Как работает лазерный термометр

Есть немало промышленных отраслей, где измерять температуру удобнее всего без контакта термометра с объектом, например на сталелитейном производстве в металлургии, в транспортном техобслуживании или при ремонте газовых трубопроводов. И в быту немало таких обстоятельств: измерить температуру блюда, чашки или тела человека.

Так или иначе, есть множество ситуаций, когда в условиях высокой температуры объекта нет ничего удобнее и безопаснее, чем прибегнуть к применению портативного лазерного пирометра (лазерного термометра). Стоимость такого прибора зависит как от производителя, так и от рабочих параметров и от продавца. Сегодня его можно приобрести начиная от $10 и выше.

В отличие от контактных способов измерения температуры разнообразными термодатчиками, лазерный пирометр оснащен своего рода лазерным прицелом, так что достаточно навести лазерный луч на находящийся на расстоянии до трех метров исследуемый объект, как дальше в работу автоматически вступит пирометрический преобразователь, и пользователю остается лишь увидеть значение температуры на дисплее высокоточного инженерного прибора — все очень просто.

Главное условие успешных измерений — поверхность предмета не должна быть отражающей, как не должна быть и полностью прозрачной.

С виду лазерный термометр или пирометр похож на лазерный пистолет с экраном из какого-нибудь фантастического фильма. Но деле это просто удобная форма для прибора, который работнику удобно будет держать в руке, прибор оснащен панелью управления и жк-дисплеем, а благодаря лазерному целеуказателю, пользователь получает высокую точность наведения и быстрый результат.

Принцип измерения температуры построен здесь на анализе электромагнитного инфракрасного (теплового) излучения, интенсивно исходящего от поверхности любого разогретого объекта. Что позволяет сегодня оперативно осуществлять мониторинг и контроль температурных режимов на объектах, деталях, элементах и т.д.

В основе конструкции пирометра — детектор теплового излучения (ИК-детектор). Суть в том, что спектр и интенсивность инфракрасного излучения, исходящего от объекта в момент измерения, прямо связаны с текущей температурой его поверхности.

Электронный пирометрический преобразователь преобразует данные об абсолютном значении длины волны излучаемой в ИК-спектре энергии — в удобный для зрительного восприятия человеком на дисплее вид. Пользователь просто наводит прибор на удаленный объект, причем расстояние ограничивается размером исследуемого пятна и загрязненностью воздуха, а дальше прибор косвенным путем определяет точное значение температуры. Человеку остается нажать на кнопку, похожую на «курок» и удерживать ее для фиксации полученных данных.

Лазерному термометру свойственны следующие характеристики. Диапазон измеряемых температур — от -50 до +4000°С. Оптическое разрешение от 2 до 600. Диаметр объекта — не менее 15 мм. Скорость снятия показаний — менее одной секунды, что позволяет отслеживать температуру в динамике. Габариты прибора, как правило небольшие, он легко умещается в руке, а информация легко считывается с цифрового дисплея.

В некоторых моделях есть и дополнительные функции, такие как:

сохранение информации об измерениях во встроенной памяти прибора;

нахождение минимума и максимума температуры из серии измеренных значений;

звуковой или визуальный сигнал в момент достижения температурой назначенного порога;

возможность переноса данных посредством USB на компьютер или на флешку.

Хоть для использования в быту с целью изменения температуры блюд, хоть для применения в некоторых промышленных отраслях, вроде измерения температуры трубопровода горячей воды, — подойдет недорогой лазерный пирометр.

Вообще лазерные пирометры популярны во многих отраслях: в исследовательских лабораториях, в энергетике, в пищевой промышленности, в металлургии, для проверки режимов работы электрооборудования, для обследования подшипников и двигателей внутреннего сгорания, для анализа состояния компьютерных систем, в военном, гражданском и промышленном строительстве.

Лазерные термометры (пирометры) бывают не только мобильными, но и стационарными. Стационарные широко применяются для наблюдения за состоянием объектов инфраструктуры, на рефрижераторной технике, для отслеживания условий транспортировки медикаментов и пищевых продуктов, наконец ими оснащаются пожарные бригады.

В целом, причины применения пирометров можно разделить принципиально на следующие:

объект недосягаем для контакта — для измерения температуры на удаленном, труднодоступном объекте;

объект опасен для контакта — проверка режима работы объекта, который находится под напряжением;

экспресс-мониторинг — температура поверхностей быстро меняется в процессе их исследования;

низкая теплопроводность объектов требует фиксации температуры поверхности.

Сайт посвященный измерительным приборам…

Что такое пирометр?

Пирометр, или его равнозначные названия – инфракрасный термометр (термодетектор, даталоггер температуры), — это точный инженерный прибор нового поколения для бесконтактного и быстрого измерения температурных показателей на расстоянии до трех метров от исследуемого объекта.

В основе его работы лежит принцип определения по тепловому электромагнитному излучению практически любого объекта температурного значения его поверхности. Это позволяет контролировать и своевременно регулировать температуру и ее перепады в промышленных и бытовых объектах, их деталях и элементах.

Относительно недорогой прибор идеален для использования как в бытовых рабочих процессах, так и в различных промышленных отраслях (если речь идет о мощном электронном пирометре) и высокотехнологичных производствах:

• тепло- и электроэнергетика;
• металлургия и металлообработка;
• гражданское, военное и промышленное строительство;
• проверка электрического оборудования;
• в пищевой промышленности;
• в лабораторных исследованиях;
• обследование двигателей внутреннего сгорания и подшипниковых элементов, компьютерных составляющих.

Как стационарные, так и мобильные модели термодетекторов особенно рациональны для обследования объектов инфраструктуры, рефрижераторной техники, оснащения мобильных охраннопожарных бригад, контроля условий хранения и транспортировки пищевых и медикаментозных продуктов.

Виды пирометров

Существует несколько классифицирующих подразделений пирометров:

1. По основной используемой методике работы:

• инфракрасные (радиометры), использующие радиационный метод для ограниченного инфракрасного волнового диапазона; для точного наведения на цель снабжены лазерным указателем;
• оптические пирометры, работающие в не менее, чем в двух диапазонах: инфракрасного излучения и спектра видимого света.

1. Оптические инструменты в свою очередь делятся на:

• яркостные (пирометры с пропадающей нитью), основанные на эталонном сравнении излучения предмета с величиной излучения нити, сквозь которую пропускается электроток. Значение силы тока и служит показателем измеряемой температуры поверхности объекта.
• цветовой (или мультиспектральный), работающий по принципу сравнения энергетических яркостей тела в различных областях спектра, — используются как минимум два детектирующих участка.

1. По способу прицеливания: инструменты с оптическим или лазерным прицелом.
2. По используемому коэффициенту излучения: переменный коэффициент или фиксированный.
3. По способу транспортировки:

• стационарные, используемые в тяжелой промышленности;
• переносные, используемые на участках производимых работ, для которых важна мобильность.

1. Исходя из температурного диапазона измерений:

• низкотемпературные (от -35…-30°С);
• высокотемпературные (от + 400°С и выше).

Строение пирометра

Базисом конструкции прибора является детектор инфракрасного (теплового) излучения, интенсивность и спектр которого напрямую зависит от температуры поверхности объекта. Встроенная электронная система измерения фиксирует данные и отображает их на дисплее в удобном формате для дальнейшего анализа пользователем.

Стандартный пирометр представляет собой пистолет, который выглядит как лазерный бластер из фантастических фильмов, с небольшим жидкокристаллическим дисплеем, на котором отображаются замерянные показатели температурных режимов. Небольшая и удобная панель управления, лазерная наводка и высокая точность при близком контакте с объектом делают инструмент весьма востребованным среди технического и инженерного персонала.

Устройство пирометра формирует следующие технические характеристики приборов:

• оптическое разрешение (кратность варьируется в пределах 2…600);
• рабочий диапазон температур (-50…+4000°С);
• измеряемое разрешение;
• быстродействие (в современных моделях менее секунды, что особенно актуально при измерении быстро меняющихся показаний).

Обычно пирометры обладают небольшими, компактными габаритными размерами; устройство отображение информации может быть как аналоговым, так и цифровым. Диаметр объекта излучения должен составлять не менее 13-15 мм.

Современные модели могут обладать расширенным функционалом:

• функцией внутренней памяти для хранения данных замеров;
• определением минимального и максимального показателей серии измерений;
• подача звукового или визуального сигнала при достижении заданного порогового значения.

Для переноса информационных данных на персональный компьютер или внешний носитель усовершенствованные пирометрические устройства оборудуются USB-интерфейсом.

Принцип действия

Работа приборов этого типа основана на возникновении инфракрасного излучения и определении показателя абсолютного значения излучаемой в инфракрасном спектре энергии длины волны.

Инструмент направляется на удалённый объект, расстояние до которого лимитируется только диаметром замеряемого пятна и составом («чистотой») окружающей объект воздушной среды. Измерение характеристик излучения объекта (его интенсивность и спектральный состав) пирометрическим прибором косвенным образом определяет и температуру его поверхности.

Принцип работы пирометра определяет основной функционал инструмента:

• измерение температуры удалённых (недоступных или труднодоступных) объектов, а также температуры их движущихся элементов;
• анализ температурного режима находящихся под напряжением объектов при невозможности контактных способов измерения;
• экспресс-фиксация быстрых температурных изменений поверхности объектного тела;
• исследование объектов, обладающих низкой теплоёмкостью или теплопроводностью.

Использование пирометра на промышленных объектах и в быту не представляет никаких сложностей: инструмент наводится на обследуемый объект, измерение и фиксация на дисплее температурных данных выполняется в считанные секунды при нажатии и удержании «курка».

Стоимость прибора зависит от его технических характеристик, «брендовости» производителя, используемых методов работы и варьируется в диапазоне 1500-15000 рублей.

Видео по теме

Современный человек привык идти в ногу с технологическим прогрессом. К примеру, сегодня даже температуру можно измерить бесконтактным методом. Из материала данной статьи вы узнаете, что представляет собой лазерный термометр. Кроме того, мы подскажем, на что обратить внимание при его покупке.

Устройство

В устройстве пирометра имеется особый лазерный прицел, необходимый для настройки луча на конкретный предмет. Внешне прибор чем-то похож на пистолет, измерение температуры он выполняет при нажатии так называемого спуска. Изделие оснащено экраном с ЖК-дисплеем и панелью управления. Прибор измеряет температуру достаточно точно и быстро.

Состоит прибор из двух аналогово-цифровых преобразователей (первичного и вторичного), а также датчиков. Базовая цепь прибора включает линзы, собирающую оптику, спектральные фильтры, а также детектор теплового излучения, который является внешним интерфейсом изделия.

Каких-либо дополнительных устройств для замеров температуры данным термометрам не требуется.

Помимо лазерного указателя, инфракрасного датчика, ЖК-дисплея прибор оборудуется:

• клавишей измерения;
• батарейным отсеком;
• кнопкой выбора единиц измерения;
• клавишей включения и выключения лазерного целеуказателя;
• кнопкой включения и выключения подсветки дисплея.

Принцип работы

Используют лазерный термометр для измерения поверхностной температуры разных объектов. В основе работы точного инженерного устройства лежит принцип определения по тепловому электромагнитному излучению. Тепловой луч, взятый устройством, фокусируется оптической системой, попадая на температурный датчик. На выходе из преобразователя образуется электросигнал со значением, пропорциональным данным температуры исследуемого предмета.

Длина инфракрасной волны зависит от интенсивности нагрева конкретного тела. Сигнал, поступающий из датчика, проходит через вторичный пирометрический преобразователь. Он поступает в счетно-измерительное устройство, где происходит его обработка. Результат вычислений можно увидеть на дисплее прибора. Зачастую он указывается в виде крупных цифр.

Для измерения прибор включают, наводят на исследуемый объект, находящийся в пределах 3 м, и нажимают кнопку. В этот момент срабатывает пирометрический преобразователь, выдавая значение температуры на экране. Это может быть цифровое значение либо разноцветная графика со спектральными областями. Во втором случае низкая, средняя и высокая область подсвечивается контрастными цветами.

Принцип действия бесконтактного измерителя температуры оптимально прост. Излучение производится не пирометрическим инструментом. Датчик температуры прибора фиксирует собственное либо отражённое излучение объекта, которое находится в конкретной зоне спектра. Лазер необходим для прицеливания.

Плюсы и минусы

Лазерный термометр имеет ряд своих достоинств:

• компактный, не занимающий много места;
• интуитивно простой в использовании;
• имеет понятные символы на кнопках управления;
• обладает точностью измерений;
• измеряет поверхности из разных материалов;
• удобен в руке, имеет небольшой вес;
• имеет точную наводку на объект;
• отличается широким диапазоном измеряемой температуры;
• дополняется противоскользящей рукояткой;
• может использоваться в качестве лазерной указки;
• зачастую на дисплее имеет крупный шрифт;
• характеризуется встроенной памятью;
• снабжается инструкцией по эксплуатации;
• работает стабильно без перебоя на разном расстоянии;
• быстро включается, выдаёт температурные значения, выключается.

Изделие может иметь расширенный функционал. В зависимости от разновидности лазерный термометр может определять не только плюсовую, но и минусовую температуру. Время определения температуры поверхности исследуемого объекта составляет не более половины секунды.

В отдельных модификациях предусмотрено автоматическое отключение при простое.

Наряду с достоинствами, у лазерного пирометра для дистанционного замера температуры разных поверхностей есть несколько недостатков. Например, у отдельных модификаций:

• написанная инструкция непонятна;
• имеются погрешности замеров до 2 градусов;
• приходится менять штатную батарейку;
• наблюдаются неточности при севшем источнике питания;
• плохая батарея, входящая в комплектацию;
• странный процесс включения и выключения подсветки;
• слишком дорогая батарея;
• плохая фиксация батарейки.

Бывает, что производитель не соответствует указанным данным. Например, продавец маркирует товары, как произведённые в РФ, хотя в действительности их изготовили в Китае. В отдельных моделях для определения температуры исследуемого объекта приходится пользоваться специальной таблицей для введения коэффициента соответствия конкретному материалу. Стоит отметить и тот факт, что для точной оценки поверхность исследуемого объекта не должна быть полностью прозрачной либо отражающей.

Сфера применения

Лазерные термометры для измерения температуры поверхности исследуемых объектов имеют широкое применение. На сегодняшний день они незаменимы в промышленности, строительстве, проведении различных научных исследований. Их используют практически в любой отрасли современного производства. Лазерный пирометр необходим:

• в металлургии, сталелитейной отрасли, где невозможен контакт с расплавом;
• в пищевой промышленности, быту (например, для измерения температуры горячих блюд, тела либо посуды);
• в работе по ремонту газовых и нефтяных трубопроводов;
• в электро- и теплоэнергетике, военном и гражданском строительстве;
• для проверки электрооборудования (например, сплит-системы);
• при обследовании ДВС, подшипниковых элементов, составляющих компьютера.

Кроме того, лазерные бесконтактные измерители температуры незаменимы при обследовании объектов инфраструктуры, а также рефрижераторной техники. Покупают измерительную технику исходя из заранее намеченных задач. Ими оснащают охранно-пожарные бригады, они нужны для оценки температурных условий при хранении медицинских препаратов и пищевых продуктов.

Весь ассортимент электронной измерительной техники, предлагаемый вниманию покупателей, разнится по нескольким критериям. Например, по типу методики работы он может быть инфракрасным либо оптическим. Бесконтактный термометр-пистолет с целеуказателем первого типа работает в 2 диапазонах: инфракрасном и спектра видимого света. Радиационные разновидности оценивают температуру за счёт пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Изделие с широким спектральным излучением называют измерительным устройством с полным излучением. Модели спектрального измерения работают по принципу сравнения теплового излучения в разных зонах спектра.

По температурному диапазону ассортимент бесконтактных измерителей делится на 2 группы: низкотемпературную и высокотемпературную. Модификации первого типа примечательны тем, что способны измерить температуру морозильных камер. Аналоги второй группы могут оценивать температурные данные раскалённых объектов. Как показывает практика, у них больше погрешность, она направлена в сторону верхнего предела.

В среднем рабочий диапазон устройств может находиться в пределах от -30 до +360 градусов.

Для бытовых нужд берут изделия проще, поскольку нет надобности в настолько высоких значениях температуры. В продаже можно встретить варианты высокотемпературного типа с диапазоном выше +400 градусов. Их покупают для исследования температуры нагретых поверхностей раскалённых предметов.

По типу исполнения лазерные термометры бывают переносными и стационарными. Изделия переносного типа отличаются мобильностью, их можно использовать даже в труднодоступных местах. Их дисплей небольшой, на нём отображается графика либо текстово-цифровая информация. Варианты второго типа точнее отображают измерения температуры исследуемых объектов. Приобретают их преимущественно для крупных промышленных предприятий.

Пределы исследуемых измерений задают лазерной указкой. Визуализация текстово-цифрового типа указывается на дисплее в градусах. Помимо неё, можно увидеть дополнительную информацию. Что касается графического изображения, то он показывает степень интенсивности нагрева исследуемого предмета. Какой вариант лучше, каждый выбирает для себя самостоятельно. При покупке лазерного термометра необходимо обратить внимание на несколько нюансов. Например, важно выбрать верный тип лазера. Он может генерировать 1 или 2 точки. Вариант второго типа считается более точным, в этом случае лучше оценивается место измерения температуры. Центр измерения прибора с таким типом лазера расположен между точек.

Современный вариант с целеуказателем в форме круга считается более точным. Наличие термопары необходимо для более точной оценки температуры объекта и учёта погрешностей во время измерений. Полезным дополнением многих современных моделей является опция внутренней памяти, посредством которой хранятся данные измерений.

Кроме того, в расширенный функционал может входить подача звукового сигнала в момент достижения заданного порогового значения.

Правила использования

Для того чтобы воспользоваться лазерным термометром, вовсе не обязательно подходить к объекту близко. Это не влияет на точность температурных данных. При работе с данным устройством приходится соблюдать ряд правил. Например, его нельзя направлять на солнце, это сокращает срок службы. Бесполезно измерять температуру конкретного объекта, если она выходит за границы диапазонов измерений. Контролируя температуру какого-либо предмета, необходимо располагать прибор перпендикулярно контролируемой поверхности. Допускается незначительное отклонение от перпендикуляра. Такое положение способствует снижению погрешности при измерении.

Нельзя измерять температуру предметов, находящихся от прибора на расстоянии менее 10 см. Протирать корпус можно чуть влажной мягкой тряпочкой без каких-либо усилий. В целях очищения нельзя использовать ни спирт, ни растворитель. Категорически недопустимо направлять луч лазера кому-то в глаза. Нельзя включать прибор во взрывоопасной среде.

Перед тем как включить прибор, необходимо ознакомиться с инструкцией по применению. Прибор достают из транспортировочного кейса, после чего открывают батарейный отсек и вставляют в него элемент питания. Включение у пирометра автоматическое. Для этого необходимо нажать и удерживать кнопку «Измерение». При этом сразу же включится режим подсветки жидкокристаллического дисплея. По желанию её можно отключить, нажав соответствующую кнопку. Наряду с подсветкой, при нажатой кнопке «Измерение» будет активирован лазерный указатель. Выключить его можно путём нажатия клавиши Laser/Backlit.

Данные измерения появятся буквально через секунду. При этом устройство позволяет выбрать единицы измерения, которые отображаются на экране после нажатия на соответствующую кнопку. Примерно через 20 секунд после отпускания клавиши «Измерение» прибор автоматически отключится.

После того как прибор включён и выбраны единицы измерения, выбирают коэффициент теплового излучения. В целях получения более точных данных используют поправки. Чтобы приступить к измерению температуры объекта, на него направляют прибор. Нажимать на кнопку «Измерение» необходимо в тот момент, когда пользователь максимально точно прицелился на конкретный объект.

В этот момент на дисплее отобразится значение температуры измеряемой поверхности. Данные будут зафиксированы, они не удалятся, если пользователь отпустит клавишу. Направлять прибор на объект необходимо прямо.

При этом не стоит забывать, что расстояние напрямую влияет на параметры измеряемой площади. С их увеличением они становятся больше.

Размер измеряемого объекта должен быть в 2 раза больше размера зоны измерения. В процессе использования необходимо оберегать пирометр от механических повреждений (ударов, падений, сильных вибраций). Прибор не должен лежать там, где может нагреваться. После использования его необходимо убирать туда, где он не будет контактировать с влагой и покрываться пылью.

Что касается условий хранения и транспортировки, то после выключения прибор кладут в транспортировочный кейс. Если им не планируют пользоваться часто, желательно убрать блок питания из батарейного отсека. Хранение с подключёнными элементами питания крайне нежелательно. Убирать коробку с лазерным термометром нужно в сухое место. Условия хранения должны быть оптимальными.

В следующем видео вас ждет тест лазерного термометра на твердых и жидких средах.