Радиационный пирометр¶

Радиационный пирометр — это прибор для бесконтактного измерения температуры тел, основанный на регистрации интенсивности их собственного теплового излучения. В отличие от термометров контактного типа, пирометр не требует непосредственного соприкосновения с объектом, что позволяет измерять температуру раскалённых, движущихся, труднодоступных или агрессивных сред. Прибор относится к классу оптических измерительных устройств и работает в инфракрасном или видимом диапазоне спектра.

¶Принцип действия

Работа радиационного пирометра основана на законе Стефана — Больцмана, согласно которому энергия излучения абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его абсолютной температуры. Оптическая система прибора (линза или зеркало) собирает тепловое излучение с поверхности объекта и фокусирует его на чувствительном элементе — приёмнике излучения. В качестве приёмников используются термобатареи, болометры, пироэлектрические датчики или фотодиоды.

Приёмник преобразует энергию излучения в электрический сигнал, который усиливается и обрабатывается электронной схемой. Микропроцессор вычисляет температуру объекта с учётом коэффициента излучательной способности (степени черноты) материала. Полученное значение выводится на цифровой дисплей или передаётся на внешнее устройство регистрации.

¶Виды пирометров

По диапазону измеряемых температур и конструктивным особенностям выделяют несколько разновидностей:

• Низкотемпературные — измеряют температуру от −50 до +600 °C, работают в длинноволновом инфракрасном диапазоне (8–14 мкм). Применяются в пищевой промышленности, строительстве, энергетике.
• Среднетемпературные — охватывают диапазон 200–1500 °C, работают в среднем инфракрасном диапазоне (2–5 мкм). Используются в металлургии и машиностроении.
• Высокотемпературные — измеряют температуру от 500 до 4000 °C, работают в коротковолновом инфракрасном или видимом диапазоне (0,4–1,1 мкм). Предназначены для контроля расплавленных металлов, пламени, плазменных процессов.

По способу наведения на объект различают модели с оптическим прицелом, лазерным целеуказателем и видеокамерой. Современные пирометры могут быть стационарными (встраиваемыми в технологические линии) и переносными (ручными).

¶Конструкция и характеристики

Основными элементами радиационного пирометра являются оптическая головка, электронный блок преобразования сигнала и устройство индикации. Оптическая система характеризуется показателем визирования — отношением расстояния до объекта к диаметру пятна измерения. Например, показатель 50:1 означает, что на расстоянии 500 мм прибор измеряет температуру пятна диаметром 10 мм.

Ключевые технические характеристики прибора:

• диапазон измеряемых температур;
• точность (обычно ±1–2 % от измеряемого значения);
• разрешающая способность по температуре;
• время отклика (от 1 мс до нескольких секунд);
• коэффициент излучательной способности (настраивается в пределах 0,1–1,0);
• спектральный диапазон работы.

¶Применение

Радиационные пирометры широко используются в промышленности и научных исследованиях:

• в металлургии — для контроля температуры расплавов, нагревательных печей, прокатных станов;
• в энергетике — для дистанционного контроля температуры высоковольтного оборудования, трансформаторов, линий электропередачи;
• в машиностроении — при термообработке деталей, контроле сварочных процессов;
• в строительстве — для диагностики теплопотерь зданий, поиска дефектов теплоизоляции;
• в пищевой промышленности — для контроля температурных режимов при производстве и хранении продуктов;
• в медицине — для бесконтактного измерения температуры тела человека (инфракрасные термометры).

Преимуществами радиационных пирометров являются высокая скорость измерения, отсутствие влияния на измеряемый объект, возможность работы с движущимися поверхностями и агрессивными средами. К ограничениям относятся зависимость показаний от излучательной способности поверхности, чувствительность к запылённости оптики и помехам от посторонних источников излучения.

¶История развития

Первые пирометрические устройства появились в конце XIX века. В 1892 году французский физик Анри Ле Шателье создал оптический пирометр с исчезающей нитью, основанный на сравнении яркости раскалённого тела с эталонной нитью накаливания. Радиационные пирометры, измеряющие полную энергию излучения, начали разрабатываться в начале XX века. Существенный прогресс в этой области связан с развитием полупроводниковых приёмников излучения и микропроцессорной техники во второй половине XX века, что позволило создавать компактные и точные цифровые приборы.