По типу исполнения пирометры различаются на переносные и стационарные. Последние используются на крупных промышленных предприятиях для очень точного и непрерывного контроля за технологическим процессом, например при производстве расплавов пластиков и металлов. Переносные пирометры популярны в быту и в качестве портативных термометров на различных производствах, они наглядно представляют информацию о температуре на дисплее в текстовом или графическом виде.

Устройство и функционирование современного инфракрасного пирометра можно описать следующим образом. Тепловой луч, принятый прибором, фокусируется оптической системой, и затем попадает на датчик температуры (это первичный пирометрический преобразователь), на выходе пирометрического преобразователя получается в результате электрический сигнал, значение которого пропорционально значению температуры исследуемого объекта. Полученный от датчика сигнал проходит далее через электронный преобразователь (это вторичный пирометрический преобразователь), и попадает в измерительно-счетное устройство и в нем обрабатывается. Результат вычислений отображается на дисплее, в наиболее популярных моделях — в виде цифр.

Так, для получения точного значения температуры поверхности исследуемого объекта, пользователю достаточно лишь включить прибор, навести его на исследуемый объект и нажать на пусковую кнопку. Результат измерения отобразится на дисплее в виде цифр или графически в виде разноцветного изображения, где спектрально области низких, средних и высоких температур будут выделены разными цветами.

Основные технические характеристики пирометров:

оптическое разрешение (выпускаются модели с разрешением от 2:1 до 600:1);

разрешение измерения — типичные значения 0,1° C или 1° C;

точность измерения (оптимальной считается ± 1,5%);

быстродействие (современные пирометры требуют не более 1 секунды);

коэффициент излучения — может быть настраиваемым или фиксированным;

способ нацеливания — лазерный целеуказатель или оптическое наведение.

Наиважнейшими параметрами пирометров являются настройка степени черноты объекта и оптическое разрешение (показатель визирования) прибора. Оптическое разрешение пирометра характеризуется отношением расстояния от пирометра до поверхности тела к диаметру круглого пятна на поверхности тела (область точного измерения температуры ограничена этим пятном ), температура которого измеряется.

Так, если требуются температурные измерения с небольшого расстояния, применяют пирометр с небольшим разрешением, например, 4:1, а если измерения планируется проводить с нескольких метров, то разрешение должно быть побольше, чтобы посторонние объекты не попали в поле зрения прибора. Зачастую пирометры оснащаются лазерным целеуказателем для более точного наведения прибора на исследуемый объект.

Степень черноты или коэффициент излучения материала характеризует отражающую способность самого материала, температура которого дистанционно измеряется пирометром. Для инфракрасного термометра, коими и являются популярные сегодня пирометры, данный показатель крайне важен. Он определяет отношение излучаемой исследуемой поверхностью энергии к энергии излучаемой абсолютно черным телом при той же температуре, и значение данного параметра лежит в диапазоне от 0 до 1. Так, окисленная сталь обладает степенью черноты 0,85, а полированная — 0,075.

На многих торговых интернет-площадках, да и в магазинах электроники, сегодня широко представлены портативные пирометры с лазерным нацеливанием, которые отлично подойдут для бытовых нужд, а также специальные медицинские пирометры на замену ртутным градусникам. Для промышленных же целей применяются более точные и более дорогие пирометры, обладающие кроме прочего вспомогательными средствами передачи информации и возможностью соединения с компьютером и специальными устройствами.

Источник

Инфракрасный термометр – прибор для умных людей. Часть 1

Температура является важнейшей физической величиной, для измерения которой придуманы многочисленные методы. В данной статье рассмотрен бесконтактный способ измерения температуры при помощи инфракрасного термометра MT4004.
С одной стороны, прибор очень прост в эксплуатации: наведи термометр на объект, нажми на кнопку – получишь результат, и твоя мечта осуществится! Так пела группа “Технология”.
Но что же ты не рад?

Все потому, что владелец термометра должен обладать некоторыми знаниями, чтобы правильно определять (но ещё лучше – сравнивать) температуру и умело использовать прибор. А термометр поможет уменьшить его расходы и даже спасти жизнь.
Об этих знаниях, практическом применении и тонкостях в работе с инфракрасным термометром рассказано в статье. Не обойдется без волнительного разбора прибора с изучением его внутренностей.

Можно ли проверить работоспособность пульта дистанционного управления при помощи термометра?
Считается, что пчелы и бабочки находят цветок по запаху или цвету. А как вам “тепловая” версия?
Как термометр поможет в уменьшении расхода топлива автомобиля?
Дуть или не дуть, чтобы остудить чай или суп (заявка на премию)?
Почему при кормлении ребенка берут кашу с края тарелки?
Как измерить среднюю температуру по больнице?
Измеряет ли пирометр температуру воздуха?
Как найти трубки (кабель) теплого пола?
Почему мы мёрзнем при ветре?

Змеи, кнопки и парадокс чайника

Если не брать в расчет различные виды производства с соблюдением технологических режимов, то абсолютное большинство людей точно знает лишь несколько значений температур: плавления льда, тела здорового человека, кипения воды.
Но даже эти знакомые всем цифры 0, 36,6 и 100 имеют отклонения. Температура тела в разных местах отличается, температура кипения воды зависит от атмосферного давления и т. д.
Температура всего остального нас волнует на уровне “жарко-холодно” и главное, чтобы она не выходила за привычные рамки.

Определить температуру на расстоянии человек может косвенным образом через органы слуха (зашипело), обоняния (сгорело) и зрения (убежало).
Но основной канал, это 16 000 тепловых рецепторов, разбросанных по всему телу, благодаря чему он чувствует тепловое излучение от Солнца, костра и батареи отопления.
Гремучие змеи имеют два рецептора, обладающих более высокой, чем у человека чувствительностью в инфракрасном диапазоне, что позволяет им охотиться в полной темноте.

Чтобы расширить свои возможности по дистанционному измерению температуры, человек изобрел инфракрасный термометр, одним из представителей которого является модель МТ4004, позволяющая производить быстрое измерение температуры поверхности.

Чайник, это не только характеристика начинающего специалиста. Этим словом также именуют емкость для нагрева воды.
Измерим температуру кипящего чайника. К сожалению, струя свистящего пара на фотографии не наблюдается, но она есть (как тот суслик, которого не видно). Из показаний прибора и зависимости температуры кипения от высоты можно подумать, что измерения производятся на высоте 22,5 км. Но на самом деле, все происходит гораздо ниже, так как виден оператор без скафандра.

Если этот же чайник использовать в походах, то в зависимости от степени его закопчености, при кипении воды температура корпуса возрастет до 95. 98 градусов.
Что изменилось кроме сажи, появившейся на стенках сосуда?
Парадоксальное на первый взгляд явление объясняется просто. При одной и той же температуре различные поверхности излучают по-разному: одни сильнее, другие – слабее.

Изучение инфракрасного излучения и сложности его измерения

Радиация, это излучение, которое может быть ионизирующим, тогда для его измерения применяются дозиметры, которые будут рассмотрены позже. В сегодняшнем рассказе под радиацией понимается тепловое (инфракрасное) излучение, которое измеряется радиационным пирометром.

Хотя человечество использовало тепловое излучение гораздо раньше его открытия в 1800 году, интенсивное изучение инфракрасного диапазона электромагнитных волн началось именно с этого момента благодаря английскому астроному Уильяму Гершелю.

В диапазоне температур от абсолютного нуля (не включительно) до планковской, все тела испускают излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитных волн.
По закону Стефана – Больцмана, полная объёмная плотность равновесного излучения и полная испускательная способность абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени температуры.
Значит, измерив мощность излучения можно определить температуру поверхности.
Но кроме того, что чувствительный элемент радиационного термометра не работает во всём диапазоне излучения, имеется ряд других но…
1. В законе Стефана – Больцмана имеется ввиду общее количество излучаемой энергии. Распределение энергии по спектру излучения описывается в формуле Планка, сформулированной в 1900 году. Даже при одной температуре, излучение состоит из множества излучений, имеющих разную длину волн, но при этом в спектре имеется единственный максимум.
2. Положение максимума в спектре зависит от температуры объекта и определяется законом смещения Вина. Пример: в видимом диапазоне при нагреве металла он становится красным, а при повышении температуры область излучения “уходит” в область высоких частот, изменяя цвет до синего, что используют в своей работе кузнецы и термисты.
Выражение “довести до белого каления” означает – очень сильно разогреть. И нежелательно это делать с людьми.
Для нас важно то, что с изменением температуры объекта, мощность теплового излучения на рабочей частоте датчика (приемника) термометра изменяется, и это необходимо учитывать при измерениях, особенно для приборов с широким диапазоном измерения.
3. По закону излучения Кирхгофа, отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.
Обратите внимание на слова “при данной температуре”. Для разных температур этот коэффициент различен – даже у одного тела.
Черное тело поглощает все падающее на него излучение, следовательно, его коэффициент излучения также равен единице.
С точки зрения термодинамики все остальные реальные тела являются не черными, а серыми (даже в том случае, если для нас они кажутся черными или невидимыми) – они имеют способность к поглощению меньше единицы, а следовательно, коэффициент их излучения также меньше единицы.
На начальном изучении теплового излучения различных материалов, данный факт был продемонстрирован в 1804 году при помощи заполненного горячей водой полого куба Лесли, у которого вертикальные стенки покрыты слоем различных материалов: золота, серебра, меди и сажи. Сторона сажи (близка к черному телу) имеет мощность излучения намного больше, чем трех других.
В чайнике, который был показан выше, нет золота и серебра, но суть процессов аналогичная.

Питер ван Мушенбрук (автор первого конденсатора под названием “лейденская банка”) в 1731 году изобрел оптический пирометр, в котором температура объекта определялась по цвету и яркости.

В данном обзоре рассматривается радиационный термометр, в котором измеряется мощность (интенсивность) теплового излучения в одной полосе спектра излучения, на основании чего вычисляется значение температуры.
Также существуют пирометры спектрального отношения (цветовые), имеющие несколько приемников, работающих в разных частях спектра. Их принцип работы основан на зависимости энергетической яркости от температуры сразу в нескольких областях спектра.

Первый переносной пирометр появился в 1967 году. С тех пор происходит улучшение массогабаритных характеристик, точности измерений и возможностей.

Прибор и его разбор

40 грамм – таков результат взвешивания термометра, габаритные размеры которого 86,5х19,4х14,8 мм сравнимы с моим безымянным пальцем и лишь немного превышают размер элемента питания формата АА.

С одной стороны, для такой малютки масса достаточно большая, но металлический корпус, кроме красоты, солидности и крепости имеет другую важную функцию – позволяет прибору максимально быстро набрать температуру окружающей среды, что улучшает точность измерения.
Миниатюрный размер корпуса позволяет производить измерения в таких местах, куда доступ другим пирометрам затруднён или невозможен.

У людей большая масса определяется качественным питанием. А что питает инфракрасный термометр?
Батарея питания состоит из двух щелочных (марганцево-цинковых) элементов типа LR44, аналоги: L1154, A76, G13, (типоразмер 357) с напряжением 1,5 вольт и ёмкостью 150 мА·час.
С серебряно-цинковыми элементами типа V357, SR44, имеющими рабочее напряжение 1,55 вольт и ёмкость до 200 мА·час работа инфракрасного термометра не проверялась.
В качестве эксперимента, были испытаны воздушно-цинковые элементы питания ZA675 (PR44) с напряжением 1,4 вольта и ёмкостью 650 мА·час! При проверке напряжения обнаружилось, что только что приобретенный элемент, годный до июля 2017 года, вырабатывает всего лишь 1,01 вольта. Первая мысль была вернуть их продавцу, но пришла вторая, которая помогла найти интересный фильм. Про низкое напряжения в нём явно не сказано, но после отклейки защитной пленки, препятствующей поступлению воздуха, напряжение стало увеличиваться и через пару-тройку минут возросло до 1,4 вольта, что является нормой для данного типа элементов питания — интересный факт, малоизвестный широкой публике.

Элементы устанавливаются в отсек, доступ к которому открывается после откручивания хромированной крышки.
Маркировка элементов питания и правильная установка показаны на картинке внутри отсека.

На внутренней стороне крышки имеется серийный номер изделия. Номерная часть наклеена не на основную деталь прибора, но её наличие придает изделию солидность.

На корпусе прибора имеется обозначение “CE”, что подтверждает соответствие продукции европейским стандартам безопасности для человека, имущества и окружающей среды.

Изучение внутренностей корпуса приводит к мысли, что плату прибора можно извлечь только через батарейный отсек.
Попытка зацепить пластмассовую обойму, окружающую элемент питания Г-образной проволокой, не увенчалась успехом. Причина в том, что защитное стекло, закрывающее ЖК-индикатор прибора, установлено вровень с металлическим корпусом и препятствует началу движения.

На этом пластмассовом “стеклышке” видны боковые фиксаторы, поэтому возникла идея, что для разборки необходимо сковырнуть его наверх. Попытка реализовывалась при помощи тонкого канцелярского лезвия, затем (при появлении щели) обычного ножа, и в конце использовалась тонкая отвертка.
Результат операции: повреждено два лезвия канцелярского ножа (не жалко), сломан один фиксатор на стекле (жалко), на стекле появились царапинки (сильно жалко), термометр немножко потерял свой товарный вид (огорчительно). Именно поэтому разбор устройства желательно делать по окончанию всех экспериментов с фотографированием.
После того, как отвертка проникла между защитным стеклом и индикатором, противоположная стенка защитного стекла “провалилась” внутрь металлического корпуса… Стало понятно, что конструктором данного изделия использовано решение, которое заставляет им восхищаться (конструктором).
Разборка производится не просто, а гениально просто! Никаких приспособление не нужно, фиксация происходит за счёт пружинящих свойств пластмассовой гильзы и токосъёмника, приподнимающих защитное стекло в вырез смотрового окна.

Чтобы разобрать термометр МТ4004 необходимо:
1. извлечь элементы питания;
2. опустить резиновый толкатель кнопки ниже корпуса для облегчения последующего выталкивания;
3. надавить пальцем на защитное стекло индикатора так, чтобы оно опустилось ниже корпуса и вытолкнуть внутреннюю часть прибора через батарейный отсек.

После извлечения пластмассовой гильзы имеем следующую картинку, где в том числе видны воздушно-цинковые элементы питания с отверстиями для поступления воздуха, а также стеклышко с отломанным ушком.

Обратная сторона гильзы.
Контроллер выполнен в безвыводном исполнении и залит компаундом.
Плата покрыта лаком, нанесена бумажная маркировка на контроллер, а также обозначение маркером на плате.
Помимо мелочевки, из опознаваемых деталей имеются:
93C46V1 – микросхема последовательного EEPROM с организацией 64 регистра по 16 бит или 128 регистров по 8 бит, общая ёмкость 1 024 бит. Напряжение питания от 1,8 до 5,5 вольт. Программа в такой объём поместиться не может. Скорее всего, в ней записаны константы для калибровки конкретного датчика.
Прямоугольный конденсатор сравнительно большого размера с обозначением 104J63, что расшифровывается как 0,1мкФх63В.
Кнопка включения “ON”.
Один винт отсутствует, так как в обойме не предусмотрено место для его крепления.

Судя по внешнему виду, в качестве чувствительного элемента, в термометре использован аналоговый датчик, похожий на TPS333, работающий в диапазоне от 5 до 14 мкм (µm).

На другой стороне платы расположены: ЖК-индикатор, кварц на 32 768 Гц и кнопка “C/F” (её корпус выше. чем у кнопки “ON”).

К качеству пайки, сборке и монтажу претензий не имеется, всё выполнено на высоком уровне.

Во второй части ожидаются интересные эксперименты с использованием данного термометра.
Фотоальбом “Инфракрасный термометр” с многочисленными фотографиями, в том числе, и не вошедшими в обзор инфракрасного термометра.
Ссылка на страницу, где можно познакомиться с техническими характеристиками, различными способами применения и приобрести инфракрасный термометр МТ4004.

Источник

Выбираем бесконтактный градусник: топ-5 лучших моделей

В отличие от обычных ртутных или спиртовых градусников, бесконтактные термометры позволяют измерить температуру мгновенно. CHIP расскажет, чем еще интересны такие устройства, и предложит пять лучших моделей.

фото: компании-производители, Андрей Киреев

Измерение температуры тела обычными градусниками может стать утомительным процессом, особенно, когда это приходится делать часто и самому больному. К тому же, при высокой температуре и слабом освещении людям с ослабленным зрением очень трудно рассмотреть узкую полоску на жидкостного термометра. На помощь может прийти цифровой термометр с ЖК-дисплеем, где температура показывается более наглядно. Но и они требуют довольно длительного процесса измерения и к тому же его точность зависит от плотности прилегания датчика к телу.

Хорошим решением для быстрого и точного измерения температуры тела является инфракрасный бесконтактный термометр, который в профессиональных кругах называют пирометр. Он позволяет за доли секунды выполнить замер и отобразить ее на большом ЖК-дисплее. В большинстве моделей экран имеет подсветку, поэтому увидеть уровень температуры можно даже с выключенным светом, чтобы не потревожить больного.

Как работает бесконтактный термометр

Устройство и функционирование современного инфракрасного термометра можно описать следующим образом. Тепловой луч, принятый прибором, фокусируется оптической системой и попадает на датчик температуры — первичный пирометрический преобразователь. На его выходе получается электрический сигнал, значение которого пропорционально значению температуры исследуемого объекта. Этот сигнал проходит через электронный преобразователь — вторичный пирометрический преобразователь, и попадает в измерительно-счетное устройство, обрабатывается в нем и результат этих вычислений отображается на дисплее в виде цифр.

Отметим, что изначально бесконтактные пирометры были предназначены для промышленных целей, например, для измерения температуры накаленного металла и других поверхностей. Следующим шагом стало использование таких датчиков в бытовых приборах, в том числе в микроволновых печах, где требуется точно выставить температуру нагрева пищи. Но если для технических целей точность измерения допустима ± 1 градус, то для медицинских измерений каждая десятая доля градуса на счету, ведь согаситесь, есть разница между температурой больного 36,6 и 36,9. Поэтому бесконтактные градусники отличаются от промышленных более точными датчиками, что отражается на их стоимости.

Инфракрасный бесконтактный термометр имеет следующие основные технические характеристики:

Как выбрать надежный инфракрасный термометр

Для точной работы градусника очень важно качество его комплектующих. Поэтому, если прибор сделан известной компанией, то можно рассчитывать на его точность и надежность. Конечно, большая часть продаваемых в России устройств сделаны в Китае, даже если на коробке написано «Designed of Japan». Но, по нашему опыту покупки гаджетов на AliExpress, и менее известные компании могут производить весьма качественные приборы измерения.

Чтобы выбрать надежный инфракрасный градусник, необходимо следовать нескольким правилам:

Источник