Инфракрасное измерение температуры

Температура – неотъемлемая физическая характеристика любого окружающего нас объекта, отражающая кинетическую энергию поступательного движения составляющих его молекул. Чем больше кинетическая энергия молекул, тем больше температура объекта и тем больше мощность тепловой энергии, излучаемой объектом.

Тепловое излучение от объекта равномерно распространяется в пространстве, охватывая «красный» участок видимого спектра и, невидимый глазу, инфракрасный (инфра — за красным) участок длин волн — от 0,78 мкм до 1000 мкм (см.рис.1)

Спектр электромагнитных волн 1 

Рис.1 Спектр электромагнитных волн

 

(Несмотря на протяженность инфракрасного диапазона длин волн, основная мощность инфракрасного теплового излучения сосредоточена в диапазоне от 0,78 мкм до 14 мкм и именно она регистрируется при определении температуры объекта).

Возможность инфракрасного определения температуры основана на зависимости мощности ИК-излучения от четвертой степени температуры поверхности объекта. К примеру, увеличение температуры объекта в 2 раза приводит к 16 — кратному увеличению мощности ИК-излучения.

Инфракрасное измерение температуры реализуется с помощью пирометров и тепловизоров. Тепловизоры — существенно более дорогие и сложные приборы, дающие полное радиометрическое изображение исследуемой поверхности или области, чаще используются для диагностических целей, здесь же мы рассмотрим радиационные пирометры — значительно более простые и доступные по цене приборы, оптимальные для решения простых задач инфракрасного измерения температуры.

Принцип действия радиационного пирометра основан на пересчете мощности ИК-излучения и упрощенно включает следующие шаги:

  1. Фокусировку ИК-излучения и направление его на фотодетектор.
  2. Генерацию фотодетектором электрического сигнала, пропорционального мощности ИК-излучения.
  3. Обработку электрического сигнала процессором и выдачу результата измерений на дисплей.

Следует отметить, что пирометр выдает усредненное значение температуры области (S, см. рис.2) охватываемой объективом пирометра.

Оптическое разрешение пирометраРис.2 Оптическое разрешение пирометра

Как можно видеть из рис.2, для корректного определения температуры поверхности объекта, необходимо проводить съемку с расстояния, выбираемого в соответствии с оптическим разрешением (показателем визирования) пирометра – отношения расстояния до объекта D к размеру пятна S.  Например, при оптическом разрешении пирометра 8:1 с расстояния в 80 см,   получим усредненное значение температуры области диаметром в 10 см. Очевидно, что если размеры исследуемой поверхности больше 10 см, то в объектив пирометра захватит излучение от побочных (соседних) предметов и результаты измерений будут искажены.

Помимо показателя визирования, при инфракрасном измерении температуры пирометром необходимо учитывать отражательные свойства измеряемой поверхности, вводя соответствующее значение коэффициента теплового излучения материала (от 0,1 до 1,0) в настройках пирометра. Также результаты инфракрасного измерения температуры могут быть искажены повышенной влажностью или запыленностью воздуха, запотеванием объектива пирометра, наличием загрязнений, пыли, инея на исследуемой поверхности – иными словами, для получения достоверных результатов измерений оператор должен хорошо знать принципы и методы пирометрии. Получить такие знания вы можете на учебном курсе «Тепловой метод НК. Инфракрасное измерение температуры», который периодически проводится в Учебном Центре компании MVR.

Преимущества бесконтактного инфракрасного измерения температуры особенно проявляются в случаях:

  • измерения температуры объектов с малой теплопроводностью (резина, керамика, пластик и т.д.), когда использование традиционных контактных термометров ограничивается большим временем отклика;
  • измерения температуры движущихся объектов (колеса, конвейер и др.);
  • измерения температуры объектов, не допускающих прямого контакта (стерильные приложения, агрессивные или свежевыкрашенные зоны);
  • измерения температуры мелких объектов;
  • измерения температуры объектов, находящихся под напряжением (трансформаторы, контакторы, распределители и др.).

Компания MVR предлагает линейку пирометров серии RY-150 для инфракрасного измерения температуры. Вниманию потребителей предлагаются модели со следующими техническими характеристиками:

Как можно видеть, пирометры RY-150  охватывают диапазон температур от -20°C до +500°С и имеют показатель визирования 8:1, что обеспечивает их широкое применение для контроля температуры промышленных объектов и технологических процессов, а также в научных исследованиях.