Пирометр или тепловизор. Пирометр и тепловизор: ключевые отличия и особенности применения

Чем отличается пирометр от тепловизора. Какой прибор лучше подходит для измерения температуры. Как работают пирометры и тепловизоры. Преимущества и недостатки каждого устройства. Области применения пирометров и тепловизоров.

Принцип работы пирометра и тепловизора

Пирометр и тепловизор — это приборы для бесконтактного измерения температуры объектов. Оба устройства работают по схожему принципу — они улавливают инфракрасное излучение от объектов и преобразуют его в значения температуры. Однако между ними есть ряд существенных различий.

Как работает пирометр?

Пирометр (инфракрасный термометр) измеряет температуру в одной точке. Принцип его работы следующий:

• Оптическая система фокусирует инфракрасное излучение от объекта на сенсор
• Сенсор преобразует инфракрасное излучение в электрический сигнал
• Электронная схема обрабатывает сигнал и выводит значение температуры на дисплей

Таким образом, пирометр показывает температуру только одной точки на поверхности объекта. Это простой и недорогой прибор для быстрых измерений.

Как работает тепловизор?

Тепловизор создает тепловое изображение объекта, показывая распределение температуры по всей его поверхности. Принцип работы тепловизора:

• Оптическая система проецирует инфракрасное излучение на матрицу микроболометров
• Каждый микроболометр фиксирует излучение от определенного участка поверхности
• Сигналы от матрицы обрабатываются и преобразуются в цветное тепловое изображение
• На экране отображается картинка, где разным цветам соответствуют разные температуры

Современные тепловизоры способны создавать детальные температурные карты с разрешением до сотен тысяч точек.

Основные отличия пирометра от тепловизора

Хотя пирометр и тепловизор работают на схожем принципе, между ними есть ряд принципиальных различий:

1. Количество измеряемых точек

Пирометр измеряет температуру только в одной точке. Тепловизор формирует полноценное тепловое изображение, измеряя температуру в тысячах точек одновременно. Например, тепловизор с разрешением 320х240 пикселей дает 76800 измерений температуры за один кадр.

2. Визуализация данных

Пирометр показывает числовое значение температуры на дисплее. Тепловизор создает цветное изображение, где разным температурам соответствуют разные цвета. Это позволяет быстро оценить распределение температуры по поверхности объекта.

3. Дальность измерений

Тепловизоры обычно позволяют проводить измерения с большего расстояния, чем пирометры. Это связано с более совершенной оптикой и матричным приемником излучения. Современные тепловизоры могут измерять температуру объектов на расстоянии десятков и даже сотен метров.

4. Размер измеряемой области

Пирометр измеряет среднюю температуру в пределах измерительного пятна. Чем дальше объект, тем больше размер этого пятна. Тепловизор позволяет измерять температуру очень маленьких объектов даже с большого расстояния за счет высокого пространственного разрешения матрицы.

5. Функциональные возможности

Тепловизоры обладают гораздо более широким функционалом по сравнению с пирометрами. Они позволяют сохранять тепловые изображения, проводить анализ температурных полей, строить температурные профили и т.д.

Преимущества и недостатки пирометра

Пирометр имеет ряд достоинств и недостатков по сравнению с тепловизором:

Преимущества пирометра:

• Компактность и портативность
• Простота использования
• Низкая стоимость
• Высокая скорость измерений
• Возможность измерения высоких температур (до 3000°C и выше)

Недостатки пирометра:

• Измерение температуры только в одной точке
• Сложность измерения температуры мелких объектов
• Зависимость показаний от расстояния до объекта
• Влияние отражения и излучения окружающих предметов на результат

Преимущества и недостатки тепловизора

Тепловизор также обладает своими плюсами и минусами:

Преимущества тепловизора:

• Получение полной картины распределения температуры
• Возможность обнаружения скрытых дефектов
• Высокая точность измерений
• Измерение температуры мелких объектов
• Широкие возможности анализа тепловых изображений

Недостатки тепловизора:

• Высокая стоимость
• Сложность в освоении и использовании
• Большие размеры и вес по сравнению с пирометром
• Ограниченный диапазон измеряемых температур (обычно до 1500°C)

Области применения пирометров и тепловизоров

Благодаря своим особенностям, пирометры и тепловизоры нашли применение в различных сферах:

Где используются пирометры?

• Контроль температуры в металлургии и литейном производстве
• Измерение температуры труднодоступных и движущихся объектов
• Быстрый контроль температуры в пищевой промышленности
• Проверка систем отопления и кондиционирования
• Диагностика электрооборудования

Где применяются тепловизоры?

• Энергоаудит зданий и сооружений
• Диагностика электрических сетей и оборудования
• Контроль качества в промышленности
• Обнаружение утечек тепла и влаги
• Медицинская диагностика
• Системы безопасности и наблюдения

Как выбрать между пирометром и тепловизором?

При выборе между пирометром и тепловизором следует учитывать несколько факторов:

1. Цель измерений — нужна ли полная картина распределения температуры или достаточно измерения в отдельных точках?
2. Бюджет — тепловизоры значительно дороже пирометров
3. Требуемая точность и дальность измерений
4. Размеры измеряемых объектов
5. Условия проведения измерений — доступность объектов, наличие движущихся частей и т.д.

Для простых задач и быстрых измерений обычно достаточно пирометра. Если же требуется детальный анализ температурных полей, выявление скрытых дефектов или обследование больших площадей, лучше выбрать тепловизор.

Заключение

Пирометры и тепловизоры — это мощные инструменты для бесконтактного измерения температуры, каждый из которых имеет свои преимущества и области применения. Пирометры просты, доступны и подходят для быстрых точечных измерений. Тепловизоры дают полную картину распределения температуры и позволяют проводить глубокий анализ тепловых полей. Выбор между этими приборами зависит от конкретных задач и условий измерений.

Чем отличаются пирометр и тепловизор? | Здоровье

17.03.2020 13:19

Анна Шатохина

Примерное время чтения: 3 минуты

7119

Категория:  Здоровье

​Сегодня слово «тепловизор» мало кто не слышал. Ведь во всех новостях говорят про измерение температуры тела в офисах и общественных местах с его помощью. Однако параллельно мелькают и новости о таких приборах, как пирометры. При этом разницу между ними понимают далеко не все. Так чем же отличаются и как работают тепловизоры и пирометры?

Такие приборы, как тепловизор и пирометр, используются для дистанционного измерения температуры. Изначально их использовали там, где обычные термометры неэффективны, т. е. преимущественно в промышленных сферах — строительстве, энергетике, химпромышленности. Такие приборы могут определять нагрев объекта на расстоянии, за счет чего считаются полностью безопасными.

Сейчас их стали использовать и для измерения температуры тела людей, например, когда тесный контакт с градусником нежелателен или если необходимо определить человека с повышенными показателями в толпе.

Как работает тепловизор?

Это прибор, который способен определять температуру одного или сразу нескольких объектов. Он работает как камера, которая снимает картинку в инфракрасном диапазоне. Основывается принцип его действия на том, что все физические тела, температура которых выше нуля, испускают излучение, которое и считывает данный аппарат. На экране прибора объекты отображаются в виде диаграммы, названной тепловой. По сути, это цветная картинка, каждый оттенок которой соответствует определенной степени нагрева объекта.

Тепловизоры делятся на:

• стационарные — девайсы с максимально высокой чувствительностью;
• поворотные — могут вращаться для большего охвата;
• многоканальные — быстро поворачиваются, точно позиционируют объект.

Как работают пирометры?

Пирометр представляет собой устройство с более ограниченным функционалом, если сравнивать с тепловизором. Но он более компактен. Принцип действия тот же — улавливание инфракрасного излучения от объекта. Температура при замере выводится на экран девайса.

Пирометры могут быть как контактными, так и бесконтактными. В первом случае прибором надо коснуться человека для проведения замеров. Бесконтактные более распространены. Они отражают уровень температуры сразу после наведения прибора и нажатия на нем специальной кнопки. Бывают пирометры инфракрасными, лазерными и оптическими. При этом первые — самые распространенные.

Главное отличие пирометра от тепловизора в том, что пирометр может замерять только один объект. Тепловизор же охватывает сразу несколько. Кроме того, пирометр мерит температуру прицельно, при наведении. Тепловизор же имеет больший охват — им не нужно целиться.

Смотрите также:

• Какие градусники лучше: ртутные или электронные? →
• Погода в доме и за окном. Как выбрать термометр →
• Погибает ли коронавирус в теплую погоду? →

тепловизорповышенная температура

Следующий материал

Самое интересное в соцсетях

Новости СМИ2

Что выбрать — тепловизор или пирометр ?

Для удаленного экспресс контроля температуры поверхностей, объектов, термодиагностики, энергоаудита традиционно используются бесконтактные измерители, разделяющиеся на две большие группы, основанные на сходном методе. В одном случае отображается только цифровое значение, в другом — тепловизор показывает комфортную для восприятия визуальную разноцветную карту.

Несмотря на общие черты и прежде всего похожий принцип удаленного измерения температуры, чтобы с одной стороны получить желаемую функциональность, с другой стороны не переплатить за возможности, которые не будут востребованы, необходимо четко разграничивать сферу применения и логично возникает вопрос.

Что лучше ? В чем принципиальные отличия, разница между ними и общие черты ?

Приборы для дистанционного измерения температуры были изобретены еще в прошлом столетии, поскольку к тому времени уже была изучена природа ИК излучения.
Другой вопрос, что технологический уровень в виде высококачественной оптики и цифровой обработки информации «подрос» несколько позже, в XX-м и тем более в XX-м веке.

Итак, если существует проблема с теплопотерями, способны ли мы получить исчерпывающий ответ от пирометра ?

В общем случае нет.
Подобное устройство может помочь, только если на плоскости наблюдается равномерное распределение температур.

Тогда одно нажатие на курок и на дисплее получаем цифру. Только одну ! Как из этого единичного результата понять, где холоднее или теплее ? Где щель в стене, невидимая невооруженным взглядом ? Или наоборот самая горячая зона.

Объясним разницу, рассмотрим такие понятия как дискретность и непрерывность информации.

Сравним азбуку Морзе и телефонный разговор. В обоих случаях передача производится при помощи электрических сигналов и мы получаем информацию. Но в первом отсутствуют эмоции, полутона в голосе, чувства, настроение. Кто стучит телеграфным ключом — мужчина или женщина, какого возраста, идентифицировать невозможно. Слишком скудный поток информации. А вот по телефону на нас обрушивается просто лавина данных.

На этом примере, в первом приближении и можно понять принципиальные отличия.

Как мы отметили, выдается только одна цифра – среднее значение температуры на выбранной площади в пределах пятна визирования, тепловой поток с которого собирает входная оптика.

Только одно значение, даже если температура в поле зрения линзы распределена не равномерно. Это дискретный результат. Каждое последующее измерение выдает опять же только одну величину.

То есть массив данных данных о распределении температур на площади мы можем получить, но придется неоднократно перемещать прибор и каждый раз нажимать на курок, что не является лучшим решением:

• во-первых, большие, непродуктивные затраты времени;
• во-вторых, эти данные кто-то должен записывать или запоминать.

И хотя можно выбрать прибор со встроенной памятью, все равно это очень усеченный вариант, неудобный и например для целей энергоаудита, лучше купить тепловизор, как инструмент на порядок более удобный, даже если выше цена, что мы покажем сейчас на конкретных примерах и задачах, которые как мы выше отметили, востребованы на нынешнем этапе в Украине. Это как сравнивать паяльную станцию — продвинутое оборудование с термовоздушным феном, регулировкой температуры под разные припои, цифровым дисплеем и антистатическим исполнением и простейший электрический паяльник постоянного нагрева от розетки 220 Вольт.

Только ИК-камеры способны предоставить градации цвета и температурные полутона.

Причем одномоментно. Взгляд охватывает всю картинку на дисплее после единственного нажатия на курок.

Пример.

Имеется квартира, в которой стоит задача обнаружить зоны утечек тепла – произвести поиск холодных мест на наружной стене, входящей на улицу.
За десятки лет эксплуатации, особенно если не проводился ремонт, что не редкость для обветшалого жилищного фонда, дом произвел осадку и появились трещины.
Даже если не они не сквозные, например когда только с наружной стороны в двух местах отвались куски кирпича или бетона, холод обязательно “проберется” и будет охлаждать стену уже с внутренней стороны.

Жить в таких условиях конечно не комфортно и полноценный энергоаудит просто необходим. Или достаточно цифровой величины температуры ?

Остановимся на среднем ценовом диапазоне и показателе оптического разрешения 12:1 и выберем соответствующую модель.
Эта простая пропорция позволяет нам вычислить, что если удалиться на 12 метров, то в объектив попадет излучение с условного диаметра в 1 метр.

Для дистанционного термометра круг диаметром 1 метр представляет собой один объект с неизменными свойствами, но с точки зрения распределения температур это не так.

В одном месте температура упала до 14 °С, в другом до 16 °С, но даже самый продвинутый инфракрасный термометр с поверкой, покажет усредненную величину, где-то в районе 15 °С. А значит никакие потери тепла мы не обнаружим. Максимум это понять, что одна стена холоднее, чем другие. Грубовато, не точно. Катастрофически мало сведений для принятия решения.

Причина в том, что инфракрасное излучение фокусируется на единственной оптической линзе, попадает опять же на 1 термопреобразователь, преобразуется в электрический сигнал и отображается на цифровом дисплее.

Как мы говорили выше, можно подойти поближе, чтобы каждая прохладная зона попала в зону “зрения” по отдельности, но тогда увеличиваются трудозатраты. Нужно делать не один замер, а несколько, перемещаясь вверх и вниз, налево и направо.
И получим приблизительно такой набор данных, в градусах Цельсия.

Это уже лучше, но практическая польза от этого близка к нулю.

Не понятно, на каком расстоянии друг от друга расположены теплые им холодные участки ?

Каковая площадь каждого из них ?

Понадобится «привязывать» их к расстояниям от края стены, что крайне неудобно, придется ипользовать измерительные инструменты типа рулетки или метра..
Не говоря уже о том, что всю информацию нужно переносить на бумажный носитель.
В общем не годится.

Кроме того, не стоит забывать, что наши органы чувств не дискретные, а аналоговые по своей сути.
Слух различает музыкальные октавы, а зрение позволяет нам получать эстетическое наслаждение от игры красок окружающего мира.

Наши глаза воспринимают только свет в оптическом диапазоне. ИК-излучение мы не видим. Как ушами не слышим и ультразвук.
Своеобразным посредником выступает инфракрасная камера, давая возможность переместиться по широкой шкале электромагнитных сигналов, и позволяя видеть невидимое, расширяя наши зрительные возможности.

Термографические камеры обладают на порядок большей функциональностью, что в свою очередь следует из возможности видеть всю картинку в целом и одновременно выступают как дистанционные измерители температуры. 2в1. То есть на дисплее мы увидим и цифровой итог, и красочное изображение, которое формирует матрица.

Опубликовано: 2019-07-03 Обновлено: 2020-02-17

В чем разница между ИК-термометрами и тепловизионными камерами?

Пятница, 23 апреля 2021 г.  

Тепловизионные камеры и бесконтактные инфракрасные (ИК) термометры используются для бесконтактного измерения температуры в самых разных областях. Оба прибора работают по одному и тому же принципу: они обнаруживают инфракрасное излучение и переводят его в показания температуры. Однако тепловизионные камеры имеют ряд преимуществ по сравнению с ИК-термометрами.

Инфракрасный термометр, также известный как точечный пирометр или температурный пистолет, дает вам одно число — измерение температуры одной точки на вашей цели. Тепловизионная камера дает вам показания температуры для каждого пикселя всего тепловизионного изображения и позволяет вам визуализировать всю сцену в тепловизионном режиме. Тепловизионные камеры также могут определять температуру на большом расстоянии, что позволяет пользователю быстро осматривать большие площади.

Тепловизионная камера может быстро определить горячие точки на изображении.

Поскольку ИК-термометр работает по тому же физическому принципу, что и тепловизионная камера, его можно рассматривать как тепловизионную камеру только с одним пикселем. Хотя он полезен для многих задач, поскольку он измеряет температуру только в одном месте, оператор может легко пропустить важную информацию.

ИК-термометр может измерять только одну точку за раз, а это означает, что поиск горячей точки или другой неисправности может занять больше времени.

Измерение температуры на расстоянии

Основное преимущество тепловизионных камер по сравнению с ИК-термометрами заключается в том, что они могут точно измерять температуру на больших расстояниях. Расстояние, на котором определенная тепловизионная камера или ИК-термометр могут точно измерить цель заданного размера и при этом получить точное измерение температуры, известно как отношение расстояния к размеру (соотношение D:S).

Большинство тепловизионных камер имеют гораздо большее отношение D:S, чем ИК-термометры. Например, средний ИК-термометр может измерять цель размером 1 см на расстоянии от 10 до 50 см. Большинство тепловизионных камер могут точно измерить температуру объекта такого размера (1 см) на расстоянии нескольких метров.

FLIR TG54, например, имеет отношение D:S 24:1, что означает, что он может измерять цель размером 1 см на расстоянии 24 см (или цель размером 1 дюйм на расстоянии 24 дюйма). FLIR E8, тепловизионная камера с разрешением 320 × 240 пикселей, имеет соотношение D:S около 120:1, что означает, что она может измерять цель размером 1 см на расстоянии 120 см.

(Примечание: хотя отношение D:S обычно указывается в качестве одной из характеристик ИК-термометров, вычисление отношения D:S для тепловизионных камер требует немного больше усилий — ознакомьтесь с нашей статьей «Понимание отношения расстояния: размера», чтобы узнать, как мы подошли к этому номеру.)

Тепловизионные камеры, такие как FLIR T865, способны точно измерять температуру на больших расстояниях.

Многие из более совершенных тепловизионных камер оснащены сменными объективами, что влияет на соотношение D:S камеры. Например, тепловизионную камеру FLIR T865 можно использовать в паре с телеобъективом с углом обзора 6° для проведения тепловизионного обследования целей с большого расстояния.

Одновременное измерение тысяч точечных температур

Даже если горячая точка слишком мала или находится слишком далеко для точного измерения, тепловизионная камера все равно может обнаружить ее при сканировании области, давая оператору возможность подойти ближе и получить более точные показания. Инфракрасные термометры, с другой стороны, обычно требуют, чтобы вы уже знали, где, по вашему мнению, будет горячая точка или область интереса, прежде чем пытаться ее измерить.

Сканирование больших площадей с большим количеством компонентов с помощью ИК-термометра требует много времени, поскольку необходимо сканировать каждый компонент отдельно. Тепловизионная камера может гораздо быстрее обнаружить даже небольшие проблемы.

Такие инструменты, как некоторые камеры серии FLIR TG, сочетают в себе удобный форм-фактор традиционного ИК-термометра с тепловизионной камерой, что позволяет быстро обнаруживать неисправности.

Измерение малых целей

ИК-термометры

также ограничены в возможностях измерения температуры на небольших объектах. Эта возможность становится все более важной для контроля электроники. Поскольку наши устройства продолжают работать с более высокой скоростью обработки в еще меньших корпусах, поиск способов рассеивания тепла и выявления горячих точек становится все более сложной задачей.

Инфракрасный термометр может эффективно обнаруживать и измерять температуру, но размер его пятна может быть слишком большим для измерения очень мелких компонентов. Тем не менее, тепловизионные камеры с оптикой для крупного плана могут фокусироваться до размера пятна менее 5 мкм (микрометров) на пиксель. Это позволяет инженерам и техникам проводить измерения в очень малых масштабах.

Высокопроизводительные тепловизионные камеры могут выполнять измерения в очень малых масштабах.

Инфракрасный термометр — это отличный и доступный инструмент для многих применений, особенно для работы на близком расстоянии, когда у вас есть хорошее представление о том, где именно вам нужно провести измерения. Тем не менее, для удаленных приложений или для быстрого сканирования большой площади тепловизионная камера обычно является лучшим инструментом для работы. Узнайте больше об инфракрасных термометрах FLIR и портативных тепловизионных решениях FLIR.

Температурные пистолеты против тепловизионной технологии

Тепловизионные камеры используются для бесконтактного измерения температуры в компаниях по всему миру. Другим распространенным инструментом для бесконтактного измерения температуры, широко используемым в промышленности, является точечный пирометр. И точечные пирометры, и тепловизионные камеры работают по одному и тому же принципу; они обнаруживают инфракрасное излучение и переводят его в показания температуры. Однако тепловизионные камеры имеют ряд преимуществ по сравнению с точечными пирометрами.

• Точечный пирометр просто дает вам число — тепловизионные камеры создают изображение.
• Точечный пирометр считывает температуру одной точки — тепловизионная камера дает показания температуры для каждого пикселя всего тепловизионного изображения.
• Благодаря усовершенствованной оптике тепловизионные камеры также могут определять температуру на большом расстоянии. Это позволяет быстро осматривать большие площади.

Точечный пирометр также известен как термометр или инфракрасный термометр. Поскольку точечный пирометр работает по тому же физическому принципу, что и тепловизионная камера, его можно рассматривать как тепловизионную камеру только с одним пикселем. Такой инструмент может быть очень полезен для многих задач, но поскольку он измеряет температуру только в одном месте, оператор может легко упустить важную информацию. Высокая температура некоторых критических компонентов, находящихся на грани отказа и нуждающихся в ремонте, может остаться незамеченной.

Термопистолет измеряет температуру одной точки.

Тепловизионная камера FLIR E40sc измеряет температуру в 19 200 точках.

Одновременное использование тысяч точечных пирометров

Тепловизионная камера также обеспечивает бесконтактное измерение температуры, как это делает точечный пирометр. В отличие от точечного пирометра, тепловизоры выдают не одно, а тысячи показаний температуры одновременно, по одному на каждый пиксель теплового изображения. Таким образом, использование одной тепловизионной камеры соответствует тысячам точечных измерений пирометром. Тепловизионная камера FLIR E40sc имеет разрешение изображения 160 x 120 пикселей, что дает 19, 200 показаний температуры с первого взгляда. FLIR T1030sc, одна из лучших моделей для промышленных исследований, разработок и научных исследований, имеет разрешение изображения 1024 x 768 пикселей, что дает вам 786 432 показаний температуры одновременно.

 

Что «видит» точечный пирометр.

Что «видит» тепловизионная камера.

Что «видит» точечный пирометр.

Что «видит» тепловизионная камера.

Экономьте время и «увидьте» тепло

Тепловизионная камера не только дает вам тысячи показаний температуры, но и преобразует эти показания в тепловое изображение. Такое преобразование в изображение дает полный обзор проверяемого оборудования и позволяет оператору сразу увидеть небольшие горячие точки, которые легко пропустить с помощью точечного пирометра. Использование тепловизионной камеры также экономит время. Сканирование больших площадей с большим количеством компонентов с помощью точечного пирометра — очень трудоемкая задача, поскольку приходится сканировать каждый компонент отдельно. Тепловизионную камеру можно использовать для проверки рассеивания тепла на печатных платах, для проверки качества или теплового воздействия в автомобильной промышленности, а также для анализа отказов в лаборатории.

Для точного измерения температуры объекта точечным пирометром целевой объект должен полностью покрывать измеряемую точку. Это ограничивает расстояние, с которого можно точно измерить температуру.

Еще одно преимущество тепловизионных камер по сравнению с термометрами заключается в том, что они могут точно измерять температуру на больших расстояниях. Расстояние, на котором определенный точечный пирометр может измерить цель заданного размера, часто описывается «отношением расстояния к размеру пятна» (D:S) или «отношением размера пятна» (SSR). Но откуда берется эта ценность и что она означает? «Размер пятна» точечного пирометра — это наименьшая площадь, которую еще можно точно измерить с помощью устройства. Это означает, что объект, температуру которого вы хотите измерить, также называемый целью, должен покрывать весь размер пятна. Инфракрасное излучение, испускаемое мишенью, проходит через оптику точечного пирометра и проецируется на детектор. Если объект меньше размера пятна, детектор также будет подвергаться воздействию части излучения, исходящего из окружения объекта. Следовательно, устройство будет считывать не только температуру объекта, но и смесь температур объекта и его окружения.

Чем дальше вы держите точечный пирометр от объекта, который хотите измерить, тем больше становится размер пятна из-за особенностей оптики. Следовательно, чем меньше цель, тем ближе нужно держать точечный пирометр, чтобы точно измерить ее температуру. Поэтому очень важно следить за размером пятна и убедиться, что вы стоите достаточно близко, чтобы покрыть весь размер пятна мишенью, желательно даже немного ближе, чтобы создать запас безопасности. Отношение размера пятна определяет размер пятна пирометра для любого заданного расстояния до цели.

Если SSR точечного пирометра составляет, например, 1:30, это означает, что температуру пятна диаметром 1 см можно точно измерить на расстоянии 30 см. Температуру пятна размером 4 см можно измерить с расстояния 120 см (1,2 метра). Большинство точечных пирометров имеют SSR от 1:5 до 1:50. Это означает, что большинство точечных пирометров могут измерять температуру цели диаметром 1 сантиметр с расстояния 5 — 50 см. Тепловизионные камеры очень похожи на точечные пирометры в том, что инфракрасное излучение проецируется на матрицу детектора, при этом каждый отдельный пиксель изображения соответствует измерению температуры.

Производители тепловизионных камер обычно не указывают значения SSR для описания пространственного разрешения своих продуктов; но вместо этого используйте мгновенное поле зрения (IFOV). IFOV определяется как поле зрения одного элемента детектора массива детекторов камеры.

Теоретически IFOV напрямую определяет соотношение размера пятна тепловизионной камеры. Поскольку испускаемое мишенью инфракрасное излучение проходит через оптику и проецируется на детектор, проецируемое инфракрасное излучение должно полностью перекрывать хотя бы один элемент детектора, что соответствует одному пикселю на тепловом изображении. Таким образом, теоретически покрытия одного пикселя на тепловом изображении должно быть достаточно для обеспечения правильных измерений температуры. IFOV обычно выражается в миллирадианах (одна тысячная часть радиана).

Тепловизионные камеры позволяют «видеть» тепло.

Термин радиан описывает отношение между длиной дуги и ее радиусом. Один радиан математически определяется как угол, образованный, когда длина дуги окружности равна радиусу окружности. Поскольку длина окружности равна 2 π, умноженной на радиус, один радиан равен 1/(2 π) окружности, или приблизительно 57,296 угловых градусов, а один мрад равен 0,057 угловых градусов. В ситуации, когда тепловизионная камера используется для измерения температуры определенной цели, мы предполагаем, что расстояние до цели равно радиусу окружности, и мы также считаем цель достаточно плоской. Поскольку угол обзора одиночного элемента детектора мал, можно считать, что тангенс этого угла примерно равен его значению в радианах. Таким образом, размер пятна рассчитывается как IFOV (в мрад), деленное на 1000 и умножаемое на расстояние до цели.

 

Где IFOV выражается в мрад.

Идеальная и реальная оптика

Используя формулу, вы можете рассчитать, что камера с IFOV 1,4 мрад будет иметь теоретическое SSR 1:714, поэтому теоретически вы должны быть в состоянии измерить объект диаметром 1 см на расстоянии более 7 метров. . Однако, как было сказано ранее, это теоретическое значение не соответствует реальной жизненной ситуации, поскольку не учитывает того факта, что реальная оптика никогда не бывает полностью идеальной. Линза, которая проецирует инфракрасное излучение на детектор, может вызвать дисперсию и другие формы оптических аберраций. Вы никогда не можете быть уверены, что ваша цель точно спроецирована на один элемент детектора. Проецируемое инфракрасное излучение также может «перетекать» от соседних элементов детектора. Другими словами: температура поверхностей, окружающих цель, может влиять на показания температуры.

Как и в точечном пирометре, где мишень должна не только полностью покрывать размер пятна, но также должна покрывать запас безопасности вокруг размера пятна, рекомендуется использовать запас безопасности при использовании микроболометрической тепловизионной камеры для измерения температуры. Этот запас безопасности отражен в термине «Поле измерения» (MFOV). MFOV описывает реальный размер пятна измерения тепловизионной камеры, другими словами: наименьшую измеряемую площадь для правильных показаний температуры. Обычно выражается как множество IFOV, поле зрения одного пикселя.

Обычно используемая рекомендация для микроболометрических камер заключается в том, что цель должна покрывать площадь, по крайней мере, в 3 раза превышающую IFOV, чтобы учесть оптические аберрации. Это означает, что на тепловом изображении цель должна покрывать не только один пиксель, которого в идеальной ситуации было бы достаточно для измерения, но и пиксели вокруг него. При соблюдении этого правила формула для определения соотношения размеров пятна может быть адаптирована для учета фактора реальной оптики. Вместо использования 1xIFOV мы можем использовать руководство 3xIFOV, что приводит к следующей, более реалистичной формуле:

Где IFOV выражается в мрад.

Исходя из этой формулы, камера с IFOV 1,4 мрад будет иметь SSR 1:238, что означает, что вы сможете измерить объект диаметром 1 см на расстоянии чуть менее 2,4 метра. Это теоретическое значение, вероятно, занижено из-за наблюдаемого запаса прочности. Следовательно, реальное SSR может быть выше, но при использовании этих консервативных значений SSR гарантируется точность показаний температуры.

В идеальной ситуации проецируемая цель должна покрывать хотя бы один пиксель. Для обеспечения точных показаний рекомендуется охватить более широкую область, чтобы учесть оптическую дисперсию проекции.

Инфракрасная энергия (A), исходящая от объекта, фокусируется оптикой (B) на инфракрасный датчик (C). Детектор отправляет информацию на сенсорную электронику (D) для обработки изображения. Электроника преобразует данные, поступающие от детектора, в изображение (Е), которое можно просмотреть в видоискателе, на обычном видеомониторе или ЖК-экране.

Точечные пирометры имеют SSR, который обычно составляет от 1:5 до 1:50. Большинство доступных моделей имеют SSR от 1:5 до 1:10, в то время как более продвинутые и, следовательно, более дорогие модели достигают значений SSR до 1:40 или даже 1:50. Обратите внимание, однако, что точечные пирометры также имеют ту же проблему, что и тепловизионные камеры, когда речь идет об оптике. При сравнении характеристик точечного пирометра необходимо знать, относится ли число SSR к теоретическому значению или к тому, которое компенсирует несовершенство оптики.

Определение температуры на расстоянии

Даже если принять во внимание фактор идеальной и реалистичной оптики, разница между тепловизионными камерами и точечными пирометрами в измерении расстояния огромна. Большинство точечных пирометров нельзя держать на расстоянии от 10 до 50 см, при условии, что цель составляет 1 см. Большинство тепловизионных камер могут точно измерить температуру объекта такого размера (1 см) на расстоянии нескольких метров. Даже тепловизионная камера FLIR E40 с IFOV 2,72 мрад может измерять температуру пятна такого размера (1 см) на расстоянии более 120 сантиметров. Тепловизионная камера FLIR T1030sc, одна из самых передовых моделей FLIR для промышленных инспекций, может измерять температуру объекта такого размера на расстоянии более семи метров со стандартным объективом 28°. Эти значения рассчитаны при условии, что используется стандартный объектив.

Многие современные тепловизионные камеры оснащены сменными объективами. При использовании другого объектива изменяется IFOV, что, в свою очередь, влияет на соотношение размера пятна. Например, для тепловизионной камеры FLIR T1030sc компания FLIR предлагает не только стандартный объектив 28°, но и телеобъектив 12°. С этим объективом, разработанным специально для наблюдений на больших расстояниях, соотношение размера пятна значительно больше. С телеобъективом 12° IFOV тепловизионной камеры FLIR T1030sc составляет 0,20 миллирадиан. С этим объективом та же тепловизионная камера может точно измерить температуру цели того же размера с расстояния почти 17 метров.

Посмотрите, нужно ли вам подъехать ближе

Тепловизионные камеры явно превосходят точечные пирометры, когда речь идет о значениях SSR, но значения SSR относятся только к расстоянию, с которого можно выполнить точное измерение температуры. В реальной жизни обнаружение горячей точки не всегда требует точных показаний температуры. Горячая точка может быть различима на тепловом изображении, даже если цель покрывает только один пиксель на тепловом изображении. Показания температуры могут быть не идеальными, но горячая точка обнаружена, и оператор может подойти ближе, чтобы убедиться, что цель покрывает больше пикселей на ИК-изображении, гарантируя правильность показаний температуры.

Точечные пирометры

также имеют проблемы с измерением температуры на небольших объектах. Эта возможность становится все более важной для контроля электроники. По мере того, как устройства продолжают увеличивать скорость обработки, но при этом должны помещаться в меньшие корпуса, поиск способов рассеивания тепла и выявления горячих точек становится реальной проблемой.