Пірометрія: теорія і застосування, інфрачервоні пірометри




 

Термін Пирометр походить від грецького кореня піро, що означає вогонь. Термін пирометр спочатку використовувався для позначення пристрою, здатного вимірювати температуру об’єктів, що перевищують рівень напруження, об’єктів, яскравих для людського ока. Початкові інфрачервоні пірометри були безконтактними оптичними пристроями, які вловлювали і оцінювали видиме випромінювання, що випускається, які світяться,.

Сучасним і більш правильним визначенням було б будь-який безконтактний пристрій, вловлюють і вимірює теплове випромінювання, що випускається об’єктом, для визначення температури поверхні. Термометр, також від грецького кореня термос, що означає «гарячий», використовується для опису широкого асортименту пристроїв, що використовуються для вимірювання температури. Таким чином, пірометр — це різновид інфрачервоного термометра. Позначення радіаційного термометра розвинулося за останнє десятиліття як альтернатива оптичному пірометру. Тому терміни інфрачервоний пірометр і радіаційний термометр використовуються як синоніми в багатьох посиланнях.

Простіше кажучи, радіаційний термометр складається з оптичної системи і детектора. Оптична система фокусує енергію, що випромінюється об’єктом, на детектор, чутливий до випромінювання. Вихідний сигнал детектора пропорційний кількості енергії, випромінюваної цільовим об’єктом (за вирахуванням кількості, що поглинається оптичною системою), і відгуку детектора на певні довжини хвиль випромінювання. Ці вихідні дані можна використовувати для визначення температури об’єктів. Випромінювальна здатність або еміттанс об’єкта є важливою змінною при перетворенні вихідного сигналу детектора в точний температурний сигнал.

Інфрачервоні оптичні пірометри, спеціально що вимірюють енергію, що випромінюється об’єктом в діапазоні довжин хвиль від 0,7 до 20 мікрон, є різновидом радіаційних термометрів. Ці пристрої можуть вимірювати це випромінювання на відстані. Немає необхідності в прямому контакті між радіаційним термометром і об’єктом, як у випадку з термопарами і резистивним датчиками температури (RTD). Радіаційні пірометри особливо підходять для вимірювання рухомих об’єктів або будь-яких поверхонь, до яких не можна дотягнутися або до яких не можна торкатися.

Але переваги радіаційної термометрії мають свою ціну. Навіть найпростіші пристрої дорожче, ніж збірка стандартної термопари або резистивного датчика температури (RTD), а вартість установки може перевищувати вартість стандартної термогільзи. Пристрої міцні, але вимагають регулярного обслуговування, щоб не допускати прицілювання і містити оптичні елементи в чистоті. Системи пірометрів, використовувані для більш складних додатків, можуть мати більш складну оптику, можливо, що обертаються або рухомі частини, а також електроніку на основі мікропроцесора.

Для радіаційних термометрів не існує прийнятих в галузі калібрувальних кривих, як для термопар і термометрів опору. Крім того, користувачеві може знадобитися серйозно вивчити додаток, щоб вибрати оптимальну технологію, метод установки і компенсацію, необхідну для вимірюваного сигналу, для досягнення бажаних характеристик.
Терміни «випромінювальна здатність» і «коефіцієнт випромінювання» часто використовуються як синоніми. Однак є технічне відмінність. Коефіцієнт випромінювання відноситься до властивостей матеріалу; випромінювання до властивостей конкретного об’єкта. В цьому останньому сенсі випромінювальна здатність є лише одним з компонентів при визначенні випромінювальної здатності. Необхідно враховувати інші фактори, в тому числі форму об’єкта, окислення і якість поверхні.

Уявний коефіцієнт випромінювання матеріалу також залежить від температури, при якій він визначається, і довжини хвилі, на якій проводиться вимір. Стан поверхні впливає на значення еміттанса об’єкта, з більш низькими значеннями для полірованих поверхонь і більш високими значеннями для шорстких або матових поверхонь. Крім того, у міру окислення матеріалів еміттанс має тенденцію до збільшення, а залежність стану поверхні зменшується.