Pirometr Voltcraft IR 550-12SIP

Pirometr Voltcraft IR 550-12SIP
Pobierz PDF Download icon
Postęp, który dokonał się w zakresie podzespołów elektronicznych z towarzyszącym mu spadkiem cen komponentów spowodował, że pod przysłowiową strzechą stały się dostępne techniki i technologie, które kiedyś były dostępne jedynie nielicznym - naukowcom, wojskowym, lekarzom. Do takich technik należą termowizja i bezdotykowy pomiar temperatury.

Komu może przydać się termowizja lub bezdotykowy pomiar temperatury? W filmie Johna McTiernana pt. "Predator" przydaje się pozaziemskiemu stworowi polującemu na ludzi. Obserwował on naszą rzeczywistość głównie w podczerwieni, w której mógł "widzieć temperaturę", czyli zakres promieniowania normalnie niewidoczny dla oka ludzkiego.

Gorące obiekty pokazywano nam jako czerwone, zimne - niebieskie. Dzięki takim możliwościom Predator miał możliwość odnalezienia ludzi również w całkowitych ciemnościach. Na tej samej zasadzie działają kamery termowizyjne oraz pirometry. Zostawmy jednak fantastykę, ponieważ te urządzenia znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach życia: budownictwie, medycynie, przy naprawach maszyn, ratowaniu życia ludzkiego i tak dalej.

Oglądając urządzenie elektryczne za pomocą kamery termowizyjnej można znaleźć przegrzewające się styki i zapobiec w ten sposób awariom. Elektronikowi kamera termowizyjna przyda się do szybkiego rzutu oka na płytkę drukowaną i stwierdzenia, który układ należy zaopatrzyć w radiator lub który przegrzewa się na skutek uszkodzenia.

Dlatego też, kamera termowizyjna może być bardzo przydatna służbom utrzymania ruchu, w serwisie, a nawet w warsztacie elektronika - hobbysty. Jednak ceny takich kamer zwykle daleko wykraczają poza ramy budżetu przeciętnego Kowalskiego. Dlatego też opracowano "kamery termowizyjne" mające pojedynczy piksel i nazwano je pirometrami lub termometrami bezdotykowymi.

Pirometr umożliwia bezdotykowy pomiar temperatury powierzchni, na którą jest skierowany jego obiektyw. Temperatura jest mierzona pośrednio, poprzez pomiar energii emitowanej w postaci podczerwieni przez każdy obiekt. Ze względu na bezdotykowy charakter metody pomiarowej, idealnie nadaje się ona do mierzenia temperatury obiektów tworzących zagrożenie dla życia lub zdrowia, na przykład części maszyn lub transformatorów energetycznych.

Tabela 1. Współczynniki emisyjności właściwej popularnych materiałów

Oprócz tego świetnie nadaje się do pomiaru temperatury obiektów może nie tak niebezpiecznych, ale trudnodostępnych: będących w ruchu, komponentów elektronicznych w głębi obudowy oraz takich, których dotknięcie mogłoby spowodować zaburzenie pracy urządzenia, betonu podczas wiązania i innych.

Jak wspomniano, pomiar jest wykonywany metodą pośrednią poprzez pomiar energii promieniowania podczerwonego i trzeba pamiętać, że jest niemożliwy dla obiektów umieszczonych za osłona nieprzeźroczystą dla promieniowania tego typu, to jest za szkłem lub osłoną z pleksi. Obiektyw termometru nie może też dotykać obiektu mierzonego.

Wynik pomiaru jest uśredniany z powierzchni obejmowanej przez optykę czujnika, a obiekt mierzony musi być większy, niż średnica koła obejmowanego przez czujnik. Dlatego też podaje się stosunek odległości pomiędzy pirometrem a mierzonym obiektem do średnicy mierzonego koła.

Pozwala to na łatwe oszacowanie średnicy obszaru mierzonego. Ten parametr nosi nazwę "rozdzielczości optycznej". Na przykład, rozdzielczość optyczna pirometru Voltcraft IR 550-12SIP wynosi 12:1. Znając go można wyznaczyć, że jeżeli obiekt znajduje się w odległości 200 cm, to średnica mierzonego koła wynosi 16,7 cm. Jeśli zbliżymy się na odległość 20 cm, to wyniesie ona około 17 mm.

Dla ułatwienia oszacowania wielkości mierzonej powierzchni oraz skierowania optyki w stronę mierzonego obiektu, producent wyposażył pirometr IR 550-12SIP w dwupunktowy celownik laserowy. Wiązki laserów są odchylone od siebie pod kątem wynikającym z rozdzielczości optycznej.

Odsuwając pirometr od obiektu widzimy, że plamki lasera rozchodzą się na boki i możemy zaobserwować czy pomiar w ogóle da się wykonać i z koła o jakiej powierzchni będzie uśredniany. Jest to znacznie wygodniejsze rozwiązanie, aniżeli typowo stosowane rozwiązanie w postaci pojedynczej plamki.

Jak zapewne wiemy lub czujemy intuicyjnie, różne materiały nawet mające tę samą temperaturę mają różną zdolność do wypromieniowywania energii w postaci podczerwieni. Tę właściwość nazywa się emisyjnością i wyraża się ją wzorem:

ε = K×A×T / Qr

gdzie:
ε - współczynnik emisyjności powierzchni,
K - stała Stefana-Boltzmanna,
A - powierzchnia promieniująca,
T - temperatura powierzchni (w Kelvinach),
Qr - ciepło promieniowane (przekazywane).

Tabela 2. Podstawowe parametry pirometru Voltcraft IR 550-12SI

Emisyjność (z wyjątkiem powierzchni metalowych) nie jest uzależniona od temperatury i długości fali. Jak widać z zależności, duży wpływ na emisyjność ma jednorodność i rodzaj powierzchni.

Emisyjność właściwa to emisyjność wyznaczana w kierunku normalnym dla płaskiej, polerowanej i dostatecznie grubej powierzchni, tak by była nieprzezroczysta. Emisyjność właściwa całkowita metali maleje wraz z obniżaniem się temperatury i jest na ogół mniejsza niż dla niemetali.

Emisyjność właściwa, całkowita niemetali zwiększa się wraz z obniżeniem się temperatury. Należy zwrócić uwagę, że wygląd niemetali w świetle widzialnym może być podstawą do oceny ich emisyjności. Większość niemetali, otaczających nas w życiu codziennym jak drewno, mur, masy plastyczne, tkaniny - w temperaturze ok. 20°C ma emisyjność całkowitą bliską jedności1.

Co ważne, bo znacznie rozszerza to obszar zastosowań pirometru IR 550-12SIP, współczynnik emisyjności obiektu może być łatwo zmieniany za pomocą menu przyrządu w zakresie 0,1...1,0. Pozwala to na pomiar temperatury różnych substancji. Typowe współczynniki emisyjności podano w tabeli 1.

Pirometr Voltcraft IR 550-12SIP umieszczono w solidnej obudowie z tworzywa sztucznego. Funkcjonalny, czytelny wyświetlacz podający wynik pomiaru, czujnik podczerwieni oraz celownik laserowy umieszczono na rękojeści zawierającej baterie zasilające. Rękojeść dobrze "leży" w dłoni, co sprawia, że przyrząd jest wygodny w użyciu.

Wynik pomiaru jest podawany w stopniach (Celsiusa lub Fahrenheita) po "namierzeniu" obiektu i naciśnięciu spustu. Oprócz podawania temperatury, pirometr umożliwia automatyczne określenie jej wartości minimalnej, maksymalnej i średniej. Dodatkowo, pirometr może wyliczyć różnicę pomiędzy maksimum i minimum oraz załączyć alarm po przekroczeniu progu ustawionego przez użytkownika.

Temperatura jest mierzona w zakresie od -60 do +550°C. "Wychwytywane" są fale wchodzące o długości od 8 do 14 mikrometrów. Podstawowe parametry przyrządu podano w tabeli 2.

Jacek Bogusz, EP

1 http://goo.gl/ke2mRk

Artykuł ukazał się w
Lipiec 2015
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik wrzesień 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio październik 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

Automatyka Podzespoły Aplikacje wrzesień 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna wrzesień 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich wrzesień 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów