Інфрачервоний безконтактний пірометр

Інфрачервоні термометри (або інакше пірометри) призначені для вимірювання температури безконтактним способом. Принцип дії пірометра ґрунтується на вимірі потужності теплового випромінювання об'єкта в інфрачервоному діапазоні. Англомовне написання: pyrometer, infrared thermometer.

Об'єктами вимірювання пірометра можуть бути як тверді предмети, так і сипучі, а також рідини. Застосування пірометрів можливе у промисловості, а й у радіоаматорської практиці, і навіть побуті.

Основні параметри пірометрів

Однією з основних характеристик побутових пірометрів є діапазон температур, що вимірюваються. Навіть недорогі пірометри здатні вимірювати в діапазоні від -50 до 1000 градусів, що дозволяє перекрити найширший спектр завдань.

Важливим параметром є точність виміру. Як правило, у китайських пірометрах середнього цінового діапазону точність становить 1ºC. При чому точність може залежати від діапазону, скажімо в діапазоні 0...1000 градусів, точність буде 1.5ºC, а в негативному діапазоні -50...0 точність буде вже нижче: 3ºC.

Треба звернути особливу увагу, деякі плутають точність (accuracy) з роздільною здатністю (resolution). Нечесні продавці таким чином також можуть ввести покупця в оману, зробивши в описі акцент на роздільній здатності 0.1ºC, і при цьому десь маленьким шрифтом згадати точність 5%. Тому при купівлі пірометра слід розрізняти і плутати ці дві характеристики.

Час виміру - в цілому всі пірометри досить швидкодіють і вимірюють температуру за 0.5-1 сек.

Можливість налаштування коефіцієнта випромінювання EMS (Emissivity). Матеріали з різною структурою поверхні мають різні можливості випромінювати і поглинати енергію. А т.к. пірометр вимірює температуру безконтактним методом, то для відбивних матеріалів - алюміній, золото, вольфрам, метал, здатність відбиття буде 70-80%, а для паперу, води, цегли 10-20%. Коефіцієнт випромінювання визначається ставленням енергії, що випромінюється об'єктом при заданій температурі до енергії, що випускається абсолютним випромінювачем за тієї ж температури. Коефіцієнти випромінювання коливаються не більше від 0.1 до 1.0. І якщо в придбаному пірометрі тижнів можливості підстроювання EMS, то для матеріалів, що відбивають, температура буде сильно відрізнятися від реальної. В Інтернеті є спеціальні таблиці коефіцієнтів випромінювання для основних матеріалів.

Важливою характеристикою всіх інфрачервоних вимірювачів температури є оптична роздільна здатність (коректніша назва: показник візування). У англ. варіанті називається FOV - Field of Vision або distance-to-spot ratio (D: S ratio). Буває 12:1, 16:1, 20:1 тощо. При збільшенні відстані до об'єкта вимірювання (D) діаметр плями (S), площі якого прилад вимірює температуру, стає більше. Залежність діаметра плями від відстані до об'єкта для приладу показана на наступному малюнку:

Тобто. чим більше величина показника візування, тим менше пляма. Як правило, малюнок із значеннями D:S вказується на корпусі пірометра. Пірометри з більшою величиною показника візування коштують дорожче. Пірометр з показником візування 20:1, за інших рівних буде істотно дорожче ніж пірометр з величиною 10:1.

З параметрами розібралися, йдемо далі…

Деякі люди плутають пірометри із тепловізорами. Це два абсолютно різних класу пристроїв, хоча обидва в тій чи іншій мірі призначені для аналізу даних про температуру об'єкта. Тепловізор використовується для вимірювання та відображення розподілу температури на досліджуваній поверхні об'єкта. Тобто. він дозволяє візуалізувати картину теплового випромінювання об'єкта, що спостерігається.

Якщо в пірометрі для зняття показання температури з об'єкта використовується лише один інфрачервоний датчик, то в тепловізорах це ціла матриця датчиків чутливих до інфрачервоного випромінювання. Плюс складна конструкція лінзи, електроніка для обробки сигналів із датчиків у реальному часі та пристрій відображення.

Найвідоміші фірми на ринку тепловізорів: Flir та Fluke. Вартість тепловізорів зазвичай починається від 1000 $. Хоча відносно недавно з'явилася недорога модель Flir One - приставка до iPhone, яка коштує близько 400 $.

Якщо не стоїть завдання візуалізувати температуру об'єктів, що рухаються, або об'єктів у яких швидко змінюється температура поверхні, то можна зробити скануючий тепловізор своїми руками, на основі веб-камери, датчика MLX90614, плати Arduino і пари серво. Підключення до ПК або ноутбука для обробки та відображення. Обробка даних відбувається за допомогою кроссплатформенного програмного забезпечення, написаного на Java. Обійдеться такий DIY-варіант дуже недорого — вартість комплектуючих близько 100$.