Пирометр измеряет излучение поверхности
Пирометр определяет температуру по излучению, которое попадает в его оптическую систему в заданной спектральной полосе. Излучение зависит не только от температуры, но и от свойств поверхности. Поэтому бесконтактное измерение не устраняет необходимость знать объект и условия наблюдения. Для непрозрачной поверхности сигнал включает собственное излучение и отражённое излучение окружающих тел; при наличии окна или атмосферы добавляются их влияние и пропускание.
Спектральный коэффициент излучения ε показывает отношение собственного излучения поверхности к излучению чёрного тела при той же температуре и условиях наблюдения. Значение зависит от длины волны, состояния поверхности и направления наблюдения. Полированный, окисленный и окрашенный участки одного металла могут давать разные показания. Табличное значение по названию материала служит исходной оценкой, а не универсальной настройкой для любой детали.
Собственное и отражённое излучение
Для непрозрачной поверхности в упрощённой спектральной модели без поглощения на пути Lизм=εLчт(T)+(1−ε)Lокр. Здесь Lокр описывает падающее излучение окружения, которое отражается в сторону прибора. Отражённая кажущаяся температура не обязательно совпадает с температурой воздуха: раскалённая печь или холодная поверхность меняют поле излучения. При низкой ε отражённая составляющая становится особенно существенной. Указанное выражение объясняет состав сигнала, но не является универсальным алгоритмом пересчёта любого пирометра.
| Фактор | Что меняется | Как интерпретировать |
|---|---|---|
| Коэффициент излучения | Доля собственного излучения | Настройка должна соответствовать поверхности и спектральной полосе |
| Отражённое окружение | Паразитная составляющая сигнала | Положение горячих и холодных объектов важно |
| Размер измерительного пятна | Набор поверхностей в поле зрения | Фон смешивается с излучением детали |
| Окно или защитное стекло | Пропускание и собственное излучение | Нужны спектральные данные и поддержка компенсации |
| Атмосферный путь | Поглощение и излучение среды | Влияние зависит от расстояния и спектра |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Условный пример геометрии
Пусть паспорт конкретного прибора задаёт отношение расстояния к диаметру измерительного пятна D:S=12:1 в рассматриваемой области расстояний. При расстоянии 600 мм оценочный диаметр пятна равен 600/12=50 мм. На участке диаметром 30 мм прибор захватит окружающую поверхность: участок меньше пятна на 20 мм. Участок диаметром 70 мм имеет геометрический запас 70−50=20 мм по диаметру, или 10 мм с каждой стороны при точном центрировании.
Этот пример проверяет только попадание в поле зрения, а не точность температуры. Реальная диаграмма оптики может содержать фокусное расстояние, минимальный размер пятна и условие доли собранной энергии. Поэтому паспортную диаграмму нельзя заменять одной пропорцией во всех точках. Лазерный указатель помогает наводить прибор, но его видимая точка не обязана обозначать всю измерительную область.
Одноцветные и двухцветные приборы
Одноцветный прибор связывает сигнал в одной полосе с температурой при заданной излучательной способности. Двухцветный использует отношение сигналов в двух полосах и может уменьшать некоторые влияния, если выполняются предположения о соотношении коэффициентов излучения и ослаблении сигнала. Он не гарантирует правильное показание при произвольных спектральных свойствах, неодинаковом поглощении или постороннем излучении. Выбор принципа связан с объектом, диапазоном и оптическим трактом.
Для проверки результата фиксируют поверхность, дистанцию, угол, спектральный диапазон и настройки компенсации. Если сопоставляют пирометр с контактным датчиком, учитывают, что датчик измеряет собственную температуру и может менять поверхность или отводить тепло. Расхождение двух методов само по себе не доказывает неисправность одного из них; сначала согласуют место и условия измерения.
Настройка ε по одному совпадению без контроля отражений и теплового контакта способна скрыть ошибку. Загрязнение линзы или окна также меняет сигнал. Калибровка по источнику излучения характеризует прибор в установленных условиях, но не превращает любую реальную поверхность в такой источник. Для производственного решения требуется оценка полного измерительного сочетания.
Первичные источники
- FLIR, Measuring temperatures — излучательная способность, отражённая температура и параметры пути
- Fluke, Infrared temperature calibration 101 — влияние отражений и излучательной способности
- Fluke 566 — параметры конкретного инфракрасного термометра