Пирометрия: теория и применение, инфракрасные пирометры




 

Термин Пирометр происходит от греческого корня пиро, что означает огонь. Термин пирометр первоначально использовался для обозначения устройства, способного измерять температуру объектов, превышающих уровень накала, объектов, ярких для человеческого глаза. Первоначальные инфракрасные пирометры были бесконтактными оптическими устройствами, которые улавливали и оценивали видимое излучение, испускаемое светящимися объектами.

Современным и более правильным определением было бы любое бесконтактное устройство, улавливающее и измеряющее тепловое излучение, испускаемое объектом, для определения температуры поверхности. Термометр, также от греческого корня термос, что означает «горячий», используется для описания широкого ассортимента устройств, используемых для измерения температуры. Таким образом, пирометр — это разновидность инфракрасного термометра. Обозначение радиационного термометра развилось за последнее десятилетие как альтернатива оптическому пирометру. Поэтому термины инфракрасный пирометр и радиационный термометр используются как синонимы во многих ссылках.

Проще говоря, радиационный термометр состоит из оптической системы и детектора. Оптическая система фокусирует энергию, излучаемую объектом, на детектор, чувствительный к излучению. Выходной сигнал детектора пропорционален количеству энергии, излучаемой целевым объектом (за вычетом количества, поглощаемого оптической системой), и отклику детектора на определенные длины волн излучения. Эти выходные данные можно использовать для определения температуры объектов. Излучательная способность или эмиттанс объекта является важной переменной при преобразовании выходного сигнала детектора в точный температурный сигнал.

Инфракрасные оптические пирометры, специально измеряющие энергию, излучаемую объектом в диапазоне длин волн от 0,7 до 20 микрон, являются разновидностью радиационных термометров. Эти устройства могут измерять это излучение на расстоянии. Нет необходимости в прямом контакте между радиационным термометром и объектом, как в случае с термопарами и резистивными датчиками температуры (RTD). Радиационные пирометры особенно подходят для измерения движущихся объектов или любых поверхностей, до которых нельзя дотянуться или к которым нельзя прикасаться.

Но преимущества радиационной термометрии имеют свою цену. Даже самые простые устройства дороже, чем сборка стандартной термопары или резистивного датчика температуры (RTD), а стоимость установки может превышать стоимость стандартной термогильзы. Устройства прочны, но требуют регулярного обслуживания, чтобы не допускать прицеливания и содержать оптические элементы в чистоте. Системы пирометров, используемые для более сложных приложений, могут иметь более сложную оптику, возможно, вращающиеся или движущиеся части, а также электронику на основе микропроцессора.

Для радиационных термометров не существует принятых в отрасли калибровочных кривых, как для термопар и термометров сопротивления. Кроме того, пользователю может потребоваться серьезно изучить приложение, чтобы выбрать оптимальную технологию, метод установки и компенсацию, необходимую для измеряемого сигнала, для достижения желаемых характеристик.

Термины «излучательная способность» и «коэффициент излучения» часто используются как синонимы. Однако есть техническое различие. Коэффициент излучения относится к свойствам материала; излучение к свойствам конкретного объекта. В этом последнем смысле излучательная способность является лишь одним из компонентов при определении излучательной способности. Необходимо учитывать другие факторы, в том числе форму объекта, окисление и качество поверхности.

Кажущийся коэффициент излучения материала также зависит от температуры, при которой он определяется, и длины волны, на которой проводится измерение. Состояние поверхности влияет на значение эмиттанса объекта, с более низкими значениями для полированных поверхностей и более высокими значениями для шероховатых или матовых поверхностей. Кроме того, по мере окисления материалов эмиттанс имеет тенденцию к увеличению, а зависимость состояния поверхности уменьшается.