Как работает лазерный измеритель температуры
Перейти к содержимому

Как работает лазерный измеритель температуры

  • автор:

Как это работает. Бесконтактный термометр

Как это работает. Бесконтактный термометр

Бесконтактные, или инфракрасные, термометры измеряют температуру тела на расстоянии. В пандемию они приобрели особую популярность и сдавать позиции не собираются. Неудивительно, что такой девайс появляется в домашних аптечках по всему миру – всего одно нажатие на кнопку и через пару секунд температура отображается на дисплее.

Как появились бесконтактные градусники, действительно ли они точно определяют температуру тела и как они это делают – в нашем материале.

История появления «измерителя жара»

Прообразом бесконтактного термометра принято считать устройство из XVIII века. Его создателем стал голландский физик Питер ван Мушенбрук. Во время опытов по тепловому расширению твердых тел в 1731 году он изобрел прибор, который мог измерить температуру раскаленного объекта по мощности его излучения. Новинку прозвали пирометр, от сочетания двух греческих слов – «огонь, жар» и «измеряю». Конечно, современные пирометры сильно расширили свой диапазон работы и могут определять даже отрицательные температуры. Кроме того, уже в 1960-х годах появились переносные, более миниатюрные модели пирометров. Однако, принцип остался практически тем же – измеряется мощность исходящего от объекта теплового излучения, и из этого делается заключение о температуре объекта.

pyrometer.jpeg
Пирометр Мушенбрука

Сегодня промышленные пирометры очень популярны – они используются для измерения температуры не только на предприятиях, но и везде, где необходим температурный контроль за производственными процессами. Например, пирометр может измерить температуру даже раскаленного предмета без необходимости как-то дотронуться до него. Идея дистанционного определения температуры отлично подошла и для медицинских целей – при измерении температуры тела. Возможность сделать это бесконтактно стала особенно актуальна в эпоху коронавирусной инфекции. Такие устройства стали более популярны среди населения, приобретались массово школами, поликлиниками, торговыми центрами и т.д. Так, холдинг «Швабе» оснастил бесконтактными термометрами российские школы, а также около 30 тыс. приборов в самый разгар пандемии, летом 2020 года, поставил в Центральную избирательную комиссию для использования на избирательных участках общероссийского голосования.

Устройство и принцип работы

Итак, пирометры и бесконтактные термометры работают на основе определения мощности излучения, в данном случае – инфракрасного. Если сказать по-научному, то в основе принципа их действия лежит закон Стефана-Больцмана, описывающий зависимость плотности и мощности излучения тела от его температуры.

Устройство и работу таких приборов можно описать следующим образом. Тепловое излучение от объекта вначале считывается датчиком, или первичным пирометрическим преобразователем. Он превращает эту информацию в электрический сигнал, который направляется во вторичный пирометрический преобразователь, а затем попадает в измерительно-счетное устройство. Обработанный результат выводится на дисплей прибора.

В промышленных пирометрах, которые измеряют температуру в диапазоне от −50 до +380 °С, погрешность составляет порядка 1,5 °С. Медицинские бесконтактные градусники работают в более узком диапазоне, который равен температуре человеческого тела: от +34 до +42,9 °C, но при этом их точность более высокая – погрешность на уровне 0,3 °С.

MyCollages (7).jpg

Использовать инфракрасный термометр очень просто, справиться с этим может любой. Чтобы замерить температуру, нужно навести термометр на объект примерно на расстоянии десяти сантиметров и нажать кнопку. Участком для измерений чаще всего выступает лоб или же запястье руки. Таким способом очень легко и всего за пару секунд температура определяется как у взрослых, так и у детей. В наши дни практически каждый ощутил на себе все преимущества подобного скрининга.

При всей несложности данной операции подходить к выбору модели термометра стоит серьезно. Только сертифицированный, откалиброванный прибор может показать достоверные результаты и прослужить долгое время. Рекомендуем обратить внимание на новую модель ТБ-А01 от холдинга «Росэлектроника». Уже совсем скоро устройство появится в продаже на крупных маркетплейсах. ТБ-А01 измеряет температуру всего за пять секунд, при определении повышенной температуры экран прибора становится красным. Термометр запомнит до 99 последних измерений, что позволяет отслеживать динамику состояния больного. Данный бесконтактный термометр подходит как для домашней аптечки, так и для медицинского использования.

Развенчиваем мифы: ртутный или инфракрасный?

При всем удобстве использования бесконтактных термометров, все еще находятся те, кто предпочитает традиционные ртутные градусники, считая их более точными. При этом, в пользу отказа от ртутных моделей говорит и тот факт, что это просто опасно. В одном градуснике содержится до 1,5 грамма ртути. К примеру, если это содержимое попадет в озеро, то вся рыба в нем будет отравлена. В нашей стране производство ртутных термометров приостанавливается – еще в 2014 году Россия присоединилась к конвенции о запрете бытовой ртути.

Чтобы разобраться в уровне точности термометров, стоит обратиться к научным исследованиям на данную тему, которых было проведено немало. Медики постоянно организуют научные исследования, в которых сравнивают точность различных видов градусников между собой. На сегодняшний день самым авторитетным научным анализом специалисты признают обзор в журнале Internal and Emergency Medicine, в котором изучены около 40 исследований с участием более 12 тыс. пациентов. Сравнивались несколько видов бесконтактных термометров, а также электронные и ртутные. В общем зачете на первом месте по точности оказались модели бесконтактных инфракрасных термометров и только затем контактные – ртутный и электронный.

Сегодня даже в поликлиниках и больницах температуру измеряют электронными термометрами, отказываясь от ртутных, а после пандемии, медучреждения и вовсе переходят на более удобные и безопасные бесконтактные инфракрасные градусники. К тому же время измерения температуры снизилось с 8-10 минут до 10 секунд.

События, связанные с этим

«Биотехмед 2022»: новинки от Ростеха

Принцип работы лазерного измерителя

Laser Liner

Лазерный измеритель температуры поверхности является компактным пирометром, применяемым для исследования температуры поверхности предмета на небольшом расстоянии, без прямого контакта с исследуемым объектом. Прибор измеряет мощность электромагнитного излучения предмета. После все данные обрабатываются и результаты выводятся на цифровой экран.

Типы и классификация

Весь ассортимент электронной техники разнится по нескольким критериям.

По методике работы:

  • Оптические , которые работают в диапазоне ИК и видимого излучения.
    • Яркостные . Они визуально определяют температуру, сопоставляя излучение предмета с излучением эталонной нити.
    • Мультиспектральные (другие названия: спектрального отношения, цветовые). Приборы позволяют исследовать температуру объекта на основе результатов его теплового излучения в разных участках спектра.

    По типу прицела:

    • Лазерные . Внутри в ИК-пирометрах встроен луч лазера для точного наведения на объект. Он также показывает реальный размер области измерения.
    • Оптические . Используется качественная оптика для изучения температуры объектов на большом расстоянии.

    По температурному диапазону:

    • Высокотемпературные измеряют температуру +400°С и больше.
    • Низкотемпературные . Могут выполнять замеры отрицательных температур от -50°С.

    По коэффициенту излучения:

    • Фиксированный коэффициент. Большая часть окружающих нас объектов имеет коэффициент излучения около 0,95. Это вода, керамика, продукты питания, дерево с глиной. В этом случае нет необходимости в дополнительной настройке пирометра.
    • Переменный коэффициент. Когда нужно измерить температуру металлической поверхности объекта, то важно вносить корректировку показателя коэффициента излучательной способности для достоверности исследования. Сам объект может быть сделан из пластмассы, но покрыт тонким слоем стали или алюминия.

    По возможности транспортировки:

    • Стационарные . Применяются в различных отраслях промышленности.
    • Мобильные . Чаще всего нужны в быту, где важна мобильность прибора.

    Технические характеристики

    Лазерным измерителям температуры поверхности свойственны следующие характеристики:

    • Оптическое разрешение − 2 до 600 dpmm.
    • Рабочий диапазон − от -50 до +4000°С.
    • Погрешность − ± 1,5% от показаний или ± 2°C/± 4°F
    • Коэффициент излучения регулируется от 0,1 до 1,0.

    В некоторых моделях оборудования есть дополнительные функции в виде сохранения измерений на внутреннюю память устройства, фиксации максимального и минимального показателя, переноса данных на ПК или флешку.

    Устройство и принцип работы

    Прибор определяет температуру без контакта с предметом. В основе лежит принцип исследования по тепловому излучению. Тепловой луч, взятый измерителем, фокусируется лазером или оптикой, попадая на датчик температуры. В итоге образуется электрический сигнал с результатом температуры анализируемого предмета.

    Принцип работы лазерного измерителя температуры прост. Достаточно навести лазер на изучаемый объект на расстоянии до 3-х метров. Главное условие – поверхность предмета не должна быть отражающей или полностью прозрачной. Использовать дополнительные устройства для замеров температуры с данным прибором не требуется. При этом лазерный измеритель температуры поверхности не обладает никаким вредным излучением.

    Область применения

    Лазерные приборы имеют широкое применение:

    • В пищевой промышленности (для измерения температуры посуды, горячих блюд).
    • В сталелитейной отрасли, металлургии, машиностроении, где исключен контакт с расплавом.
    • Для проверки работоспособности электрооборудования (при проверке систем кондиционирования воздуха, вентиляции либо отопления).
    • Во время ремонта нефтяных и газовых трубопроводов.
    • В гражданском, промышленном, военном строительстве.
    • В тепло- и электроэнергетике.
    • При обслуживании подшипниковых элементов, ДВС, составляющих компьютерной системы.

    Помимо этого, лазерные измерители температуры поверхности незаменимы при обследовании рефрижераторной техники, объектов инфраструктуры. Приобретают технику, исходя из намеченных задач. Измерительным оборудованием оснащают охранные и пожарные группы. Они важны для оценки температуры хранения пищевых продуктов и медпрепаратов.

    Компания Laserliner занимается разработкой и производством лазерных измерителей. В ассортименте представлены многофункциональные, удобные и надежные приборы с минимальной погрешностью. Продуктовая линейка представлена бытовым OrangeLine и промышленным BlackLine лазерным оборудованием. Точность измерений находится на тщательном контроле. Вся техника обязательно тестируется на оптоэлектронном оборудовании (РЭО) для достижения максимального результата.

    Принцип работы пирометров (инфракрасных термометров)

    Инфракрасные термометры предназначены для измерения температуры поверхностей различных объектов. Оптика прибора улавливает излученную, отраженную и переданную энергию и фокусирует её на детекторе. Электроника прибора измеряет величину этой энергии и преобразует её в цифровые показания температуры на экране прибора. Лазер, встроенный в прибор, используется только для точного целеуказания.

    Поле обзора

    При измерении убедитесь, что измеряемый объект больше, чем размер пятна, внутри которого проводится измерение. Чем меньше объект, тем ближе нужно располагать к нему прибор. Если точность измерения особенно важна, размер объекта должен превышать размер пятна по крайней мере в два раза.

    Расстояние и размер пятна

    При увеличении расстояния (D) до объекта, величина пятна (S), температура которого измеряется, также увеличивается.

    Нахождение горячей точки

    Для того, чтобы найти горячую точку, наведите пирометр на интересующую вас область и водите им вверх и вниз, пока горячая точка не будет найдена.

    Рекомендации

    а) Не используйте прибор для измерения температуры блестящих или полированных металлических поверхностей (нержавеющая сталь, алюминий и т. п.) – см. Коэффициент излучения.

    б) Прибор не может измерять температуру сквозь прозрачные поверхности, такие как стекло. Вместо температуры видимого сквозь стекло объекта будет измерена температура стекла.

    в) Пар, пыль, дым и т. п. между оптикой прибора и объектом могут снизить точность измерения.

    Коэффициент излучения

    Коэффициент излучения – это термин, используемый для описания свойств материалов при излучении ими энергии.

    Большинство (90% типичных случаев) органических материалов и окрашенных или покрытых оксидами поверхностей имеют коэффициент излучения 0,95, который установлен в приборе по умолчанию. Измерение блестящих или полированных металлических поверхностей будет неточным. Для проведения измерений покройте поверхность такого объекта клейкой лентой или чёрной матовой краской, а затем дайте такому покрытию время, чтобы приобрести температуру находящегося под ним объекта. После этого можно измерить температуру ленты или окрашенной поверхности.

    Типичные величины коэффициента излучения

    Коэффициент излучения

    Коэффициент излучения

    Виды и принцип действия пирометров

    Девушка измеряет температуру солнечной панели с помощью пирометра

    Если прикасаться к объекту небезопасно или он находится в труднодоступном месте, то для измерения температуры можно воспользоваться специальным детектором. При риске утечки тепла или холода, разрыва теплоизоляции, замеры производят дистанционно.

    На рынке представлен большой выбор пирометров для проверки поверхностей из разных материалов. Из статьи вы узнаете, какие существуют виды, их принцип работы и функционал. Это поможет определиться с выбором модели.

    Сферы применения

    • Металлообработка.
    • Электро- и теплоэнергетика.
    • Строительство.
    • Оценка работы электрооборудования.
    • Пищевая промышленность.
    • Проверка рефрижераторного оборудования.
    • Контроль температуры у человека.
    • Оценка объектов инфраструктуры.
    • Контроль соблюдения условий хранения.

    Пирометры бесконтактные востребованы на производствах с большим количеством нагревательного оборудования. В строительной сфере и теплоэнергетике высокотемпературные модели задействуют для определения теплопотерь элементов и конструкций, выявления повреждений теплоизоляционного слоя. В промышленности с помощью бесконтактных инфракрасных приборов дистанционно анализируют температуру различных процессов.

    Использование пирометра

    Бесконтактное устройство позволяет измерять на расстоянии, а контактный пирометр (градусник) обязательно прикладывается к объекту. Электрики такими измерителями проверяют нагрев проводов в местах соединения. В автосервисах приборами оценивают нагрев деталей. Устройства необходимы в опытных и исследовательских лабораториях для проверки параметров тел и веществ.

    В быту бесконтактным методом определяют нагрев тела, пищи и воды для купания (детский инфракрасный пирометр).

    Пирометр с аккумуляторами

    Виды пирометров

    В зависимости от функционала различают несколько типов устройств.

    По основному принципу действия приборы делят на:

    • Оптические — работают в спектре видимого света и ИК-излучения.
    • Радиометры или пирометры инфракрасные — применяют радиационный способ для инфракрасных волн. Это устройства полного излучения нагретого тела, которое включает видимое и невидимое испускание лучей. Для точности измерений в радиационных пирометрах применяют лазер.

    Оптические пирометры делятся на:

    • Яркостные — сравнивают цвет излучения объекта и встроенной нити.
    • Цветовые (мультиспектральные) — сравнивают яркость объекта в разных областях спектра.

    Пирометры спектрального отношения определяют цветовую температуру объекта относительно интенсивности излучения в двух участках гаммы. Показания приборов не зависят от излучаемой способности предмета, на точность не влияет запыленность, задымленность пространства.

    Модели частичного излучения относятся к оптическим, которые определяют температуру по интенсивности лучей с заданной длиной волны. Фотоэлектрические пирометры или ПЧИ непрерывно измеряют и регистрируют данные в автоматическом режиме.

    Оптические с исчезающей нитью измеряют энергию монохроматического излучения. Это яркостная температура при фиксированной длине волны. При измерении согласно схеме оптического пирометра сравнивают яркость тела и исчезающей нити фотометрического источника при длине волны 65 мкм.

    В зависимости от коэффициента излучения разделяют фиксированные и переменные. По применяемому способу наведения на цель выпускают лазерные пирометры, а также устройства с оптическим прицелом.

    По возможностям перемещения выделяют:

    • Стационарные — используются при изготовлении средств производства. Они обеспечивают постоянный контроль производственных процессов.
    • Мобильные или переносные — для бытовых нужд, когда требуется быстрое измерение. Портативные приборы обладают высоким оптическим разрешением. Можно приобрести настенные приборы для коллективного пользования сотрудниками предприятия.

    В зависимости от измеряемого диапазона приборы делят на:

    Применение пирометра в различных ситуациях

    • Высокотемпературные — от 400ºС и выше.
    • Низкотемпературные — подходят для измерения низких температур от -50ºС.

    Принцип работы

    Нагретые объекты выступают источниками инфракрасного излучения. При этом существует прямая связь — чем сильнее нагрето тело, тем мощнее излучение. Люди не видят ИК-излучение, а пирометры инфракрасные определяют лучи, и по их интенсивности устанавливают температуру предмета.

    Работа визуального пирометра основана на определении температуры объекта по тепловому излучению. Такие возможности устройства позволяют контролировать перепады значений и регулировать температурные показатели бытовых и промышленных объектов, в различных частях и деталях.

    Инфракрасный температурный бесконтактный термометр улавливает тепловое излучение от нагретого предмета, фокусирует его чувствительной частью, соединенной с приемником.

    Если установлена термопара, при нагреве приемника меняются параметры напряжения. Когда используется полупроводник, оценивают изменения сопротивления. Данные преобразуются в температурные показания.

    Чтобы провести измерение, прибор наводят на объект, приводят в действие и фиксируют результат. С помощью специальной кнопки можно выбирать формат — шкала по Цельсию или Фаренгейту.

    Устройством измеряют температуру по отраженному излучению. Это удобно при контроле параметров труднодоступных деталей. Нет необходимости иметь доступ к нагретой детали, достаточно воспользоваться отражением в зеркале.

    На результат влияют отражающие способности материала — чем они выше, тем больше погрешность. Для исключения ошибок учитывают коэффициент эмиссии, который необходимо ввести перед началом измерения.

    Функция ввода присутствует не в каждой модели. Простые модификации предназначены измерения температурных показателей из определенных материалов, которые нужно выбрать из меню.

    Особенности работы

    На точность показаний не влияет расстояние между пирометром и объектом. При этом прибор должен применяться для диапазона, обозначенного в инструкции.

    Предметы и тела отражают не только свое инфракрасное излучение, но и от рядом расположенных поверхностей. При этом отраженное инфракрасное излучение не показывает настоящую температуру. Бесконтактный прибор не различает излучаемые и отраженные волны.

    Схема зависимости диаметра области замера пирометра от расстояния

    Для точности измерений необходимо произвести настройку с учетом особенностей исследуемого объекта. Для этого у приборов есть переключатель коэффициента излучения. Он компенсирует отраженное излучение, которое снижает точность показаний. При настройке можно обращаться к таблицам с коэффициентами для разных поверхностей.

    Строение и функционал пирометра

    Основой измерителя является лазерный детектор ИК-излучения. Конструкция состоит из корпуса и объектива, своим видом она напоминает пистолет с дисплеем.

    Прибор отличается компактной панелью управления, имеет лазерную наводку и обеспечивает точность измерений. Информация, поступающая в пирометр, преобразуется и отражается на экране.

    Элементы конструкции фронтальной части пирометра

    Принцип работы определяет функциональные возможности устройства:

    • Определение температурных показателей у удаленных объектов, а также находящихся в движении деталей.
    • Проверка температуры объектов, которые находятся под напряжением.
    • Экспресс-оценка изменений температуры поверхности.
    • Обследование объектов с низкой теплопроводностью, теплоемкостью.

    Пользоваться пирометром удобно в быту и в промышленной сфере. Инструмент достаточно навести на объект, нажать и удерживать «курок». Измерение температуры и фиксация на дисплее выполняются за несколько секунд.

    Поле прицеливания не должно быть большим, чтобы пятно видимости прибора не выходило за границы предмета, температуру которого измеряют. При этом, чем меньше размер измеряемого пятна, тем меньше лучей проходит через устройство. Поэтому требуется более чувствительный сенсор.

    Характеристики пирометров

    Оптическое разрешение — это соотношение между удаленностью объекта и диаметром пятна измерений. Данный показатель определяет функционал устройства и его стоимость. В некоторых моделях предусмотрена настройка температуры — максимальной, минимальной или средней.

    Благодаря наличию функции непрерывного замера температуры приборы могут определять места тепловой утечки и неисправных электрических элементов. Пирометры бесконтактные перемещают по поверхности и отслеживают изменения.

    Диапазон температур — минимальная и максимальная отметка определяемых значений. При выборе прибора необходимо учитывать температуру объектов, которые планируется исследовать. Бытовые модели рассчитаны на измерение от -50 до +500 ºС. Чем выше диапазон, тем дороже устройство.

    Время отклика — важный параметр, если необходимо производить много измерений, либо при быстрых изменениях температуры. Профессиональные модели имеют скорость отклика 0,15 сек, это позволяет выполнять большой объем работы в минимальные сроки. Для бытовых вариантов достаточно быстродействия в 1 сек.

    В зависимости от модификации современные приборы обладают следующим функционалом:

    • Встроенной памятью для хранения проведенных замеров.
    • Функцией определения минимальной и максимальной температуры при нескольких измерениях.
    • Звуковой сигнализацией при достижении выставленного порогового значения.
    • USB для подключения к компьютеру или переноса данных на флеш-накопитель.

    Для консультации по выбору прибора предлагаем обратиться к нашим специалистам. Вы можете позвонить нам или оставить заявку на сайте geon.ru.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *