Пирометр представляет собой современный оптико-электронный измерительный прибор, предназначенный для бесконтактного определения температуры объектов. Диапазон измерений этих устройств чрезвычайно широк — от экстремально низких -50 °C до сверхвысоких +3000 °C. В основе работы пирометров лежат различные физические принципы преобразования теплового излучения в электрический сигнал. В данной статье мы подробно рассмотрим четыре наиболее распространенные технологии, которые легли в основу соответствующих типов пирометров, их ключевые особенности, преимущества и ограничения в применении.
1. Одноцветные инфракрасные пирометры
Это классический и широко распространенный тип приборов. Принцип их действия основан на измерении абсолютного значения энергии инфракрасного излучения, испускаемого объектом, в одной определенной длине волны. Ключевым преимуществом таких пирометров, например от компании Optris, является возможность работы на значительном расстоянии от объекта. Единственными ограничениями здесь являются размер измерительного пятна и прозрачность среды между прибором и целью. Однако этот метод имеет и существенные недостатки. Показания могут сильно искажаться в задымленных, запыленных или влажных средах, а также под воздействием сильных электромагнитных полей. Кроме того, традиционные инфракрасные пирометры неэффективны при измерении температуры объектов, меняющих свое агрегатное состояние, например, жидкого металла в процессе кристаллизации.
2. Инфракрасные пирометры с термопарами
По принципу регистрации излучения эти приборы схожи с предыдущим типом, но кардинально отличаются способом обработки сигнала. В них тепловое излучение преобразуется не в цифровой сигнал сложной электроникой, а напрямую в нелинейный сигнал термопары. Это упрощение конструкции дает определенные преимущества: расширенный рабочий диапазон температур и повышенную универсальность. Такие портативные пирометры Optris легко интегрируются с любой измерительной аппаратурой, имеющей стандартный термопарный вход: регуляторами, самописцами, контроллерами. Основными минусами этой технологии являются относительно высокая погрешность измерений (от 2% и выше) и чрезмерно широкий спектральный диапазон чувствительности, что может приводить к дополнительным погрешностям.
3. Двуцветные (отношения) пирометры
Данная технология представляет собой более современный и совершенный подход. Вместо измерения абсолютной энергии в одной длине волны, двуцветный пирометр вычисляет отношение энергий излучения на двух разных длинах волн. Этот метод позволяет практически полностью нивелировать основные недостатки классических инфракрасных приборов. Двуцветные пирометры можно успешно применять в условиях сильной задымленности, запыленности, высокой влажности или при наличии пара. Они также корректно измеряют температуру объектов, меняющих свое состояние (например, расплавов) или частично перекрывающих измерительный луч. Это делает их незаменимыми в сложных промышленных условиях.
4. Оптоволоконные пирометры
По сути, это инфракрасные пирометры, модифицированные для работы в особых условиях. Их главное конструктивное отличие — использование гибкого оптоволоконного кабеля для передачи светового потока от объекта к измерительному блоку. Эта особенность открывает уникальные возможности. Кабель можно изгибать, что позволяет проводить измерения в абсолютно недоступных для прямой видимости местах: внутри агрегатов, за препятствиями, в полостях. Кроме того, сам чувствительный измерительный блок (пирометрический сенсор) можно вынести из зоны с экстремальными условиями — высоким давлением, вакуумом, сильными электромагнитными или ионизирующими полями, оставив в этой зоне только концевик из оптоволокна. Основной недостаток технологии — критическая важность точного и стабильного позиционирования торца световода относительно измеряемого объекта, что не всегда технически осуществимо.