Виды пирометров: особенности, принцип работы и сферы применения

alexxlabРазное
Какие основные виды пирометров существуют. Как устроены и работают оптические и инфракрасные пирометры. В каких сферах применяются разные типы пирометров. Каковы преимущества и недостатки бесконтактных методов измерения температуры.

Содержание

Что такое пирометр и для чего он используется

Пирометр — это прибор для бесконтактного измерения температуры объектов. Он позволяет определять температуру на расстоянии, не соприкасаясь непосредственно с нагретой поверхностью. Принцип работы пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта.

Основные сферы применения пирометров:

  • Металлургия — контроль температуры расплавов, заготовок
  • Энергетика — диагностика теплового оборудования
  • Пищевая промышленность — контроль температурных режимов
  • Строительство — обследование теплоизоляции зданий
  • Пожарная безопасность — обнаружение очагов возгорания
  • Медицина — измерение температуры тела

Основные виды пирометров

Существует несколько основных видов пирометров, различающихся по принципу действия и конструкции:


Оптические пирометры

Оптические пирометры работают путем визуального сравнения яркости свечения нагретого объекта с яркостью нити накаливания эталонной лампы. Оператор настраивает ток лампы так, чтобы ее яркость совпала с яркостью объекта. По величине тока определяется температура.

Радиационные пирометры

Радиационные пирометры измеряют мощность теплового излучения объекта в широком диапазоне длин волн. Излучение фокусируется оптической системой на термоэлектрический приемник, сигнал которого пропорционален температуре.

Цветовые пирометры

Цветовые пирометры определяют температуру по соотношению интенсивностей излучения в двух различных спектральных диапазонах. Это позволяет исключить влияние коэффициента излучения поверхности.

Принцип работы оптического пирометра

Оптический пирометр состоит из следующих основных элементов:

  • Объектив для фокусировки излучения
  • Эталонная лампа накаливания
  • Светофильтр для выделения монохроматического излучения
  • Окуляр для наблюдения
  • Реостат для регулировки тока лампы
  • Амперметр для измерения тока

Принцип работы оптического пирометра:


  1. Наведение прибора на измеряемый объект
  2. Регулировка яркости нити лампы реостатом
  3. Визуальное сравнение яркости нити и объекта
  4. Фиксация значения тока при совпадении яркостей
  5. Определение температуры по градуировочной кривой

Устройство и работа инфракрасного пирометра

Инфракрасный (ИК) пирометр включает следующие основные компоненты:

  • Оптическая система для фокусировки ИК излучения
  • Инфракрасный датчик (термопара, болометр и др.)
  • Электронный преобразователь сигнала
  • Дисплей для отображения результата
  • Лазерный целеуказатель (опционально)

Принцип действия ИК пирометра:

  1. ИК излучение объекта фокусируется на датчик
  2. Датчик преобразует энергию излучения в электрический сигнал
  3. Сигнал усиливается и обрабатывается электроникой
  4. Результат выводится на дисплей в градусах температуры

Преимущества и недостатки бесконтактных пирометров

Основные преимущества пирометров:

  • Измерение температуры на расстоянии без контакта
  • Возможность измерения высоких температур (до 3000°C)
  • Высокое быстродействие
  • Возможность автоматизации измерений
  • Отсутствие влияния на температурное поле объекта

Недостатки пирометров:


  • Зависимость показаний от коэффициента излучения поверхности
  • Влияние загрязнений оптики на точность
  • Необходимость учета пропускания промежуточной среды
  • Сложность измерения температуры через стекло, пламя и т.п.

Применение пирометров в промышленности

Пирометры широко используются в различных отраслях промышленности для контроля технологических процессов и диагностики оборудования:

Металлургия

В металлургии пирометры применяются для:

  • Контроля температуры расплавов металлов
  • Измерения температуры заготовок при обработке
  • Диагностики футеровки печей и ковшей
  • Контроля процессов термообработки

Энергетика

В энергетике пирометры используются для:

  • Диагностики состояния теплоизоляции трубопроводов
  • Контроля температуры подшипников турбин
  • Обнаружения перегревов в электрооборудовании
  • Измерения температуры факела горения

Выбор пирометра для конкретных задач

При выборе пирометра необходимо учитывать следующие факторы:

  • Диапазон измеряемых температур
  • Требуемая точность измерений
  • Расстояние до объекта
  • Размер измеряемой области
  • Оптические свойства поверхности
  • Условия окружающей среды
  • Необходимость автоматизации

Для каждой конкретной задачи оптимальным может быть определенный тип пирометра. Например, для измерения температуры расплавов металлов подойдут оптические пирометры, а для обследования зданий — тепловизоры.


Перспективы развития пирометрии

Основные направления совершенствования пирометров:

  • Повышение точности и стабильности измерений
  • Расширение диапазона измеряемых температур
  • Уменьшение влияния внешних факторов
  • Развитие методов мультиспектральной пирометрии
  • Интеграция с системами машинного зрения
  • Создание портативных и миниатюрных устройств

Перспективным является развитие тепловизионных систем, позволяющих получать полную картину температурного поля объектов. Это открывает новые возможности для диагностики и контроля в промышленности.


Виды и типы пирометров | Средства измерения температуры нагрева металла

Измерители нагрева

Для измерения температуры нагрева металла применяют специальные приборы — пирометры различного типа.

Термоэлектрический пирометр

Термоэлектрический пирометр (термопара) представляет собой закрытую с одной стороны трубку 5 (рис. 4.23) из жаропрочного сплава, в которую вставлены изолированные друг от друга фарфоровыми втулками 4 две проволочки 1 и 6 из разных сплавов. Рабочие концы проволочек сваривают друг с другом, образуя ’’горячий спай” 7. Два других конца подключают к чувствительному милливольтметру или (при непрерывной регистрации температуры) самописцу.

Рис. 4.24. Оптический пирометр: 1 — объектив, 2 — лампочка, 3 — окуляр, 4 — миллиамперметр, 5 — реостат, 6 — матовое стекло

Под действием нагрева в горячем спае возникает электродвижущая сила, измеряемая милливольтметром 3. Для удобства использования шкалу прибора градуируют не в вольтах, а в градусах. В пирометрах, предназначенных для измерения температур до 900 ° С, термопара изготовлена из хромель-алюмелевых проволочек; для измерения температур до 1300 … 1400 ° С используют платинородиево-платиновую термопару. Пирометр, изготовленный нужной длины, вставляют горячим спаем в рабочую зону печи через отверстие 2 в ее своде или поде.

Рис. 4.23. Термоэлектрический пирометр: 1, 6 — проволочки, 2 — отверстие в своде или поде печи, 3 — милливольтметр, 4 — фарфоровые втулки, 5 — трубка, 7 — спай

Оптический пирометр

Оптический пирометр (рис. 4.24) является переносным прибором и предназначен дня периодическом проверки температуры нагреваемого металла. Принцип его действия основан на сравнении цветов нагретого металла и нити лампочки накаливания. При наведении пирометра на заготовку лучи от нагретого металла попадают в объектив 1 и проходят через матовое стекло 6 в окуляр 3 с красным светофильтром. Между матовым стеклом и окуляром установлена лампочка накаливания 2, яркость свечения которой регулируется реостатом 5. Яркость свечения должна быть такой, чтобы цвет нити полностью совпадал с цветом поверхности заготовки, т. е. нить на фоне заготовки должна как бы исчезать. В этот момент стрелка миллиамперметра 4, градуировка шкалы которого выполнена в градусах, покажет температуру нити лампочки, а следовательно,и металла заготовки.

Радиационный пирометр

Радиационный пирометр (ардометр) является наиболее современным прибором дня измерения температуры. Конструкция его аналогична конструкции оптического пирометра, но вместо лампочки устанавливается микротермопара. На ней с помощью оптической системы, состоящей из окуляра и объектива, фокусируют лучи от заготовки. Электродвижущая сила, возникающая в горячем спае термопары, регистрируется милливольтмером. Ардометры применяют для измерения температуры от 900 до 1800 °С.

При ручной ковке , допускающих деформирование в широком интервале температур, кузнецы определяют степень нагрева металла приближенно на глаз по цвету каления. Для черных металлов цвета каления соответствуют определенным температурам, выраженным в градусах Цельсия; освещение дневное, в тени.

Фотоэлектрический пирометр

Фотоэлектрическим пирометром (миллископом) измеряют температуру путем сравнения с помощью фотоэлемента интенсивностей излучения нагретого металла и нити эталонной лампы накаливания. Фотоэлектрические пирометры обладают высокими точностью и быстродействием, что позволяет эффективно применять их для контроля температуры в быстропротекающих процессах электроконтактного и .

Похожие материалы

общие сведения, виды, правила пользования

В промышленном производстве часто возникают ситуации, при которых нужно точно определить температуру объекта без прямого контакта с ним. Обычные способы не дают нужного результата, поэтому ученые изобрели различные пирометры для измерения температуры бесконтактным методом. Приборы сразу же начали широко применяться и стали незаменимыми устройствами.

  • Общие сведения о приборе
    • Преимущества и недостатки
    • Сферы применения
  • Устройство и принцип действия
  • Виды пирометров
    • Оптический аппарат
    • Инфракрасный радиометр
  • Правила пользования и техника безопасности

Общие сведения о приборе

Пирометр — это очень простой и удобный в работе прибор. Для того чтобы измерить температуру выбранного объекта, достаточно просто направить на него устройство. Оно мгновенно определяет степень нагрева и выдаёт показания.

Преимущества и недостатки

Прибор пирометр, как и большинство изобретённых устройств, имеют свои достоинства и недостатки. Они обуславливаются особенностями устройства и условиями применения.

К преимуществам можно отнести следующие:

  1. Простота конструкции и малые габариты. Пирометры используются довольно часто, поэтому малые размеры позволяют носить их даже в самом небольшом кармане или специальной сумке.
  2. Низкая стоимость. Использование минимального количества деталей в конструкции позволяет производителям выпускать приборы в большом объёме и продавать их по низкой цене.
  3. Высокая надёжность. Аппарат отличается хорошей работоспособностью, что незаменимо при использовании его в экстремальных условиях.
  4. Широкий диапазон измерения. Большинство современных пирометров позволяют определять температуру объекта в пределах от 10 до 800 градусов.
    В выпущенных под конкретные задачи устройствах этот показатель может достигать и более высоких значений.

Кроме положительных сторон, есть и отрицательные. Их нужно учитывать при выборе и покупке прибора.

Среди недостатков можно выделить такие:

  1. Зависимость прибора от излучательной способности объекта. При измерении температуры у одинаково нагретого блестящего и тёмного предмета будут получаться разные показатели.
  2. Пирометр может выдавать неправильные показания из-за структуры поверхности объекта исследования, его физического состояния и наличия защитных покрытий.
  3. Откорректировать показатели и установить погрешность можно только на самых новых приборах. Старые аппараты такой функцией не обладают.
  4. На точность измерений влияет расстояние. Чем оно больше, тем выше вероятность выдачи неправильных показателей.

Сферы применения

Пирометры широко используются на производстве, где установлено много нагревательных приборов. С их помощью проверяется температура теплотрасс, бойлеров, паропроводов и обрабатываемых деталей. Электрики этим прибором проверяют степень нагрева кабелей, трансформаторов и мест соединения проводов, а металлурги — печей, станков, прессов.

Не обошли вниманием пирометр и автомастера. Им они проверяют нагрев электродвигателя и прочих деталей машины. В пищевой промышленности такие устройства используют для получения точных сведений о температуре хранения тех или иных продуктов питания.

Бесконтактные пирометры иногда используют для особых случаев. Среди них стоит отметить следующие:

  1. Необходимость провести быстрое измерение (при пожарах и прочих непредвиденных ситуациях).
  2. Исследование предметов или деталей, обладающих низкой теплоёмкостью.
  3. Следить за степенью нагрева объектов, к которым запрещено прикасаться руками или какими-либо устройствами.
  4. Измерение температуры тонкого поверхностного слоя изделия или очень маленькой его детали.
  5. Контроль за степенью нагрева заготовки при изготовлении деталей особой важности.
  6. Исследование объектов, которые работают от электрической энергии.
  7. Необходимость определения температуры быстро движущегося объекта.
  8. Проверка степени нагрева труднодоступных узлов или отдельных его деталей.

Устройство и принцип действия

Пирометр относится к приборам, которые позволяют измерять температуру объекта, находясь на расстоянии от него. В большинстве случаев они изготавливаются в форме, очень похожей на пистолет. В прибор встроен небольшой жидкокристаллический индикатор, на который поступают все сведения о проведённых измерениях, и выдаётся их результат.

К основным функциям устройства относятся:

  • вычисление и определение максимального, а также минимального значения среди нескольких проведённых измерений;
  • звуковое и визуальное оповещение при достижении заданной границы;
  • небольшой объём встроенной памяти для запоминания информации о проведённых замерах.

В современных устройствах предусмотрен USB-выход. С его помощью можно в кратчайшие сроки передавать данные на компьютер и сразу же обрабатывать их.

Пирометр состоит из таких деталей:

  • оптические приборы;
  • зеркало;
  • видоискатель и его ось;
  • измерительное устройство;
  • электронный преобразователь;
  • датчики;
  • корпус;
  • кнопки управления.

Все они обеспечивают нормальное функционирование аппарата и выдачу максимально точных результатов.

Принцип действия пирометра:

  1. Тепловые волны от объекта поступают в раструб устройства.
  2. Через него они поступают на датчик измерения температуры.
  3. В нём тепловая энергия преобразуется в электрический сигнал. Мощность последнего зависит от степени нагрева объекта. Чем она выше, тем больший показатель тока возникает на датчике.
  4. Затем сигнал поступает на электронный преобразователь, где он обрабатывается.
  5. Готовый результат выводится на жидкокристаллический экран.

Виды пирометров

Эти незаменимые в промышленности приборы выпускаются под потребности конкретного производства. Они разделяются на несколько видов:

  1. По принципу действия: оптические, инфракрасные. Первые разделяются ещё на два вида, которые называются цветовыми (сравнивают яркость объекта с другими областями спектра) и яркостными (исследуют степень излучения, идущего от детали, со значениями накала нити).
  2. По методу прицеливания: с оптическим и лазерным наведением.
  3. По коэффициенту излучения: постоянные и переменные.
  4. По методу перемещения: мобильные, стационарные.
  5. По измеряемым показателям: высокотемпературные (для определения показателей выше +400 градусов по Цельсию) и низкотемпературные (для измерения до 30 градусов ниже ноля).

Оптический аппарат

Такой пирометр считается одним из наиболее часто используемых. Он производит измерения в диапазоне инфракрасных лучей и видимого света. Состоит прибор из следующих деталей:

  • объектив;
  • лампа;
  • ослабляющий светофильтр;
  • нить накаливания;
  • реостат;
  • милливольтметр;
  • рычаг реостата;
  • монохромный светофильтр;
  • окуляр;
  • различные рукоятки для управления реостатом и всем прибором.

В основе принципа работы устройства лежит сравнение степени яркости излучения, исходящего от объекта с таким же показателем нити накаливания. Последний параметр определяется производителем и закладывается в память пирометра.

Оптический аппарат действует так:

  1. Исходящий от исследуемой детали свет попадает в объектив прибора.
  2. Через него он поступает в окуляр.
  3. Рабочий видит выдаваемую степень яркости и сравнивает её с аналогичным показателем температурной лампы. Весь процесс выполняется в монохроматическом свете, который создаётся при помощи специального светофильтра.
  4. Температура определяется с помощью милливольтметра. На нём нанесена специальная разметка, которая учитывает степень накала нити.

Инфракрасный радиометр

Этот вид пирометра работает на основе радиационного способа и в ограниченном интервале инфракрасного излучения. Для удобства пользования аппарат снабжён специальным лазерным указателем. Он помогает навести прибор на конкретное место детали и измерить его температуру.

Инфракрасный пирометр состоит из таких компонентов:

  • диафрагма;
  • объектив;
  • кожух из меди;
  • корпус;
  • лампа;
  • светофильтр;
  • окуляр;
  • накал;
  • милливольтметр.

Принцип действия прибора основан на улавливании теплового излучения, идущего от горячего объекта, и фокусировке чувствительным элементом, соединённым с термопарой.

Работает прибор таким образом:

  1. Включённый пирометр наводится на изучаемую деталь так, чтобы она оказалась в объективе и полностью закрыла от глаз человека другие предметы.
  2. Окуляр передвигается и достигается максимальная чёткость изображения. При этом важно использовать светофильтр. Он не только позволит более точно выполнить измерения, но и убережёт глаза от вредного воздействия яркого света.
  3. Тепловое излучение поступает на чувствительный элемент прибора. Она изготовлен в виде пластинки из платины.
  4. К ней припаяны термопары, которые нагреваются в зависимости от температуры объекта.
  5. Она измеряется, и результат выдаётся на экран прибора.

Правила пользования и техника безопасности

Перед использованием пирометра необходимо подробно изучить его инструкцию. Это поможет не только лучше понять принцип работы, но и убережёт от большинства проблем, которые могут возникнуть во время эксплуатации.

Основные правила:

  1. Прибор включается, и его раструб направляется в сторону объекта исследований.
  2. Определяются пределы измерений.
  3. Выдаётся полученная информация.
  4. Данные записываются в память устройства или на любой внешний носитель.

Прибор очень прост, и работать с ним сможет даже тот человек, который первый раз держит его в руках.

Кроме правил пользования, нельзя забывать и о технике безопасности. Нужно соблюдать такие меры предосторожности при работе с прибором:

  1. Запрещается направлять пирометр в глаза человека. Лазерный луч, который исходит от него, может вызвать ожоги и прочие повреждения органов зрения.
  2. Хранить прибор нужно в недоступном для детей месте. Если этого не сделать, то малыш случайно может наткнуться на него и использовать в качестве игрушки. При этом малейшая неосторожность может привести к повреждениям различной степени тяжести.
  3. Запрещается класть прибор на горячую поверхность.
  4. После исследования сильно разогретой поверхности контактная измерительная головка становится довольно горячей. Из-за неосторожного обращения с ней можно получить ожог.
  5. Нельзя опускать аппарат в воду, так как он не герметичен. Такая неосторожность может испортить пирометр или способствовать неправильной его работе.
  6. Запрещается прикасаться к исследуемому объекту прибором, руками или любыми другими частями тела.

Пирометр — это полезное устройство, которое даёт возможность определить температуру бесконтактным методом. Если всё правильно сделать и соблюсти рекомендации профессионалов, то можно быстро выполнить требуемые измерения и получить максимально точные результаты. Во время работы нельзя забывать и о личной безопасности.

Различные типы пирометров и их преимущества

by BANTI SINGH •

Пирометр — это термометр , измеряющий температуру на расстоянии. Он используется во многих отраслях промышленности для измерения температуры объекта или материала без контакта с ним. Пирометры используются в промышленных процессах, таких как производство стали и стекла, для измерения температуры расплавленных металлов или горячего стекла.

Такие приборы, предназначенные для измерения высоких температур, называются пирометрами, они в основном бывают двух типов.

1. Оптический пирометр 

Оптический пирометр широко используется для точного измерения температуры расплавленных металлов и других горячих веществ в печи. Они часто используются в диапазоне от 1000 до 5000°F.

{tocify} $title={Table of Contents}

Конструкция и работа оптического пирометра

Он состоит из линзы объектива, к которой крепится колба. В качестве источника излучения выступает нить накала лампочки, после лампочки идет красный светофильтр и окуляр. Для нагрева нити накаливания в колбе регулятор тока батареи и предмет в его ряду создают реальное изображение предмета на нити накала. На заднем плане этого изображения нить накала просматривается через красный фильтр через окуляр.

Если значение тока, протекающего через нить, меньше, то нить выглядит черной относительно изображения. Если значение тока, протекающего в нити накала, велико, то появляется свечение.

Ток в нити регулируется таким образом, чтобы яркость изображения нити и объекта становилась одинаковой. Это значение ветра определяется амперметром. Температуру нити можно рассчитать по формуле i = a + bt + at.

2. Радиационный пирометр

Этот прибор изготовлен или изготовлен для измерения очень высоких температур, в этих приборах тепло измеряется излучением, эти приборы называются радиационными пирометрами.

Конструкция и работа

Пирометром собираем горячее излучение, идущее от вещества, с помощью вогнутого зеркала на бязевой пластине, задняя поверхность которой контактирует с измерительной функцией термопары, благодаря чему излучение на нем повышается температура.

А в цепи создается ЭДС, считанная с М.В. подключен к цепи. При этом можно произвести расчет горячего вещества.

Преимущества

Основным преимуществом этого термометра является то, что нагретое вещество не должно находиться в контакте с ним, поэтому нет определенного ограничения диапазона температур. Он может измерять температуру от 800°C до 3000°C и до 4000°C.

Недостатки

Этот прибор нельзя использовать для измерения температур ниже 800°C, так как интерференционное излучение при этих температурах настолько низкое, что его точное измерение невозможно.

>Тип системы контроля уровня жидкости

Метки: Примечания по гидромеханике Измерительные приборы

Что такое пирометр? Типы пирометров с объяснением — LSTC

Артикул