Что такое оптическое разрешение пирометра. Как оно влияет на точность измерений. От чего зависит выбор оптического разрешения. Какие бывают типы оптических систем пирометров. Как правильно подобрать пирометр с нужным оптическим разрешением.
Что такое оптическое разрешение пирометра
Оптическое разрешение пирометра (также называемое показателем визирования) — это важнейшая характеристика прибора, определяющая соотношение между расстоянием до объекта измерения и диаметром измеряемого пятна. Чем выше это соотношение, тем меньший по размеру объект можно измерить с определенного расстояния.
Оптическое разрешение обычно выражается в виде отношения, например 50:1. Это означает, что с расстояния 50 см пирометр способен измерить температуру объекта диаметром 1 см.
Как оптическое разрешение влияет на измерения?
От оптического разрешения напрямую зависит точность измерений пирометра. При недостаточном разрешении в поле зрения прибора может попасть не только измеряемый объект, но и окружающие предметы, что исказит результаты. Поэтому выбор пирометра с подходящим оптическим разрешением критически важен для корректных измерений.
Типы оптических систем пирометров
По типу используемой оптической системы пирометры делятся на две основные категории:
- С фиксированным фокусным расстоянием
- С переменным (регулируемым) фокусным расстоянием
Пирометры с фиксированным фокусом
Такие приборы имеют неизменяемое фокусное расстояние, на которое настраиваются при изготовлении. Обычно в фокусе пятно визирования имеет наименьший диаметр. При удалении от фокуса диаметр пятна увеличивается.
Для пирометров с фиксированным фокусом обычно указывают два показателя визирования:
- В фокусе (максимальное значение)
- В бесконечности
Пирометры с переменным фокусом
Приборы этого типа оснащены механически изменяемой оптической системой. Это позволяет фокусировать пирометр на объекте измерения на разных расстояниях. Такие пирометры обладают постоянным показателем визирования, не зависящим от дистанции до объекта.
Как выбрать оптическое разрешение пирометра
При выборе пирометра с подходящим оптическим разрешением нужно учитывать несколько ключевых факторов:
Размер измеряемого объекта
Чем меньше объект измерения, тем выше должно быть оптическое разрешение прибора. Для крупных объектов подойдут пирометры с разрешением 20:1 или 30:1. Для небольших деталей может потребоваться разрешение 100:1 и выше.
Расстояние до объекта
С увеличением дистанции измерения требуется более высокое оптическое разрешение. Для измерений с близкого расстояния (до 1 м) достаточно разрешения 10:1 — 30:1. Для дальних измерений (свыше 5-10 м) может понадобиться разрешение 100:1 и более.
Требуемая точность
Чем выше требования к точности измерений, тем лучше должно быть оптическое разрешение пирометра. Для приблизительных измерений подойдет разрешение 20:1 — 50:1. Для высокоточных измерений рекомендуется выбирать приборы с разрешением от 100:1.
Типичные значения оптического разрешения пирометров
Рассмотрим наиболее распространенные варианты оптического разрешения пирометров и их применение:
Разрешение 10:1
Пирометры с таким разрешением пригодны для измерений на небольших расстояниях (до 1 м). Они имеют невысокую стоимость и могут применяться в бытовых или профессиональных целях, где не требуется высокая точность.
Разрешение 30:1
Такие приборы дают удовлетворительные результаты на расстоянии до 3 метров. Их можно использовать для измерения температуры объектов среднего размера в производственных условиях.
Разрешение 50:1
Пирометры с разрешением 50:1 относятся к профессиональному оборудованию. Они обеспечивают высокую точность измерений на расстоянии до 5 метров и подходят для большинства промышленных задач.
Разрешение 100:1 и выше
Приборы с таким оптическим разрешением применяются для высокоточных измерений на больших расстояниях или измерения температуры мелких объектов. Они используются в металлургии, энергетике и других отраслях с жесткими требованиями к точности.
Особенности применения пирометров с разным оптическим разрешением
При использовании пирометров важно учитывать особенности их оптических систем:
Пирометры с фиксированным фокусом
- Наилучшая точность достигается на фокусном расстоянии
- При удалении от фокуса диаметр пятна увеличивается
- Желательно устанавливать прибор так, чтобы расстояние до объекта совпадало с фокусным
Пирометры с переменным фокусом
- Позволяют фокусироваться на разных расстояниях
- Имеют постоянный показатель визирования
- Требуют точной фокусировки на объекте измерения
- Менее удобны при измерении движущихся объектов
Как правильно использовать пирометр с учетом его оптического разрешения
Для получения корректных результатов измерений следует соблюдать несколько важных правил:
- Убедитесь, что измеряемый объект полностью перекрывает поле зрения прибора
- По возможности располагайте пирометр перпендикулярно поверхности объекта
- Учитывайте, что реальный размер пятна измерения может быть больше расчетного
- При измерении мелких объектов выбирайте минимально возможное расстояние
- Для пирометров с переменным фокусом тщательно фокусируйтесь на объекте
Дополнительные факторы, влияющие на выбор оптического разрешения
Помимо основных параметров, при выборе пирометра следует учитывать и другие факторы:
Условия измерений
В сложных условиях (пар, пыль, вибрации) может потребоваться более высокое оптическое разрешение для компенсации внешних воздействий.
Тип измеряемых объектов
Для объектов с неравномерным нагревом или сложной формой рекомендуется выбирать приборы с лучшим разрешением.
Спектральный диапазон
Пирометры, работающие в коротковолновом диапазоне, обычно имеют лучшее оптическое разрешение.
Заключение
Оптическое разрешение — ключевой параметр пирометра, определяющий его возможности и точность измерений. Правильный выбор прибора с подходящим разрешением позволяет получать достоверные результаты в различных условиях применения. При выборе пирометра необходимо учитывать размер объектов, расстояние измерения, требуемую точность и особенности конкретной задачи.
Пирометр — Статьи ЗАО «Росприбор»
Пирометр — это оптико-электронный измерительный прибор, который позволяет бесконтактно (дистанционно) непрерывно контролировать температуру поверхности различных объектов.
Оптическое разрешение (показатель визирования) и степень черноты объекта являются важнейшими показателями, определяющими точность измеренной температуры.
Показатель визирования пирометра позволяет сравнивать используемые оптические системы различных пирометров. Параметр показатель визирования пирометра определяет, на каком расстоянии от измеряемого объекта нужно устанавливать прибор. Пирометр нужно устанавливать так, чтобы объект полностью перекрывал поле зрения прибора с некоторым запасом. Пирометр, имеющий больший показатель визирования, на равном расстоянии, позволяет измерять температуру меньшего по габаритам объекта.
В пирометрах используемая оптическая система делится на два типа: оптическая система, имеющая фиксированное фокусное расстояние; оптическая система, имеющая переменное (изменяемое в ручном или автоматизированном режиме) фокусное расстояние.
Пирометры, имеющие неизменяемый фокус, при изготовлении настраиваются на определенное расстояние, при котором, пятно визирования пирометра имеет, как правило, наименьший диаметр, а при удалении от фокуса — диаметр пятна визирования в большинстве случаев увеличивается. Именно поэтому для пирометров определяются два показателя визирования: первый в фокусе; второй в бесконечности (в фокусе показатель визирования имеет максимальную величину).
Пирометры с фиксированным фокусным расстоянием в основном устанавливаются так, чтобы расстояние между поверхностью объекта измерения температуры и пирометром совпадали с фокусным расстоянием используемого пирометра. Если же рассмотренное ранее условие невозможно выполнить, тогда необходимо пользоваться графиком зависимости расстояния от пирометра до объекта измерения от пятна визирования.
К пирометрам, имеющим постоянное фиксируемое фокусное расстояние относятся следующие пирометры:
1. Переносной (ручной) пирометр Термоскоп-100
- Диапазон измерения температуры до 2000 °С
- Показатель визирования до 300:1
- Объем встроенной памяти до 500 значений
- Цифровой выходной сигнал RS-232
2.
- Диапазон измерения температуры до 2000 °С
- Показатель визирования до 75:1
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Питание 24В по токовой петле
3. Стационарный пирометр Термоскоп-600-1С
- Диапазон измерения температуры до 2000 °С
- Показатель визирования до 280:1
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Цифровой выходной сигнал RS-485
Пирометры, имеющие переменное фокусное расстояние, обладают постоянным показателем визирования, который не зависит от дистанции между пирометром и объектом измерения. Такое свойство пирометра достигается при использовании в приборе механически изменяемой оптической системы фокусировки пирометра на объекте измерения.
К пирометрам, имеющим переменное измеряемое фокусное расстояние относятся следующие пирометры:
1. Переносной (ручной) пирометр Термоскоп-300-1С
- Диапазон измерения температуры до 2000 °С
- Показатель визирования до 240:1
- Объем встроенной памяти до 5000 значений
- Цифровой выходной сигнал RS-232
2.
Стационарный пирометр Термоскоп-800-1С
- Диапазон измерения температуры до 2000 °С
- Показатель визирования до 240:1
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Цифровой выходной сигнал RS-485
Ещё одной важной характеристикой при выборе пирометра для технологической задачи является спектральная чувствительность прибора и количество спектров.
Пирометры бывают односпектральные и двухспектральные.
Односпектральные (или одноцветные) пирометры регистрируют определённую узкую часть спектра для обеспечения высокой инструментальной точности измерения. В пирометрах марки «Термоскоп-100» спектральные диапазоны подобраны таким образом, чтобы минимизировать или вообще устранить влияние атмосферы на точность измерения, а также минимизировать ошибку, если степень черноты, заданная на приборе, отличается от реальной степени черноты объекта.
Двухспектральные (или двухцветовые) пирометры работают соответственно в двух разных спектральных диапазонах.
Такой принцип работы несколько снижает инструментальную точность прибора, однако значительно повышает надежность контроля температуры при измерении в тяжелых условиях при наличии дымов, пара, пыли, через загрязнённые смотровые окна, при частичном перекрытии поля зрения пирометра.
К двухспектральным пирометрам, относятся следующие пирометры:
1. Переносной (ручной) пирометр Термоскоп-300-2С
- Диапазон измерения температуры до 2000 °С
- Показатель визирования до 100:1
- Объем встроенной памяти до 5000 значений
- Цифровой выходной сигнал RS-232
2. Стационарный пирометр Термоскоп-800-2С
- Диапазон измерения температуры до 2000 °С
- Показатель визирования до 100:1
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Цифровой выходной сигнал RS-485
3. Стационарный пирометр Термоскоп-600-2С
- Диапазон измерения температуры до 2000 °С
- Показатель визирования до 100:1
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Цифровой выходной сигнал RS-485
Подробнее со всей продукцией можно ознакомиться в разделе «Пирометры»
Советы по выбору лучшего пирометра.
На что обратить внимание?Если у вас появилась необходимость точного определения степени нагрева удаленных предметов, то вам нужен бесконтактный измеритель температуры. В этой статье вы найдете рейтинг пирометров и узнаете, по каким критериям следует выбирать подобное оборудование.
Какой пирометр лучше купить
Все нагретые тела излучают тепловые волны. По интенсивности инфракрасного излучения можно с высокой точностью определить температуру любого предмета. На этом принципе основано действие любого пирометра. Он обязательно имеет в своем составе объектив и сенсор, измеряющий энергию поступающих на него лучей определенного диапазона частот. Измерительные приборы этой категории создаются под конкретные задачи и условия эксплуатации.
Стационарный или портативный пирометр
Важнейшим критерием выбора пирометра является его мобильность. Различают стационарные приборы, устанавливаемые на постоянном рабочем месте и с высокой точностью определяющие температуру для решения конкретных задач, и портативные устройства, которые рассчитаны на эксплуатацию в полевых условиях или на объекте большой площади.
Стационарные пирометры
Для стационарных пирометров важна надежность, высокая точность измерений, приспособленность к условиям окружающей среды, которые нередко бывают экстремальными.
Особенности устройства. Такие приборы часто имеют прочный пылевлагозащитный корпус из нержавеющей стали и могут работать при повышенной температуре. Вес для них не играет решающей роли, поэтому они могут быть достаточно габаритными и тяжелыми. Их конструкция предусматривает возможность фиксации на неподвижной опоре. Абсолютное большинство моделей этой категории подключаются к стандартной электрической сети.
Сфера применения. Стационарные пирометры обычно используются в производственных помещениях или специализированных лабораториях. Их устанавливают рядом со станками, технологическими установками или встраивают в оборудование поточных линий.
Портативные пирометры
Портативные пирометры применяются не только в профессиональной деятельности, но и в быту.
Особенности устройства. Такие приборы должны быть легкими, прочными и удобными в управлении. Они обычно имеют корпус из ударопрочного пластика, а весят от 30 до 500 граммов. Их конструкция предполагает возможность использования в условиях повышенной влажности при температуре воздуха от 0 до +40оС. Они оснащаются аккумуляторами с емкостью на несколько часов непрерывной работы или стандартными батарейками, которые можно легко заменить на новые.
Сфера применения. Пирометры этой категории позволяют найти места локального перегрева машин и механизмов, трассу прокладки труб или кабелей, неисправные элементы электрооборудования, участки с нарушенной теплоизоляцией и мостики холода строительных конструкций.
Пирометры с точечным или круглым прицелом
Пирометры являются дистанционными измерителями температуры, что предъявляет повышенные требования к точности их наведения. Их оснащают прицелами двух основных типов — точечными или круглыми.
Пирометры с точечными прицелами
Точечные прицелы оснащаются одним или парой лазеров. Два луча дают возможность определить еще и расстояние до объекта. Они позволяют выполнять измерения на дистанции 20-30 метров с точностью в несколько миллиметров.
При работе с такими приборами в условиях яркого освещения рекомендуется пользоваться очками из цветного пластика, так как в очках луч более заметен.
Пирометры с круглыми прицелами
Оборудование с круглым прицелом предназначено для диагностирования достаточно большой площади исследуемого объекта. Функция определения максимальной, средней или минимальной температуры в пределах пятна наведения способствует ускорению поиска проблемных участков. Радиус действия таких приборов редко превышает 7 метров.
Оптическое разрешение
Технические возможности пирометра характеризует параметр «оптическое разрешение», являющийся соотношением расстояния до объекта к диаметру пятна измерений.
Именно он во многом влияет на стоимость модели. Точка лазера, которая наводится на предмет должна быть по размеры не больше самого предмета с которого снимается температура. В тоже время она не должна быть слишком мала, так как чем меньше точка, тем меньше лучей проходит сквозь объектив и тем чувствительней должен быть сенсор устройства.
Пирометры с оптическим разрешением 10:1
Приборы с таким разрешением пригодны для измерений с расстояния около метра. Они имеют небольшую стоимость и могут применяться в бытовых или профессиональных целях, когда нет жестких требований к высокой точности.
Пирометры с оптическим разрешением 30:1
Эти пирометры дают удовлетворительные результаты исследований на расстоянии до 3 метров. С их помощью можно определить температуру объекта, находящегося в канаве, приямке или на небольшой высоте.
Пирометры с оптическим разрешением 50:1
Такие приборы относятся к оборудованию профессионального класса.
Они имеют максимальную цену, зато удобны в применении и гарантируют высокую точность измерений.
Минимальная и максимальная определяемая температура
В зависимости от решаемых задач выбирают пирометр с необходимым диапазоном определения температур. Базовые модели обычно рассчитаны на интервал измерений, редко превышающий пределы от -50 до +500оС. Специальное оборудование способно с высокой точностью определять нагрев вплоть до 2200оС.
Время отклика
При изучении процессов с быстро меняющейся температурой или при большом количестве измерений важнейшим показателем становится время отклика. В такой ситуации могут потребоваться приборы с данным параметром в пределах 0,5 или даже 0,15 секунд. Для стабильных систем бывает достаточно 1 секунды.
Коэффициент эмиссии
Различные материалы при равной температуре излучают тепловые волны с разной интенсивностью.
Это свойство учитывает коэффициент эмиссии, который у большинства строительных и конструкционных материалов лежит в пределах 0,9-0,95, но есть материалы, выбивающиеся из общего ряда и имеющие другие значения эмиссии. Узнать данный показатель для любых материалов можно по специальной таблице.
Таблица. Коэффициент эмиссии различных материалов.
Многие пирометры обычно позволяют задать материал исследуемой поверхности или вручную установить коэффициент эмиссии в пределах от 0,1 до 1. Но некоторые приборы такой функции не имеют и как правило такие устройства обладают коэффициентом эмиссии 0,95. Для каких измерений пригодны такие устройства смотрите в таблице выше.
Как выбрать фокусное расстояние
Когда поле зрения (FOV) заполнено равномерно нагретой целью, все пирометры Williamson не зависят от расстояния (кроме 6 дюймов для моделей традиционного типа), поскольку они имеют фиксированный фокус.
. Пирометры с регулируемым фокусом, предлагаемые другими, точны только в фокальной плоскости. Регулируемый фокус в некоторых отношениях предпочтительнее, но его также легче использовать неправильно, потому что он не подходит для цели, которая значительно перемещается, и неточны, когда не в фокусе. Уильямсон предпочитает метод с фиксированным фокусом, потому что он точен на всех расстояниях.
Что такое поле зрения?
Поле зрения (FOV) пирометра определяет площадь измерения или размер пятна по отношению к цели. Далее это можно описать как отношение между оптическим разрешением пирометра и его фокусным расстоянием. Например, пирометр с фокусным расстоянием 40 дюймов и оптическим разрешением 100:1 или D/100 будет отображать размер пятна диаметром 0,4 дюйма с расстояния 100 дюймов или FOV = 0,4 дюйма при 40 дюймах.
Измеряемое значение температуры остается неизменным при изменении расстояния между пирометром и измеряемой целью независимо от фокусного расстояния, пока поле зрения заполнено равномерно нагретой целью.
Вопросы юстировки
Лучше всего сфокусировать пирометр так, чтобы поле зрения, скорее всего, избегало любых возможных оптических препятствий или смещения. В некоторых случаях несовпадение с небольшой или блуждающей целью вызывает серьезную озабоченность; лучше всего фокусироваться на расстоянии до измеряемой цели, потому что это дает наименьший размер пятна на этом расстоянии и допускает наиболее значительное отклонение от выравнивания по измеряемой цели.
Таким образом, для всех приложений, где поле зрения полное, фокусное расстояние влияет только на форму поля зрения (отношение диаметра к расстоянию) и ни на что больше. Однако при наличии частичного оптического препятствия или когда измеряемая цель меньше диаметра поля зрения, фокусное расстояние становится более важным.
Соображения относительно пирометров отношения
В большинстве приложений измеряемая цель заполняет поле зрения пирометра, но в некоторых приложениях, включающих маленькую или движущуюся цель, можно иметь частично заполненную область обзора.
Для этих приложений можно использовать пирометр отношения (двухцветный или двухволновой), поскольку пирометры Williamson TC и DW не требуют полного поля зрения, есть некоторые дополнительные особые соображения, относящиеся к этим моделям для решения :
Краевой эффект
Любое оптическое препятствие или смещение, влияющее на внешнюю пятую часть поля зрения, может повлиять на показания пирометра; это влияние наиболее велико, когда препятствие или смещение значительно удалены от объектива или фокусного расстояния. По этой причине пирометр должен быть сфокусирован на расстоянии или вблизи него, где это оптическое препятствие или смещение наиболее вероятно.
Неравномерно нагретые поверхности
Чтобы пирометр лучше различал горячие и холодные точки (например, сталь с окалиной), они должны находиться в фокусе. Когда поверхность нагревается неравномерно, лучше всего, чтобы пирометр был в фокусе на расстоянии использования.
Цели, значительно меньшие поля зрения
Чтобы пирометр четко видел маленькую цель (например, проволоку или стержень), которая занимает лишь небольшой процент поля зрения, она должна появиться в фокус.
Когда цель маленькая, лучше всего, чтобы пирометр был в фокусе на расстоянии использования.
Глубина резкости
Пирометры Williamson находятся в фокусе на фокусном расстоянии, а также находятся в фокусе на некотором расстоянии ближе к фокусному расстоянию и дальше от него. Это известно как глубина резкости или эффективный фокус. Чем больше фокусное расстояние, тем больше глубина резкости; пирометр, сфокусированный всего в нескольких дюймах от цели, имеет очень малую глубину резкости, тогда как пирометр, сфокусированный дальше, имеет большую глубину резкости. Пожалуйста, смотрите диаграммы ниже.
На каком расстоянии от объекта можно использовать инфракрасный пирометр?
Наши клиенты часто задают нам вопрос: «Есть ли ограничение на расстояние, на котором можно использовать инфракрасный пирометр от объекта?». В этой короткой статье мы объясним, что возможно.
—
Для всех инфракрасных датчиков температуры оптическое разрешение является ключевой частью технических характеристик и всегда должно тщательно учитываться в зависимости от размера объекта, который вы измеряете, и расстояния от объекта, на котором будет установлен датчик.
Для датчиков Optris оптическое разрешение находится в диапазоне от 2:1 до 300:1 в зависимости от выбранной модели.
Объяснение отношения расстояния к размеру пятна приведено в другом месте и выходит за рамки данной статьи. Однако стоит задуматься о том, что имеется в виду, когда для каждого сенсора указываются оптические разрешения. Например, на приведенной ниже оптической диаграмме для нашего CTLaser LT CF3 видно, что наименьший размер пятна наблюдается на расстоянии 200 мм (размер пятна составляет всего 2,75 мм).
Ограничено ли использование датчика на этом расстоянии?
Простой ответ — нет. Данные о размере пятна приведены для всех расстояний до 800 мм на диаграмме, но даже это расстояние не является пределом. Теоретически датчик может измерять температуру на гораздо больших расстояниях в несколько метров. Размер пятна на любом расстоянии можно рассчитать по соотношению D:S, в данном случае 9:1. Например, на расстоянии 5 метров размер пятна будет примерно 555 мм (5000/9).
Конечно, ваш объект должен быть очень большим, и в этом конкретном случае может быть лучшее решение, но это помогает проиллюстрировать, что возможно.
Существует ли теоретическое максимальное расстояние?
Для длинноволновых датчиков общего назначения коэффициент пропускания воздуха постоянно очень высок, поэтому вы можете использовать пирометр на расстоянии 100 метров и более. Ограничивающим фактором становится оптическое разрешение и размер измеряемого объекта.
Для коротких длин волн коэффициент пропускания воздуха значительно варьируется, и для чувствительности наших датчиков по длинам волн выбраны «окна» с высоким коэффициентом пропускания, чтобы избежать любых воздействий окружающей среды. В общих приложениях расстояния в несколько метров не вызывают никаких проблем.
Что может ограничить расстояние измерения?
Помимо оптического разрешения, основным ограничивающим фактором является любая взвесь между объектом и датчиком.
