Поиск на сайте
Тел.: 8 (495) 504-2678, 8 (496) 610-13-44, 8 (496) 610-13-43 Тел./факс: 8 (496) 610-13-43 E-mail: enef@enef.ru



Rambler's Top100

Яндекс цитирования



Пирометры. Принцип действия.

Всем известно, что в повседневной жизни все тела излучают электромагнитные волны, т.е. излучают тепло, в зависимости от их температуры. В процессе теплового излучения энергия перемещается, что позволяет измерять температуру тела на расстоянии.

Тепловая энергия и характеристики длины волны ее излучения напрямую зависит от температуры тела, излучающего данную энергию.

В идеале, объект измерения поглощает всю энергию (поглощение) и превращает ее в свое собственное тепловое излучение (излучение). В данном случае мы ссылаемся на так называемый "Излучатель черного тела". Данное тело является эталоном для идеального измерения, хотя на обычные тела влияют дополнительные виды излучения. Поэтому, для того чтобы достичь наиболее приемлемых результатов на практике с использованием инфракрасных измерительных систем, необходимо точно определить источники влияния, излучения и передачи энергии или устранить влияние излучения на объекты измерения.

Это можно сделать с помощью эталонных измерений, используя контактные термометры или благодаря какому-либо изменению поверхности, чтобы наиболее эффективно применить инфракрасную технологию. Возможно, например, покрасить поверхность измерении или использовать катализатор или клей, пластиковое покрытие или бумажные наклейки

То насколько точным и эффективным будет измерение зависит от объекта измерения и окружающей среды. Специально для этого мы подготовили в данной публикации классификацию случаев применения приборов согласно объектам измерений и типам их поверхностей.

Преимущества технологии измерения с помощью пирометров.

В последние несколько лет мы наблюдаем всплеск применения измерительных систем на основе пирометров. Следующие факторы несомненно играют важную роль в этом развитии.

1. Технология инфракрасного измерения обеспечивает легкую регистрацию температурных данных даже при быстрых и динамичных процессах. К тому же бесспорным преимуществом технологии является малое время реакции сенсоров и систем.

2. Системы снабжены надежными современными сенсорами и улучшенной электроникой микропроцессоров.

3. Благодаря отсутствию обратной связи, т.е. влияния на объект измерения, измерения могут проводиться на чувствительных поверхностях и стерильных продуктах, также как и на опасных участках объектов или в труднодоступных местах.

4. Еще одним из немаловажных аспектов этого, в дополнение к техническим преимуществам, является доступность и ценовая политика, направленная на потребителя, благодаря оптимизации производства, специализирующегося на изготовлении большого количества приборов.

Пирометры в основном используются:

На объектах слабой теплопроводности, таких как керамика, резина, пластик и т.д.

Сенсор прибора для контактного измерения способен отображать корректные показания температуры, если он принимает температуру объекта измерения. В случае с измеренном объектов слабой теплопроводимости время реакции очень большое.

для определения температуры поверхностей двигателей, корпусов и несущих компонентов больших и малых моторов.

для движущихся компонентов, например, на движущемся конвейере, вращающихся колесах, металлопрокатных станках и т.п.

для объектов, требующих бесконтактного измерения, например свежевыкрашенные части, стерильные или агрессивные среды.

для измерений малых и больших объектов при выборе различной оптики(линз).

для объектов под напряжением, например, электрических компонентах, электрических шинах, трансформаторах и т.п.

для малых и легких компонентов, например, компонентах и всех объектах измерения, из которых контактный зонд извлечет слишком много тепловой энергии, таким образом сделает измерение невозможным.

Немного истории...

1800 - Гершель открыл ИК-спектр посредством экспериментов с жидким термометром с ИК абсорбирующем шариком.

1900 - Открыты законы излучения Планка

1938 - Издана книга, "Оптическая пирометрия" (применение техники измерения)

Измерение очень высоких температур было прерогативой термометров излучения вплоть до 1960-х годов. После этого, однако, были разработаны различные типы ресиверов излучения, также чувствительных к излучению с длиной волны более 5мкм и, поэтому, способными к точным и надежным измерениям температуры даже тех объектов, температура которых намного ниже температуры замерзания воды.

Объяснение действия пирометра.

Свет является электромагнитной волной, которая излучается по прямой линии со скоростью света. Согласно частоте или ее эквиваленту - длине волны она всегда подчинена фундаментальному закону природы, но воспринимается людьми абсолютно по другому. Существует восприятие света или тепла, другие же виды излучений, такие как рентгеновское излучение не воспринимается вообще или воспринимается посредством оказанного воздействия на людей (напр., ультрафиолетовое излучение приводит к загару). Спектр электромагнитного излучения распространяется примерно на длину 23 в десятой степени.

Свет, главным образом, является только видимой частью электромагнитного излучения, которая называется видимая, и существует в диапазоне длины волны от 380 нм (фиолетовый) до 750 нм (красный). Пределы данного диапазона определяются чувствительностью человеческого глаза.

Излучение с меньшей длиной волны называется ультрафиолетовым излучением, которое при длине волны меньше 200 нм также известно как вакуумный ультрафиолет.

В диапазоне большой длины волны, ближняя ИК-область спектра граничит с видимым светом. Ее диапазон от 750 нм до 2.5 мкм. Затем следует средняя ИК-область спектра (собственно ИК). Она существует в диапазоне от 2.5 мкм до 25 мкм. Дальняя ИК- область спектра существует в диапазоне длины волны от 25 мкм до 3 мм.

Окна атмосферы:

Что такое окна атмосферы и зачем проводить измерения в этих областях?

1 -ое окно атмосферы 2 мкм - 2.5 мкм

2-ое окно атмосферы 3.5 мкм - 4.2 мкм

3-е окно атмосферы 8 мкм - 14 мкм

В диапазоне так называемых окон атмосферы не существует или почти не существует поглощения или излучения электромагнитного излучения воздухом между объектом измерения и измерительным прибором. Таким образом, на расстоянии менее 1 м от объекта измерения газы, обычно содержащиеся в воздухе, не оказывают никакого воздействия на объект.

Наиболее подходящими диапазонами спектра, например для измерений температур >1000 °С, являются видимая или ближайшая ИК-область спектра, для измерений средних температур -диапазоны спектра от 2 до 2.5 мкм и от 3.5 до 4.2 мкм. В данных случаях степень излучения энергии высока.

Для измерения низких температур подходящим является диапазон от 8 до 14 мкм; таким образом, для оценки подходящего к измерению сигнала требуется широкий диапазон излучения энергии.

Излучение, отражение, трансмиссия

Как было отмечено выше, каждое тело испускает электромагнитное излучение при температуре выше абсолютного нуля (0° по Кельвину = -273,15 °С).

Уровень излучения, фиксируемый измерительным прибором, состоит из излучения объекта измерения, отражения и прохождения через него внешних излучений. Сумма всегда равняется 100% или 1. Интенсивность излучения зависит от коэффициента излучения е материала.

В итоге:

  • Коэффициент излучения - способность материала испускать ИК излучение.
  • Коэффициент отражения - способность материала отражать ИК излучение; он зависит от качества поверхности и типа материала.
  • Фактор прохождения - способность материала пропускать ИК-излучение; он зависит от толщины и типа материала. Он указывает на пропускающую способность материала к ИК излучению.

Данные три фактора имеют значения от 0 до 1 (или от 0 до100%).

Объект измерения.

При любом измерении объект измерения должен находиться на переднем плане. Задача состоит в том, чтобы точно и быстро определить температуру объекта.

Инфракрасный пирометр воспринимает разные типы объектов (твердые тела, жидкости или газы) измерения по разному. Это зависит от самого материала и его поверхности, поэтому, например, температура многих органических продуктов измеряется без применения специальных действий, а металлы, особенно с отражающими поверхностями требуют специальной подготовки измерения.

Если коэффициент отражения и фактор прохождения равны 0, то Вы имеете идеальный объект измерения, так называемый "Излучатель черного тела", излучательная энергия которого может быть рассчитана по закону излучения Планка. Идеальное тело данного типа имеет коэффициент излучения = 1.

  • Излучатель черного тела (Идеальный излучатель). Поглощает и излучает 100 %. Коэффициент излучения = 1.
  • Реальное тело. Часть излучения отражается или проходит сквозь тело. Коэффициент излучения < 1.
  • Серый излучатель. Многие тела, существующие в природе, называются "Серые излучатели". Они обладают теми же характеристиками, что и Излучатель черного тела, только интенсивность излучения ниже. Она корректируется настройкой коэффициента излучения. Коэффициент излучения, таким образом, это отношение между "черной" и "серой" интенсивностью излучения.
  • Цветной излучатель. Цветными излучателями называются материалы, для которых коэффициент излучения зависит от длины волны и температуры. Это означает, что такое тело имеет разный коэффициент излучения, напр. при 200 °С и при 600 °С. Это относится ко всем металлам. В данном случае необходимо убедиться, что коэффициент излучения s определяется при правильном измерении температуры.