок, установленный в обжиговой печи, или через фюйер в печи – сопло, в которое вдувается воздух). Вы видите тускло-красное свечение горячего объекта с линией более яркого света от нити накала, проходящей через него и наложенной сверху. Вы поворачиваете ручку сбоку пирометра, чтобы отрегулировать электрический ток, проходящий через нить накала. Это делает нить немного горячее или холоднее и изменяет излучаемый ею свет. Когда нить накала имеет ту же температуру, что и измеряемый вами горячий объект, она фактически исчезает, потому что излучаемое ею излучение имеет тот же цвет. В этот момент вы перестаете смотреть в окуляр и считываете температуру на измерителе.
На фото: ученый НАСА использует оптический пирометр для измерения температуры конуса ракеты в эксперименте 1956 года. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC). Работа: Как это работает: 1) Посмотрите в окуляр на горячий объект; 2) Поверните колесико для регулировки температуры нити накала; 3) При изменении температуры светящаяся красная нить медленно сливается с оранжевым фоном; 4) В этот момент нить накала настолько же горячая, что и объект, который вы измеряете, и вы можете определить ее температуру по шкале.
Подобные инструменты известны как оптические пирометры с исчезающей нитью накала и были изобретены в конце 19 века Эвереттом Ф. Морсом. Точные и удобные, они позволяют легко измерять температуру выше 3000 ° C (5400 ° F) на безопасном расстоянии. Но, с другой стороны, они могут быть дорогими, должны быть правильно откалиброваны, требуют определенных навыков для использования и зависят от окружающей (фоновой) температуры.
Фото: Оптические пирометры практически не изменились. Вот оригинальный пирометр Эверетта Ф. Морса, как он объяснил его в своем патенте на «Прибор для измерения температуры нагретых веществ» (номер патента 696916) от 1902 года. В этой конструкции вы смотрите через трубку (3) на источник тепла. вы хотите измерить. С помощью шкалы (7), прикрепленной к переменному резистору (6), вы регулируете световую нить до тех пор, пока она не исчезнет на фоне излучения. В этот момент вы считываете температуру на измерителе (9). Изображение из патента США № 696 916: Устройство для измерения температуры нагретых веществ любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.
В наши дни инженеры и ученые чаще используют полностью автоматические цифровые пирометры. которые работают быстрее и проще, и используют два разных типа детекторов. Некоторые измеряют тепло путем поглощения света , поэтому они, по сути, детекторы света: светочувствительные фотоэлементы на основе полупроводников , немного похожие на крошечные солнечные элементы , но с установленными спереди фильтрами, поэтому они реагируют только на определенный диапазон видимого, инфракрасного и или ультрафиолетовое излучение. Измеряя излучение далеко за пределами видимого спектра, подобные детекторы могут измерять больший диапазон температур, чем старые ручные пирометры. В других пирометрах используются детекторы, измеряющие тепло за счет поглощения тепла., используя такие вещи, как термопары и кремниевые термобатареи (наборы термопар) или термисторы (термочувствительные резисторы ).
Фото: измерение температуры потолочной системы вентиляции с помощью портативного цифрового пирометра. Красное пятно, которое вы видите, – это прицельное устройство, которое помогает оператору точно установить пирометр. Фото Ламела Дж. Хинтона любезно предоставлено ВМС США .
Современные пирометры бывают разных типов и конструкций. Некоторые устройства измеряют полный спектр испускаемого излучения, поэтому их называют пирометрами полного излучения или широкополосными пирометрами; они, как правило, используют датчики на основе тепла, такие как термобатареи. Как следует из названия, узкополосныйпирометры улавливают гораздо меньшую и более конкретную полосу излучения, обычно с использованием фотоэлементов. Выбор диапазона излучения зависит от температуры (и материалов), которые вы пытаетесь измерить (например, горячие сплавы в турбинах реактивных двигателей будут сильно отличаться от заводских режущих инструментов, которые снова будут отличаться от чего-то вроде температуры на химическом заводе, а также отличные от естественных, таких как дымящиеся гейзеры и извергающиеся вулканы). В то время как некоторые пирометры измеряют одну полосу излучения, другие могут производить более точные измерения, сравнивая два диапазона волн (другими словами, два разных спектральных «цвета»); их называют пропорциональными пирометрами или двухцветными пирометрами .
Некоторые пирометры предназначены для быстрых одноразовых измерений, поэтому они имеют форму пистолета, со встроенными детекторами, усилителями сигнала , источниками питания и измерителями температуры. Вы наводите их на объект, который хотите измерить, и нажимаете на спусковой крючок.
Многие производственные процессы зависят от постоянного и точного измерения и контроля температуры. Для такого рода приложений портативные «пистолетные» пирометры не подходят. Вместо этого оптические волокна (или аналогичные световоды), постоянно подключенные к любой машине или процессу, который они контролируют, используются для сбора излучения из горячей зоны и передачи его на удаленный детектор, обычно подключенный к какой-то электронной системе управления, которая автоматически регулирует общий процесс.
Инфракрасные термометры обычно работают, отбирая две разные длины волн от горячего объекта и сравнивая их. В одной общей конструкции излучение образца проходит через линзу на передней панели пирометра и оптического прерывателя (вращающийся диск с чередующимися секциями, содержащими различные оптические фильтры, приводимые в действие электродвигателем ). Это прерывает луч десятки раз в секунду, поэтому детектор поочередно принимает две разные длины волн (то есть цвета) от одного и того же образца. Электронная схема, подключенная к детектору, может точно определить температуру объекта, который вы пытаетесь измерить, используя закон Планка (математическая формула, которая показывает, как излучение, испускаемое объектом, связано с его температурой).
Другие инфракрасные термометры, подобные показанному здесь, сравнивают тепловое излучение от объекта, температуру которого вы пытаетесь измерить, с излучением, создаваемым внутренним источником тепла (температура которого точно известна), или уровнем фона инфракрасного излучения внутри пирометра. кожух.
Работа: Как работает инфракрасный термометр. В этом случае используется простое наклонное зеркало для сравнения эталонного источника тепла внутри корпуса с горячим объектом снаружи. Он основан на конструкции, описанной в патенте США: 4 005 605: Инфракрасный термометр с дистанционным считыванием, созданный Дональдом С. Майклом, Mikron Instrument Company.
Поищите в интернет-магазинах, и вы найдете множество похвал инфракрасным термометрам: мы, кажется, используем их для всего, от проверки теплопроводящих зданий до наблюдения за процессом приготовления пищи. В разделах вопросов и ответов на подобных сайтах люди часто спрашивают, достаточно ли точны инфракрасные термометры для медицинских целей, и здесь, безусловно, возникают некоторые споры.
Обзор некоторых 44 опубликованных исследований сообщается в журнале The Lancet в 2002 году сделал вывод , что «инфракрасное ухо термометрия не показывает достаточное соглашения с установленным методом [ректального] измерения температуры для использования в ситуациях , когда потребность температуры тела должны быть измерена с точностью.»
В исследовании 2007 года, опубликованном The New York Times, Доктора предупреждают об использовании инфракрасных термометров , также отмечена обеспокоенность, выраженная, в частности, спортивными врачами, что инфракрасные устройства обычно дают более низкие температуры, чем ректальные термометры, что может привести к неспособности определить потенциально опасные для жизни состояния. как тепловой удар у спортсменов.
Некоторые другие исследования были более позитивными, в том числе подробный канадский обзор 2014 г. , в котором указывалось, что «в зависимости от контекста … объема измерений, которые необходимо провести, и возраста человека, которого необходимо измерить, может быть необходимо использовать инфракрасные термометры предпочтительнее более точных и / или более инвазивных термометров “. Теоретически они полезны для детей и других людей, которым трудно сидеть на месте достаточно долго для обычного измерения температуры (обычно около минуты); их не нужно стерилизовать, если нет контакта; и они позволяют сканировать большое количество людей за короткое время (например, в рамках проверки на лихорадку в аэропорту).
Однако в систематическом обзоре, опубликованном китайскими педиатрами в 2014 году, было обнаружено, что «инфракрасная ушная термометрия имеет много преимуществ, но ее точность остается серьезной проблемой», и сделан вывод: «Точность инфракрасной ушной термометрии у детей низкая, и она не может заменить ректальную термометрию в клиническая практика детей ».
Короткий ответ, кажется, заключается в том, что инфракрасные термометры очень полезны в некоторых ситуациях, в то время как обычные термометры лучше в других; Тем не менее, по инфракрасным методам остаются серьезные вопросы.
