Пирометр: назначение, устройство, главные характеристики и цены​

Портативный пирометр – прибор для точечного бесконтактного измерения температуры. Незаменим для быстрого и точного теплового контроля как статичных, так и подвижных объектов. При помощи таких приборов можно на безопасной дистанции отслеживать степень нагрева, эффективность теплоизоляции и просто замерять температуру различных объектов. Пирометры ещё называют термодетекторами, даталоггерами температуры, инфракрасными пистолетами и цифровыми термометрами. Ключевые требования к таким средствам измерений содержатся в ГОСТ 28243-96.

Для чего нужен пирометр? На самом деле, не столько для неразрушающего контроля, сколько для технической диагностики и мониторинга производственных процессов. Так, прибор применяется в самых разных областях:

• в электроэнергетике – для проверки состояния и выявления перегрузок контактных соединений, трансформаторов, изоляторов, линий электропередач;
• в строительстве – для оценки качества теплоизоляции ограждающих конструкций, окон и дверей;
• в металлургии и металлообработке – для контроля технологических процессов ковки, прессовки, закалки и прочих видов термообработки;
• в автомобилестроении и в сфере автотехобслуживания – для измерения температуры нагрева горячих частей двигателей;
• в металловедении – для изучения теплофизических свойств различных сплавов, испытания образцов и пр.

Самые популярные производители инфракрасных термометров на российском рынке – Testo, Flir, Fluke, Elitech, RGK, ADA, CEM, EKF, CONDTROL, «Евромикс» и др.

Как работает пирометр?​

Если кратко, то он регистрирует инфракрасное излучение поверхности, конвертирует в градусы и выводит значение на дисплей. Чтобы узнать температуру поверхности, нужно навести на неё прибор и нажать на курок. Значение выводится на дисплей, причём оператор может переключаться между двумя шкалами – Цельсия и Фаренгейта.

Чтобы лучше понять, как пользоваться пирометром, опишем принцип его работы в такой последовательности.

1. Перед проведением измерений оператор задаёт коэффициент излучения.
2. Лазерный целеуказатель (светящуюся точку или круг) наводят на исследуемый участок (если точность в выборе места не важна, то лазер можно отключить).
3. Невидимое человеческому глазу тепловое ИК-излучение фокусируется линзой.
4. Излучение поступает на приёмник (одну или несколько термопар/полупроводников), нагревая его.
5. По мере того, как нагревается приёмник, увеличивается входное напряжение.
6. Электронная система прибора считывает эти изменения, преобразует их температурную величину.
7. Результат измерения выводится на экран. Профессиональные модели могут параллельно показывать показания, полученные в ходе предыдущих замеров и сохранённые в памяти прибора.

У некоторых пирометров спусковой механизм имеет не два (нажат или не нажат), а три возможных положения. Курок можно утопить только наполовину – и тогда оператор можно сканировать поверхность, наблюдая на дисплее меняющиеся значения. Либо – можно полностью нажать на курок и вести прицел по объекту. Тогда на экране будет отображаться только максимальная температура (так называемое наивысшее показание).

В среднем хороший прибор успевает выполнить 2 измерения за 1 с. Правда, перед тем как использовать пирометр по назначению, нужно немного подождать, что он «адаптировался» к условиям работы. Особенно если дело происходит на улице, в холодную погоду.

Стандартом для современных приборов является разрешающая способность в 0,1 ˚С при погрешности в пределах 1–2,5 ˚С (в положительном диапазоне до +350 ˚С).

Устройство пирометров​

В стандартном виде термодетектор выполнен из следующих компонентов:

• теплового (пирометрического, инфракрасного) датчика;
• электронной схемы, которая преобразует сигнал с датчика в числовое значение температуры. Современные процессоры умеют обрабатывать результаты контроля – сохранять в памяти, вычислять минимальное/среднее/максимальное значение и прочее;
• дисплея для отображения показаний. Чаще всего это черно-белый экран. Отдельные дорогостоящие пирометры (например, Fluke VT04) оснащаются цветными дисплеями и могут объединять разрозненные результаты измерений в тепловые ИК-карты. Стоимость таких приборов переваливает за 40 000 рублей, да и по функционалу они ближе к тепловизорам, нежели к обычным даталоггерам;
• кнопки включения;
• кнопки выбора шкалы (градусы по Цельсию или по Фаренгейту);
• кнопок увеличения/уменьшения коэффициента эмиссии (если пирометр позволяет его регулировать);
• кнопок ввода минимального/максимального значения. Профессиональные пирометры (например, testo 831) позволяет задать нижний и верхний пределы. Если температура не укладывается в них, то срабатывает оптический и/или звуковой сигнал;
• кнопок включения/выключения лазерного целеуказателя;
• кнопки включения/отключения подсветки дисплея;
• корпуса. Чаще всего с пистолетной рукоятью, но есть и исключения – например, Fluke 61. Для защиты от выскальзывания на рукоять наносят рифлёное покрытие. Как правило, внутри предусмотрен отсек под аккумуляторы и отверстие для закрепления прибора на штативе. Нередко производители предусматривают USB-порты и/или RS-232 – для экспорта данных, обновления ПО и подключения внешней аппаратуры. Кроме того, для сохранения результатов может использоваться карта памяти microSD. В качестве элементов питания чаще всего используются батарейки типа АА, ААА либо Li-ion аккумуляторы.

К некоторым пирометрам дополнительно можно подключать термопары для поверхностных измерений. Это избавляет от необходимости приобретать контактный термометр и даёт возможность самостоятельно проверять достоверность результатов.

У большинства профессиональных термодетекторов в комплекте поставки предусмотрена хотя бы одна термопара. В него также может входить ремешок на запястье, чехол и/или кейс либо сумка, батарейки и пр.

Разновидности пирометров​

Базовая классификация приведена в ГОСТ 28243-96, где приборы распределены по нескольким критериям:

• конструктивное исполнение (переносные, стационарные и комбинированные);
• число каналов измерений (одно- и многоканальные);
• число диапазонов (одно- и многодиапазонные);
• принцип работы. По данному параметру пирометры могут быть полного, частичного либо спектрального излучения. Не будем утомлять вас затянутым изложением того, в чём разница между ними – просто отсылаем вас к разделу 3 в ГОСТ 28243-96. Отметим лишь, что измерять отрицательные температуры способны только приборы полного и частичного излучения. Диапазон у первых составляет от -50 до +2500 ˚С, у вторых – от -30 до +4000 ˚С. Термодетекторы спектрального излучения рассчитаны на работу в диапазоне от +200 до +3000 ˚С.

По техническому исполнению пирометры можно разделить на две большие категории:

• лазерные (выполняют измерения в инфракрасном диапазоне и оснащаются лазерным прицелом);
• оптические (могут работать в ИК-спектре и в видимом свете и комплектуются оптическим прицелом).

Весьма условно приборы можно распределить и по ценовому сегменту. Цены на бытовые модели – от 1 300 до 3 000 р. Стоимость хороших профессиональных моделей составляет в среднем 15 000–30 000 р., хотя можно уложиться и в более скромные деньги. CEM DT-8863, например, по состоянию на октябрь 2019 года можно приобрести за 6 300 р. Всё, что дороже 30 000 р. – топовые приборы с LED-дисплеями, поддержкой Bluetooth, Wi-Fi и прочими современными опциями.

Наконец, ещё один критерий – способ визуализации результатов. Может быть текстово-графическим (на дисплей выводится числовое значение температуры) либо графическим (зоны низких, средних и высоких температур обозначаются разными цветами). Первый вариант самый распространённый, тогда как во втором случае речь идёт о дорогостоящих приборах наподобие тепловизоров.

Как выбрать пирометр​

Как и с другим оборудованием НК, для начала нужно проверить, внесён ли прибор в Государственный реестр СИ РФ. Наличие свидетельства об утверждении типа СИ является подтверждением того, что модель обладает высокими метрологическими характеристиками, допущена к эксплуатации в РФ и имеет чёткую методику поверки.

Если с разрешительной документацией полный порядок, можно переходит к рассмотрению технических характеристик.

• Диапазон измеряемых температур. Может составлять от -50 до +2000 ˚С (а иногда и выше). Для большинства стандартных задач термографии вполне достаточно диапазона до +900 ˚С. Чтобы не «промахнуться», важно с самого начала определиться, для чего нужен пирометр, для каких задач.
• Коэффициент эмиссии – количество тепла, отражённого от объекта, которое попадает в поле зрения прибора. Может составлять от 0,1 (зеркальная поверхность) до 1,0 (абсолютно чёрное тело). От этого напрямую зависит точность измерений. У одних моделей коэффициент нерегулируемый – их можно рекомендовать для материалов с равномерно низкой теплопроводной (дерево, бетон, кирпич). В других пирометрах коэффициент эмиссии можно настраивать, и они демонстрируют гораздо меньшую погрешность при работе с металлическими объектами. У разных сплавов свой коэффициент: например, у стали – 0,7. У алюминия – 0,3. Точные значения для самых распространённых материалов подбирают по специальным таблицам в сопроводительной документации – паспорте или инструкции к прибору. Там же можно найти коэффициенты для самых разных материалов, от свинца и латуни до резины и асбеста. Если материал экзотичный и в таблицах не предусмотрен, то коэффициент высчитывают экспериментальным способом, сверяя результаты измерений с показаниями контактного термометра. К самым продвинутым моделям прилагается термопара – для экспресс-калибровки пирометра под конкретную задачу.
• Рабочее расстояние до исследуемой поверхности, или коэффициент визирования. Задаётся производителем и выражается отношением D/S, где D – расстояние до объекта, S – диаметра пятна, с которого тепловой датчик способен измерять тепловое излучение. Чем больше дистанция, тем выше погрешность результатов, особенно на объектах с существенным перепадом температуры. Если прибор будет считывать температуру с большей площади, точность измерений будет снижаться. В зависимости от прибора коэффициент визирования может составлять 4/1, 8/1, 10/1, 12/1, 30/1 и даже до 200/1. Чем он выше, тем больше рабочее расстояние, которое вполне может достигать 10–25 м и более. Иногда производители указывают наглядную схему изменения D/S на боковую часть корпуса.
• Тип лазера. У моделей попроще и подешевле он состоит всего из одной точки. У более продвинутых и дорогостоящих предусмотрено 2, 4 или даже 8 точек. Измерения производятся на площади между соседними точками либо по центру круга, которые эти точки образуют (если их больше двух).
• Физическое состояние исследуемых сред. Одни пирометры рассчитаны исключительно на твёрдые тела, другие же могут измерять температуру сыпучих и даже жидких материалов.
• Наличие модуля влажности. Это совсем не обязательно, но если в ваши задачи входит поиск конденсата и оценка вероятности образования плесени, то лучше позаботиться о данной опции заранее.
• Софт (программное обеспечение, меню, интерфейс). Благодаря возможностям ПО современные даталоггеры умеют чуть больше. Fluke VT04, например, автоматически отслеживает самые горячие и самые холодные точки в своём поле зрения (речь о так называемых холодных и горячих маркерах). Штатное программное обеспечение SmartView помогает генерировать отчёты и экспортировать ИК-изображения. Причём последнее можно совмещать с обычным визуальным изображением. Правда, стоимость этой модели переваливает за 46 000 р.

Чтобы не ошибиться с выбором термодетектора, вы можете перейти в раздел «Тепловой контроль» на форуме и задать вопрос опытным специалистам по термографии.

Где купить хороший пирометр​