Тепловизор для измерения температуры бесконтактным методом. Термометр бесконтактный: преимущества и недостатки. Измерение температуры бесконтактным способом. Особенности бесконтактных термометров

Температура человека является фактором, отражающим состояние его здоровья, поэтому о ней нужно осведомляться при первой возможности. В каждой аптечке должен находиться специальный аксессуар для этих целей. Термометр бесконтактный вышел на лидирующие позиции среди аналогичных устройств. Поэтому на него следует обратить внимание и всерьез задуматься о покупке. Чтобы выбрать качественный аксессуар, необходимо ознакомиться с основными видами данных устройств.

Особенности инфракрасного термометра

Температура человека измеряется данным термометром с помощью специального элемента, который реагирует на инфракрасное излучение, исходящее от тела. Так и считывается вся необходимая информация. Узнать результат можно, обратив внимание на жидкокристаллический дисплей. Это относительно новый медицинский прибор, однако он уже успел привлечь внимание потребителей.

Преимущества инфракрасного дисплея

1. Температура определяется в наиболее скоростном режиме. Для того чтобы показать результат исследования, прибор тратит всего несколько секунд. Обычно сроки разные, однако преимущественно термометр бесконтактный укладывается в 30 секунд.
2. В комплекте с таким термометром идут разнообразные наконечники. Их легко снять, когда есть необходимость в промывании или проведении дезинфекции. К прибору можно самостоятельно приобретать дополнительные аксессуары.
3. Особенность данных термометров в том, что они не вступают в контакт с организмом человека. Даже самым маленьким детям с легкостью измеряют температуру во время сна, что облегчает и значительно ускоряет эту процедуру. Также не создается стрессовых ситуаций.
4. Прибор безопасен для окружающей среды и для людей. В его составе нет ртути или стекла, так как они не нужны для работы устройства.
5. С помощью бесконтактного термометра появляется возможность узнать не только температуру тела, но и измерить данный параметр воздуха или воды.

Точность в измерении температуры

Термометр бесконтактный имеет несколько недостатков, из-за которых появляются неудобства при совершении измерений. Возможны небольшие отклонения в выставлении значений, что может напрасно испугать или успокоить человека. Каждый пациент, однако, может обеспечить точность результатов. Для этого тот, у кого меряют температуру, должен сесть ровно и совершать как можно меньше движений. Этот аспект является сложным для маленьких детей. Именно поэтому желательно мерить им температуру во время сна.

Производители официально допускают погрешность в 0,4 градуса, что является относительно небольшим значением, однако в некоторых случаях это может стать решающим фактором. Нужно учитывать возможные отклонения только в том случае, если пациент совершает активные движения.

Разновидности инфракрасных термометров

Ушной термометр предназначен для проверки температуры с помощью органа слуха. В комплекте к нему должны прилагаться специальные насадки. Следует проверить, чтобы они были мягкими, так как только таким образом можно обеспечить комфортное измерение температуры.

Некоторые производители принимают решение комплектовать такие градусники целым набором аксессуаров со всеми полагающимися деталями. Они необходимы для защиты мембраны функционального наконечника, а также для предотвращения повреждения барабанных перепонок. Данные устройства в большинстве случаев проявляют максимальную точность, однако при воспалениях среднего уха их применять не рекомендуется, так как может быть показан неточный результат. Если возникает такая ситуация, необходимо выбрать термометр инфракрасный бесконтактный другого типа.

Любая другая модель устройства позволяет произвести точные измерения, придвигая термометр ко лбу или виску. Сразу после проведения данных действий на дисплее отображаются результаты. Бесконтактный термометр отлично подходит для новорожденных, так как максимально точные результаты можно получить, пока ребенок спит, не побеспокоив его.

Термометр бесконтактный Sensitec

Это популярная фирма по изготовлению данного типа измерительной аппаратуры. Бесконтактный термометр NF 3101 имеет несколько особенностей.

1. Температура улавливается в пределах 32-42 градусов.
2. Проводить измерения можно на дистанции от 5 см до 15 см от кожи, что является оптимальным показателем.
3. Результаты часто можно увидеть уже через полсекунды.
4. Аппарат автоматически сохраняет в памяти до 32 последних результатов измерений, что помогает не только вести статистику состояния пациента, но и отчитываться о температуре на приеме у врача без запинок.
5. Если прибор более 7 секунд находится в бездействии, он автоматически выключается.

Это устройство является новинкой на современном рынке термометров, однако оно уже завоевало популярность, благодаря своей практичности. Для его работы необходимы две батарейки типа АА. Вес устройства удобен любому человеку, так как находится в пределах рекордных 170 г. Если отмечается высокая температура, посылается звуковой сигнал, позволяющий как можно быстрее узнать об изменениях. Дисплей оборудован подсветкой, а значит, его применение возможно даже в темноте, поэтому никаких неудобств при этом не возникает. Разрешено измерять температуру любых поверхностей. Функциональный прибор может определить градусы максимально точно не только для тела человека, но и других объектов.

Термометр Well

Термометр бесконтактный WF 5000 может использоваться как для лба, так и для ушей. Обычно температуру измеряют, поднеся градусник к ушам или вискам. Время от поднесения термометра к объекту до получения результатов составляет 3-4 секунды. Результат является максимально точным, вероятность небольших отклонений минимальна.

Для маленьких детей такой прибор подходит наилучшим образом, так как он не способен напугать или потревожить малыша. Специальный механизм, осуществляющий сканирование, воздействует сразу с разных сторон, что позволяет оценить показания, полученные с нескольких областей поверхности тела. Выявляется, таким образом, точное значение. Прибор показывает максимальную температуру, которую удалось зафиксировать. Данный термометр помнит последнее измерение. Чтобы можно было посмотреть на эту информацию, необходимо сначала выключить устройство, а затем некоторое время удерживать кнопку включения. Следует отметить, что в каждом конкретном случае нужно оценить все преимущества и выбрать оптимальный бесконтактный термометр для измерения температуры.

Мнения потребителей

Многие покупатели хвалят инфракрасные термометры, особенно выделяя продукцию некоторых брендов. В этом вопросе у каждого высказавшегося свои предпочтения, однако все согласны с тем, что цена соответствует качеству, что особенно касается именно инфракрасных моделей. Дети отлично реагируют на измерение температуры с помощью данных приборов, так как им не приходится долго держать градусник при себе, а достаточно просто подождать несколько секунд.

Особенности бесконтактных термометров

Самые удобные инфракрасные термометры продаются по достаточно высокой цене, примерно от 3000 рублей. Это и является одним из главных недостатков таких устройств. Однако обычные градусники измеряют температуру по 5 минут, поэтому любой бесконтактный термометр отзывы пользователей оценивают очень высоко. Они отмечают, что особое внимание нужно обращать на точность показателей при измерении температуры. Иногда они отклоняются, однако разница в значениях не превышает 0,4 градуса. При спорных результатах можно провести повторное измерение температуры.

Чтобы выбрать максимально удобный термометр бесконтактный для детей, необходимо оценить основные показатели и сравнить характеристики с возрастом ребенка. Также следует обращать внимание на разновидность прибора. Нужен такой термометр инфракрасный бесконтактный, которым легче всего пользоваться конкретным людям. Для маленьких детей подойдут бесшумные устройства, а взрослым могут пригодиться приборы со звуковым сигналом, особенно в том случае, если планируется измерение не только температуры тела, но и аналогичного показателя для других объектов.

В настоящее время наряду с контактными средствами измерения все более широкое применение в промышленности находят средства бесконтактного измерения температуры - пирометры и тепловизоры.

Пирометр
- это средство измерения температуры по тепловому излучению объекта, предназначенное для отображения значения температуры на индикаторе прибора или преобразования в аналоговый или цифровой сигнал. Пирометры способны измерять температуру круговой зоны, ограниченной полем зрения прибора и усредняют температуру в пределах данной зоны. Зона видимости пирометра зависит от расстояния до объекта и от оптического разрешения пирометра, таким образом варьируя эти два параметра, с помощью пирометра можно измерять как температуру тонкой проволоки, так и среднюю температуру поверхности кузова автомобиля перед покраской.

Тепловизор
- это средство измерения температуры по тепловому излучению объекта, предназначенное для определения значения температуры и преобразования её в визуальную картину распределения тепловых полей по поверхности объекта. Тепловизор позволяет получить обобщенную информацию - тепловую картину некоторой области и конкретное значение температуры интересуемого объекта, размер которого равен или больше размера элементарной ячейки поля зрения тепловизора.

С 2000 года для тех приложений, где применение контактных датчиков температуры серии Метран-200 затруднительно или невозможно, ПГ «Метран» предлагает бесконтактные средства измерения температуры производства фирмы Raytek (Германия). Компания Raytek, одна из ведущих фирм мира, специализирующихся на разработке и изготовлении приборов для бесконтактного измерения температуры. В будущем ПГ «Метран» планируется совместное с компанией Raytek производство бесконтактных средств измерения температуры на собственной производственной базе.

Применение бесконтактных средств измерений позволяет производить измерения температуры движущихся объектов; объектов, расположенных в труднодоступных местах; избегать повреждений средства измерения при контроле высоких температур; предотвращать возможные загрязнения и повреждения измеряемого объекта, при измерении температуры объекта, целостность или стерильность которого нельзя нарушать. В случае, когда необходимо измерить температуру микроскопических объектов, теплоемкость которых мала, бесконтакный способ измерения позволяет избежать искажений температуры объекта, вносимых контактным средством. Неоспоримыми преимуществами бесконтактных средств измерения температуры перед контактными являются следующие:
высокое быстродействие (до 1 мс) - необходимо в случае измерения температуры быстропротекающих процессов;
возможность измерения температуры объекта без его отключения от технологического процесса - обнаружение точек перегрева, которые возникают только во время работы объекта;
обеспечение безопасности персонала, проводящего измерение температуры объектов, находящихся под напряжением, так как работы производятся на расстоянии и не требуют отключения электроэнергии.

Существует ряд технологических процессов, когда применение контактных датчиков невозможно, в таких случаях применение пирометров - это единственно возможный способ контроля температуры. В случае, когда, например, необходимо замерить температуру от 1800 °С до 3000 °С, контактные средства измерения применить невозможно, но бесконтактные приборы легко решают эту задачу.

Функциональные возможности пирометров позволяют, кроме текущего значения температуры, фиксировать максимальную, минимальную температуру объекта, их разницу, а также среднюю температуру за промежуток времени. Наличие цифрового интерфейса у пирометров (RS-232, RS-485, Hart-протокол) позволяет перенастраивать прибор и контролировать значение измеряемой температуры непосредственно с персонального компьютера. Специальное программное обеспечение пирометров позволяет создавать отчеты в виде графиков и формировать базы данных.

Пирометры и тепловизоры имеют перед контактными датчиками температуры, как ряд преимуществ, так и некоторые недостатки - зависимость показаний от расстояния до измеряемого объекта, от отражательных свойств измеряемой поверхности, от излучения прямо не попадающих в поле зрения пирометра областей измеряемого объекта. Для того чтобы выбрать способ измерения, нужно оценить все за и против.

ПГ «Метран» предлагает сегодня большой выбор портативных переносных и стационарных пирометров для различных применений, а также доступный по цене тепловизор. Предлагаемые приборы имеют сертификаты России, Украины и Белорусии, руководства по эксплуатации и методики поверки на русском языке. ПГ «Метран» обеспечивает квалифицированную техническую поддержку, сервисное обслуживание продукции, предлагает услуги по ремонту, периодической поверке и калибровке.

Переносные пирометры измеряют температуру в диапазоне от -30°С до 3000°С с погрешностью до 0,75% от измеряемой величины, могут запоминать до 100 значений температуры, передавать данные измерений по цифровому выходу на персональный компьютер.

Стационарные пирометры измеряют температуру от -40°С до 3000°С с погрешностью до 0,3% от измеряемой величины, имеют оптическое разрешение до 300:1, время отклика до 1 мс и выходные сигналы - термопары типа J/K/E/N/T/R/S, 0-5 В, 4-20 мА, интерфейсы RS-485 или RS-232, механическое реле.

Тепловизор имеет следующие технические характеристики:
неохлаждаемая микроболометрическая матрица 160 x 120 ячеек;
диапазон измеряемых температур от 0 оС до 250 оС;
спектральный диапазон 7-14 мкм;
ЖКИ дисплей с тремя градациями яркости изображения для разных условий работы;
оптическое разрешение 90:1, минимальное расстояние до объекта измерения 60 см;
лазерный прицел - указатель центра зоны съемки;
память до 100 снимков и данных;
время непрерывной работы без перезарядки - 5 часов;
связь с персональным компьютером по USB-порту.

Все эти приборы специально разработаны и откалиброваны для решения проблем измерения температуры в промышленности. В настоящее время бесконтактный метод измерения температуры широко востребован в энергетике. Он применяется для диагностики электрооборудования под напряжением, для технического обслуживания энергооборудования. С помощью пирометров и тепловизоров можно быстро и безопасно контролировать температуру электрических двигателей, корпусов трансформаторов, кожухов шинопроводов, оборудования электрических подстанций, обнаруживать осушенные участки высоковольтных кабельных линий, котролировать температуру электроизоляторов. В жилищно-коммунальном хозяйстве с помощью пирометров и тепловизоров производят контроль температуры труб подачи и забора воздуха, измеряют температуру теплотрасс, определяют места утечек тепла, проводят инспекцию кровли. Бесконтактный метод измерения температуры позволяет сократить время проведения измерений и обезопасить персонал, продлить срок службы средства измерения и расширить диапазон измеряемых температур. Дешевизна бесконтактного метода контроля температуры, его оперативность и доступность позволяют использовать пирометры и тепловизоры практически на любом предприятии.

Благодаря своей простоте в работе, широкому диапазону измеряемых температур, малому времени отклика, отсутствию необходимости контактировать с объектом, своим функциональным возможностям бесконтактные средства измерения температуры находят широкое применение не только там, где это единственно возможное средство измерения, но и постепенно начинают вытеснять контактные датчики температуры.

Пирометры - это компактные приборы, позволяющие мгновенно измерять температуру в диапазоне -50°С - +3000°С на расстояниях от 1 до 30м. Достаточно просто направить пирометр на объект измерения и нажать на кнопку.

Размеры области определения температуры пирометром зависят от оптического разрешения (показателя визирования) прибора. Показателем визирования называется отношение диаметра пятна контроля прибора на объекте измерения к расстоянию до объекта и обозначается D:S.

Чем выше показатель визирования тем дороже пирометр. Выбор оптического разрешения полностью зависит от реального размера объекта и расстояния, на котором возможны данные измерения. Для большинства применений вполне достаточно пирометров с оптическим разрешение 10:1 - 40:1. Но там, где надо контролировать температуру сильно нагретых объектов или небольших по размерам предметов на большом расстоянии, требуются модели с более высоким показателем визирования 50:1 - 180:1.

пирометры излучения применяются для измерения температуры в диапазоне от +100 до 2500 градусов Цельсия. Пирометры излучения работают по принципу измерения излучаемой нагретыми телами энергии, изменяющейся в зависимости от температуры этих тел.

Сфера использования приборов для бесконтактного измерения температуры, так называемых пирометров, очень велика, они применяются на железнодорожном транспорте, в металлургии, энергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве, медицине, строительстве, научных исследованиях, энергосбережении. Но нам особенно интересна именно строительная индустрия, где уже давно заметна тенденция к энергосбережению, сокращению теплопотерь зданий и сооружений.

Пирометры помогают решать эту задачу - ими удобно искать «мостики холода», участки с плохой теплоизоляцией, щели на стыках оконных и дверных блоков, диагностировать системы отопления и вентиляции бесконтактным методом. Конечно, есть и куда более удобные приборы - тепловизоры, но «частнику» они явно не по карману. А вот пирометр стоит недорого, и пусть работает он не столь наглядно, однако со своими задачами справляется.

Принцип действия любого пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения с любой непрозрачной поверхности, преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света. У IR-T1 высокий показатель визирования (10:1, на практике это означает, что на расстоянии 10 м он измеряет температуру в области диаметром 1 м) и широкий диапазон измеряемых температур, включающий и область отрицательных значений. При таких показателях его цена выглядит весьма умеренной.

Инфракрасный пирометр FLIR TG165 (бесконтактный термометр)

Разница между пирометрами и тепловизорами проста. Первые способны получить только одно значение температуры за одно измерение, а вторые сразу выдают инфракрасный снимок объекта со множеством замеренных значений. Но дело в том, что для замера температуры каждой точки нужен отдельный датчик. Сколько точек замеряется - столько датчиков и должно быть (некоторые электронные «ухищрения», которыми иногда оснащают тепловизоры, принципиально проблему не решают).

И как раз от количества датчиков, собранных в компактную матрицу, больше всего зависит цена любого тепловизора. Даже самые дешёвые их модели обходятся в десятки тысяч рублей, а профессиональные вполне могут стоить и несколько сотен тысяч. Тепловизор, даже самый простой, оснащается полноценным ЖК-экраном, может сохранять данные в памяти и подключаться к компьютеру для передачи и анализа изображений.

Все электроприборы работают за счет прохождения через них электрического тока, который дополнительно нагревает проводники и оборудование. При этом в нормальном режиме эксплуатации создается баланс между повышением температуры и отводом ее части в окружающую среду.

При нарушениях качества контактов ухудшаются условия прохождения тока и повышается температура, которая может стать причиной неисправности. Поэтому в сложных электротехнических устройствах, особенно на высоковольтном оборудовании предприятий энергетики, осуществляется периодический контроль нагрева токоведущих частей.

Для устройств, находящихся под высоким напряжением, измерения осуществляются бесконтактным методом на безопасном расстоянии.

Принципы дистанционного измерения температуры

У любого физического тела происходит движение атомов и молекул, которое сопровождается . Температура объекта влияет на интенсивность этих процессов и о ее величине можно судить по значению теплового потока.

Бесконтактное измерение температуры основано на этом принципе.

Источник обследования с температурой «Т» излучает в окружающее пространство тепловой поток «Ф», который воспринимается тепловым датчиком, удаленным от источника тепла. После него преобразованный внутренней схемой сигнал выдается на информационное табло «И».

Приборы измерения температуры, осуществляющие ее замер по инфракрасному излучению, называют инфракрасными термометрами либо сокращенным названием «пирометры».

Для их точной работы важно правильно определить диапазон измерения на шкале электромагнитных волн, который составляет область примерно 0,5?20 мкм.

Погрешность пирометров зависит от комплекса факторов:

1. поверхность наблюдаемой площади объекта должна быть в зоне прямого обзора;
2. пыль, туман, пар и другие предметы между тепловым датчиком и источником тепла ослабляют сигнал, как и следы загрязнения на оптике;
3. структура и состояние поверхности исследуемого тела влияют на интенсивность инфракрасного потока и показания измерителя температуры.

Влияние третьего фактора объясняет график изменения коэффициента излучения? от длины волны.

Способность инфракрасного излучения Фs черного материала берется за основу сравнения других изделий и принимается равным 1. Коэффициенты всех остальных реальных веществ ФR становятся меньше 1.

На практике пирометры пересчитывают излучение реальных объектов на показатели идеального излучателя.

Также на измерение оказывают влияние:

длина волны инфракрасного спектра, на которой проводится замер;

температура исследуемого вещества.

Как устроен бесконтактный измеритель температуры

По способу вывода информации и ее обработки приборы удаленного контроля нагрева поверхностей подразделяют на:

пирометры;

тепловизоры.

Устройство пирометров

Условно состав этих приборов поблочно можно представить:

инфракрасным датчиком с оптической системой и зеркальным световодом;

электронной схемой, преобразующей полученный сигнал;

дисплеем, на котором отображается температура;

кнопкой включения.

Поток теплового излучения фокусируется оптической системой и зеркалами направляется на датчик первичного преобразования тепловой энергии в электрический сигнал с величиной напряжения, прямо пропорциональной инфракрасному излучению.

Вторичное преобразование электрического сигнала происходит в электронном устройстве, после которого измерительно-счетный модуль осуществляет вывод информации на дисплей, как правило, в .

На первый взгляд кажется, что пользователю для замера температуры удаленного объекта достаточно:

включить прибор нажатием на кнопку;

навести на исследуемый объект;

снять показания.

Однако, для точного измерения необходимо не только учесть факторы, влияющие на показания, но и правильно выбрать расстояние до объекта, которое определяется оптическим разрешением прибора.

Поскольку эти характеристики прямо пропорциональны между собой, то для точного измерения температуры необходимо не только правильно навести прибор на объект, но и подобрать расстояние для выбора площади измеряемой зоны.

Тогда оптическая система будет обрабатывать тепловой поток от нужной поверхности без учета влияния излучения окружающих предметов.

С этой целью усовершенствованные модели пирометров оснащаются лазерными целеуказателями, которые помогают навести термодатчик на объект и облегчить определение площади контролируемой поверхности. Они могут иметь разные принципы работы и обладать неодинаковой точностью наведения.

Коаксиальный способ лишен этого недостатка - луч лазера совпадает с оптической осью прибора и точно указывает центр измеряемой площади, но не определяет ее границы.

Указание размеров контролируемого участка предусмотрено в целеуказателе с двойным лазерным лучом . Но при маленьких расстояниях до объекта допускается ошибка, вызванная первоначальным сужением области чувствительности. Этот недостаток сильно проявляется на объективах с короткофокусным расстоянием.

Целеуказатели с кросс-лазером улучшают точность работы пирометров, оснащенных объективами с коротким фокусом.

Одиночный круговой лазерный луч позволяет определить зону контроля, но он тоже обладает параллаксом и завышает показания прибора на коротких дистанциях.

Круговой точный лазерный целеуказатель работает наиболее надежно и лишен всех недостатков предшествующих конструкций.

Пирометры отображают информацию о температуре методом текстово-цифрового вывода на дисплей, которая может дополняться другими сведениями.

Устройство тепловизоров

Конструкция этих измерительных приборов температуры напоминает устройство пирометров. У них в качестве приемного элемента потока инфракрасного излучения работает гибридная микросхема.

Она своим фоточувствительным эпитаксиальным слоем через сильнолегированную подложку воспринимает ИК поток.

Устройство приемника тепловизора с гибридной микросхемой показано на картинке.

Все приемы работы с тепловизором выполняются так же, как и с пирометром, но на его экране выводится картинка электротехнического оборудования, представленная уже в переработанном цветовом диапазоне с учетом состояния нагрева всех деталей.

При сравнении работы пирометра и тепловизора можно увидеть разницу:

пирометр определяет среднюю температуру в контролируемой им области;

тепловизор позволяет оценить нагрев всех составных элементов, расположенных в наблюдаемой им зоне.

Особенности конструкций бесконтактных измерителей температуры

Описанные выше устройства представлены мобильными моделями, позволяющими выполнять последовательные замеры температуры на многих местах работы электрического оборудования:

вводах силовых и измерительных трансформаторов и выключателей;

контактах разъединителей, работающих под нагрузкой;

сборках систем шин и секций высоковольтных распределительных устройств;

в точках соединения проводов воздушных линий электропередач и других местах коммутации силовых цепей.

Однако, в отдельных случаях выполнения технологических операций на электрооборудовании сложные конструкции бесконтактных измерителей температуры не нужны и вполне можно обойтись простыми моделями, установленными стационарно.

В качестве примера можно привести метод измерения сопротивления обмотки ротора генератора при работе с выпрямительной схемой возбуждения. Поскольку в ней наводятся большие переменные составляющие напряжения, то контроль ее нагрева осуществляется постоянно.

Схемы, работающие по этому принципу, отличаются относительной простотой и надежностью.

В зависимости от назначения пирометры и тепловизоры подразделяют на устройства:

высокотемпературные, предназначенные для измерения сильно нагретых объектов;

низкотемпературные, способные контролировать даже охлаждение деталей при морозе.

Конструкции современных пирометров и тепловизоров могут оборудоваться системами связи и передачи информации через с удаленными компьютерами.