В некоторых методах температура определяется по абсолютной или относительной интенсивности сплошного спектра («континуума»). Особое значение имеют методы определения температуры по спектру рассеянного плазмой излучения лазера, позволяющие исследовать неоднородную плазму. К недостаткам методов пирометрии следует отнести трудоёмкость измерений, сложность интерпретации результатов, невысокую точность (например, погрешности измерений температуры плазмы в лучших случаях оказываются не ниже 3-10%). Применение методов пирометрии для исследования неравновесной плазмы даёт ценную информацию о её состоянии, хотя понятие температуры в этом случае неприменимо.
Таким образом, пирометры – приборы для измерения температуры непрозрачных тел по их излучению в оптическом диапазоне спектра.
7.2 Приборы бесконтактного измерения температуры
Портативный пирометр ПП-1предназначен для бесконтактного измерения температуры поверхностей твердых (сыпучих) тел и воды по их собственному тепловому излучению. При этом размеры исследуемой поверхности объекта определяются угловым полем зрения пирометра. Пирометр применяется для контроля состояния объектов и технологических процессов в различных отраслях промышленности, а также при проведении научных исследований.
В зависимости от исполнения диапазон измеряемых температур составляет от -20 до +400 ºС, от 100 до 1200 ºС и от 400 до 2000 ºС, показатель визирования соответственно 1:10, 1:15, 1:30. Пирометр имеет небольшие габаритные размеры (98×57×120 мм), небольшой потребляемый ток (около 10 мА). Среднее время непрерывной работы без замены батареи питания составляет 48-72 часа. Задание излучающей способности объекта производится плавно от 0,1 до 1 при помощи потенциометра. В пирометр установлен лазерный прицел и экономичная импульсная схема преобразования напряжения, позволяющая прибору сохранять работоспособность при разряде батареи до 3,5 – 4,0 В. Основная приведенная погрешность измерения не превышает 2%.
Конструктивно пирометр выполнен в виде трубы с расположенными в ней диафрагмой, модулятором, приемником излучения, и печатными платами микропроцессорного узла линеаризации. Прибор пылезащищенного исполнения с защитой от бросков пламени, рабочий диапазон температур окружающей среды от +5 до +50 ºС.
Пирометр стационарный высокотемпературный ПСВ-1 предназначен для измерения температур в суммарном диапазоне от 300 до 2000 ºС (300-950 ºС, 800-2000 ºС в зависимости от исполнения) с приведенной погрешностью не более 2%. В ПСВ-1 устанавливается аналоговый узел непрерывной обработки сигнала, обеспечивающий линейную зависимость выходного тока (0-5 мА, 4-20 мА) от температуры объекта. Конструктивно прибор выполнен в виде цилиндрической теплоизмерительной головки соединенной кабелем с малогабаритным блоком обработки щитового исполнения. Питание прибора осуществляется от сети 220 В.
Отличительной особенностью данного прибора является возможность работы теплоизмеряющей головки при температуре окружающего воздуха до 120 ºС.
Быстродействующий стационарный пирометр ПСД-1 предназначен для измерения температур в диапазоне 700-2500 ºС совместно с компьютером. Этот прибор наиболее подходит для контроля быстропротекающих тепловых процессов, определения температуры перемещающихся объектов в промышленности, незаменим при научных исследованиях. Пирометр был разработан для станов горячей прокатки металлов. При скорости прокатки около 20 м/с он позволяет определять распределение температур по длине листа через 2 см (до 960 замеров в секунду) и выводить соответствующие графики, прилагаемые к каждой бобине проката. В качестве датчика используется термостатированный ИК-фотодиод, связь с компьютером осуществляется через стандартный интерфейс RS-232. Линия связи гальванически развязана от цепей компьютера и не боится коротких замыканий. Конструктивно пирометр выполнен в виде трубы с разъемом на тыльной части. Для питания прибора используется внешний источник 12~24 В, 200мА постоянного тока.
Тепловизор сканирующий строчный ТСС-1 обеспечивает сканирование равномерно движущихся объектов (вращающиеся печи, прокат и т.п.) с разрешением не менее 150 элементов в строке с углом обзора 120 º. Прибор отображает тепловые поля в диапазоне от +200 до +650 ºС с разрешающей способностью по температуре 1 ºС. Тепловизор предназначен для дистанционной визуализации тепловых полей объектов различных областей промышленности в реальном времени, их регистрации и хранения в виде изображений. Передача информации на экран монитора компьютера осуществляется посредством стандартного интерфейса RS-232. Полученная картина распределения температур на поверхности объекта позволяет судить о ходе тепловых процессов, состоянии теплоизоляции, определять места перегрева тепловых установок и т.п. Прибор питается от сети 220В и не нуждается в операторе после установки и подключения.
Институт физики НАН Украины занимается разработкой и производством пирометров спектрального отношения ДПР-1, ДПР-2, ДПР-3.
Приборы предназначены для бесконтактного дистанционного измерения температуры поверхности объектов и температурных аномалий.
В пирометрах использован принцип преобразования тепловой энергии инфракрасного излучения (ИКИ) в электрические сигналы с помощью пироэлектрического приемника. Микро-ЭВМ осуществляет обработку сигналов в соответствии с программой и определяет температуру объекта. В пирометрах применена двухспектральная схема измерения ИКИ, что позволяет исключить влияние излучательной способности поверхности объекта на результат измерения.
Таблица 7.1 – Технические характеристики пирометров спектрального отношения
| Наименование параметра | ДПР-1 | ДПР-2 | ДПР-3 |
| Диапазон измеряемых температур, °С | от 800 до 2500 | от 100 до 1100 | от -80 до 200 |
| Точность измерения, °С | ±5,0 | ±1,0 | ±0,1 |
| Уровень чувствительности, °С | 1,0 | 0,1 | 0,01 |
| Угол зрения, ° | 0,5…2,0 | 0,5…2,0 | 0,5…2,0 |
| Габаритные размеры, мм, не более | 120×230×300 | 120×230×300 | 150×150×300 |
| Масса, кг, не более | 2,0 | 2,0 | 3,5 |
| Время измерения, с | 0,25 | 0,5 | 0,5 |
| Диапазон расстояний, м | 1...50 | 1...100 | 1...500 |
| Питание от аккумуляторов или сети | 9В/100мА или 220 В/50 Гц | ||
| Вывод результатов измерений | Аналоговой форме (4 – 20 мА) и цифровой | ||
Пирометры ДПР-1, ДПР-2 могут использоваться в литейном производстве, металлургии: на прокатных и трубопрокатных станах для контроля температуры листов, труб, лент, проволоки, колес, арматуры т.д. Возможно применение в электро-, газо-нагревательных печах при нагреве, отжиге, закалке, а также в кузнечном производстве, на кирпичных и цементных заводах, при производстве стекла и пластмасс, в строительстве и многое другое. Особо эффективно их применение при измерении температуры между витками катушки индуктора, раскаленной сетки, проволоки, бухт провода и др., так как приборы могут измерять температуру объектов при размерах этого объекта меньших поля зрения прибора, либо частично закрытых холодными предметами, где применение одно-спектральных приборов невозможно.
Пирометр ДПР-3 используются для контроля целости и дефектов трубопроводов, зданий, теплотрасс, дымовых труб, элементов конструкции в теплоэнергетике, предупреждения пожаробезопасности; для контроля теплообменников на атомных и теплоэлектростанциях; снятия тепловых карт участков Земли, моря, океана, термографии в технологических процессах и т.д.
ИТФ «РИДА-С» разрабатывает и выпускает приборы для измерения температуры бесконтактным методом: переносные пирометры «Луч-Н», «Луч», стационарный пирометр «Луч-С». Достоинства приборов: бесконтактный экспресс-контроль; постоянная готовность к работе; простота в обращении и безопасность эксплуатации; высокая точность измерения; высокое быстродействие; высокая разрешающая способность; воспроизводимость результатов измерения; управление технологическим процессом (выдается сигнал вкл./откл. на исполнительный механизм); устойчивость прибора к механическим воздействиям (ввиду отсутствия оптики); малые габариты и вес.
Таблица 7.2 – Технические характеристики переносных пирометров
| Модель | Луч-Н | Луч | |||
| Диапазон измерения температур, ºC | 350-1000 | 500-1200 | 700-1800 | 800-1800 | 1000-1800 |
| Показатель визирования | 1:30 | 1:50 | 1:50 | 1:100 | 1:200 |
| Погрешность измерения, % | 0,5-1,0 | ||||
| Время измерения, с | 3-5 | ||||
| Коэффициент излучения, ед. | 0,25-1,0 | ||||
| Шаг установки коэффициента, ед. | 0,05 | ||||
| Автоматическая компенсация температуры окружающей среды | есть | ||||
| Отображение результата измерения | ЖК дисплей | ||||
| Режимы работы | максимальный и следящий | ||||
| Выходной сигнал | нет | ||||
| Сигнал управления | нет | ||||
| Технология замера | бесконтактно | ||||
| Питание | автономное 2×9В (батареи типа «Крона») | ||||
| Температура окружающей среды, ºC | +5...+40 | ||||
| Потребляемая мощность, Вт | 0,05 | ||||
| Размеры, мм- блока измерения- фотоприемника | 175×90×42d=20×312 | ||||
| Масса, кг | 0,7 | ||||
Таблица 7.3 – Технические характеристики стационарного пирометра