Инфракрасный бесконтактный пирометр

Инфракрасные термометры (или по другому пирометры) предназначены для измерения температуры бесконтактным способом. Принцип действия пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта в инфракрасном диапазоне. Англоязычное написание: pyrometer, infrared thermometer.

Объектами измерения пирометра могут быть как твердые предметы, так и сыпучие, а также жидкости. Применение пирометров возможно не только в промышленности, но и в радиолюбительской практике, а также быту.

Основные параметры пирометров

Одной из основных характеристик бытовых пирометров является диапазон измеряемых температур. Даже недорогие пирометры способны измерять в диапазоне от -50 до 1000 градусов С, что позволяет перекрыть самый широкий спектр задач.

Немаловажным параметром является точность измерения. Как правило, в Китайских пирометрах среднего ценового диапазона точность составляет 1ºC. При чем точность может зависеть от диапазона, скажем в диапазоне 0...1000 градусов точность будет 1.5ºC, а в отрицательном диапазоне -50...0 точность будет уже ниже: 3ºC.
Хочу обратить особое внимание, что некоторые путают точность (accuracy) с разрешением (resolution). Нечестные продавцы таким образом также могут ввести покупателя в заблуждение, сделав в описании акцент на разрешении 0.1ºC, и при этом где-нибудь маленьким шрифтом упомянуть точность в 5%. Поэтому при покупке пирометра следует различать и не путать эти две характеристики.

Время измерения — в целом все пирометры достаточно быстродействены и измеряют температуру за 0.5-1 сек.

Возможность настройки коэффициента излучения EMS (Emissivity). Материалы с разной структурой поверхности имеют разные способности излучать и поглощать энергию. А т.к. пирометр измеряет температуру бесконтактным способом, то к примеру для отражающих материалов — алюминий, золото, вольфрам, металл, способность отражения будет 70-80%, а для бумаги, воды, кирпича 10-20%. Коэффициент излучения определяется отношением энергии, излучаемой объектом при заданной температуре к энергии, испускаемой абсолютным излучателем при той же температуре. Коэффициенты излучения колеблются в пределах от 0.1 до 1.0. И если в приобретаемом пирометре нед возможности подстройки EMS, то для отражающих материалов температура будет сильно отличаться от реальной. В интернете существуют специальные таблицы коэффициентов излучения для основных материалов.

Немаловажной характеристикой всех инфракрасных измерителей температуры является оптическое разрешение (более корректное название: показатель визирования). В англ. варианте называется FOV — Field of Vision или distance-to-spot ratio (D:S ratio). Бывает 12:1, 16:1, 20:1 и т.д. При увеличении расстояния до объекта измерения (D) диаметр пятна (S), на площади которого прибор измеряет температуру, становится больше. Зависимость диаметра пятна от расстояния до объекта для прибора показана на следующем рисунке:

Т.е. чем больше величина показателя визирования, тем уже пятно. Как правило, рисунок с значениями D:S указывается на корпусе пирометра. Пирометры с большей величиной показателя визирования стоят дороже. Пирометр с показателем визирования 20:1, при прочих равных будет существенно дороже чем пирометр с величиной 10:1.

С параметрами разобрались, идем далее…

Некоторые люди путают пирометры с тепловизорами. Это 2 совершенно разных класса устройств, хотя оба в той или иной степени предназначены для анализа данных о температуре объекта. Тепловизор используется для измерения и отображения распределения температуры на исследуемой поверхности объекта. Т.е. он позволяет визуализировать картину теплового излучения наблюдаемого объекта.

Если в пирометре для снятия показания температуры с объекта используется лишь один ИК датчик, то в тепловизорах это целая матрица датчиков чувствительных к инфракрасному излучению. Плюс сложная конструкция линзы, электроника для обработки сигналов с датчиков в реальном времени и устройство отображения.

Самые известные фирмы на рынке тепловизоров: Flir и Fluke. Стоимость тепловизоров как правило начинается от 1000$. Хотя относительно недавно появилась недорогая модель Flir One — приставка к IPhone, которая стоит около 400$.

Если не стоит задача визуализировать температуру движущихся объектов, или объектов у которых быстро меняется температура поверхности, то можно сделать сканирующий тепловизор своими руками, на основе веб-камеры, датчика MLX90614, платы Arduino и пары серво. Подключение к ПК или ноутбуку для обработки и отображения. Обработка данных происходит при помощи кросплатформенного программного обеспечения написанного на Java. Обойдется такой DIY-вариант весьма недорого — стоимость комплектующих в районе 100$.