Úvod k infračerveným teploměrům

Jak pracují infračervené teploměry? Základní konstrukce většinou sestává z čočky k soustředění infračervené energie (IR) na detektor, který konvertuje tuto energii na elektrický signál, jenž může být zobrazen v jednotkách teploty po kompenzaci na teplotu okolí. Toto uspořádání usnadňuje měření teploty ze vzdálenosti bez dotyku s daným měřeným objektem. Proto se infračervené teploměry používají pro měření teploty v podmínkách, kde nemohou být použity termočlánky nebo jiné sondy se snímači nebo by z různých důvodů neměřily přesně. Typické podmínky např. jsou, když se objekt pohybuje nebo je obklopen elektromagnetickým polem jako např. u indukčního ohřevu nebo je objekt umístěn ve vakuu nebo jiné řízené atmosféře nebo je u aplikace požadovaná rychlá odezva.
 

            

 
Obvyklé otázky při použití infračerveného teploměru:
 

Proč bych měl použít infračervený teploměr při měření teploty u mé aplikace?
Infračervené pyrometry umožňují uživatelům změřit teplotu v případech, kde běžné teploměry nemohou být použity. Zejména v případech ovládání pohybujících se objektů (např. válečkové tratě, pohybující se stroje nebo pásové dopravníky) nebo požadavku na bezdotykové měření z důvodu kontaminace nebo nebezpečného prostředí (vysoké napětí apod.), kde je vzdálenost příliš velká nebo kde měřené teploty jsou příliš vysoké pro termočlánky nebo jiné dotykové snímače.

S čím bych měl počítat u mé aplikace, když vybírám infračervený teploměr?
Kritické úvahy pro jakýkoliv infračervený pyrometr zahrnuje zorný úhel (průměr zářiče - objektu a vzdálenost), typ měřeného povrchu (úvahy o emisivitě), spektrální odezva - pásmo (propustnost atmosféry nebo prostupnost skrz povrchy), teplotní rozsah a montáž (přenosné provedení nebo fixní). Další úvahy zahrnující časovou odezvu, životní prostředí, omezující faktory montáže, zaměřování, požadavek na výstupní signál.

Co značí zorný úhel a proč je důležitý?
Zorný úhel je kužel, ve kterém přístroj snímá paprsky a je určen jeho optikou.. K dosažení údaje přesné teploty měřeného objektu je nutné, aby zaměřovaný povrch zcela překrýval zorný úhel použitého infračerveného pyrometru. Infračervený pyrometr určuje průměrnou teplotu všech povrchů, které se v zorném poli nacházejí, tedy i pozadí zaměřeného objektu, který má jinou teplotu a může způsobit chybu měření. K řešení tohoto problému nabízí OMEGA jedinečný postup. Mnohé OMEGA infračervené pyrometry mají patentovaný laser přepínatelný z kruhu na bod. V módu kruhu se vytváří dvanáctibodový kruh, který označuje povrch - plochu, na níž se teplota měří. V módu bodovém pak je označován střed měřeného povrchu.
 

               
 

Co je to emisivita a jaký vztah má k měření infračervené teploty?
Emisivita je definována jako poměr energie vyzařované objektem při jeho dané teplotě k energii vyzařované ideálním tělesem (radiátorem) nebo černým tělesem při stejné teplotě. Emisivita černého tělesa je 1,0. Všechny hodnoty emisivity jsou v intervalu 0,0 až1,0. Většina infračervených teploměrů má kompenzaci emisivity pro různé materiály. Obecně platí: čím vyšší má objekt emisivitu, tím snadněji lze získat přesnou hodnotu teploty měřenou infračerveným teploměrem. Objekty s velmi nízkou emisivitou (pod 0,2) patří do obtížně měřitelných infračerveným teploměrem. Některé leštěné, lesklé, třpytivé kovové povrchy jako je hliník jsou tak reflexní v infračervené oblasti, že přesné měření teploty není vždy možné.

Metody k získání hodnoty emisivity.
Existuje pět postupů jak určit emisivitu materiálu a zjistit tak i přesnou měřenou teplotu:

1. Ohřejte vzorek materiálu na známou teplotu s použitím přesného snímače a změřte teplotu i infračerveným teploměrem. Současně nastavujte emisivitu na něm tak, aby ukázal shodnou teplotu.
 
2. Pro relativně nízké teploty (do 500°F) lze použít "maskovací" pásek s emisivitou 0,95 jako zaměřovací plochu. Pak nastavte tuto emisivitu a změřte správnou teplotu objektu. Při měření mimo tento pásek nastavujte emisivitu tak, až obdržíte na indikátoru shodnou teplotu.
 
3. Pro měření vysoké teploty lze vyvrtat do objektu otvor s hloubkou asi 6 krát průměr. Tento otvor se chová jako černé těleso s emisivitou 1,0. Při měření teploty v tomto otvoru nastavte uvedenou emisivitu a změřte správnou teplotu. Při měření mimo tento otvor nastavujte emisivitu tak, až obdržíte na indikátoru shodnou teplotu.
 
4. Jestli lze materiál nebo jeho část pokrýt matnou černou barvou, bude mít emisivitu přibližně 1,0. Změří se teplota povrchu s barvou a pak skutečného povrchu a emisivita se nastaví tak, aby se údaj na teploměru shodoval.
 
5. Standardní hodnoty emisivity pro většinu materiálů jsou uvedeny v našem katalogu i na Internetu. Lze jich využít pro zadávání emisivity měřeného materiálu do infračerveného teploměru, abychom alespoň měli hodnotu emisivity předpokládanou.
 
Jak mohu pyrometr upevnit?
Pyrometr může být dvojího typu, buď s fixní - pevnou montáží nebo přenosný. Přístroje s pevnou montáží jsou obecně instalovány v místě, kde trvale monitorují proces. Obvykle jsou trvale napájeny ze sítě a použity pro jeden účel. Výstup tohoto pyrometru je obvykle na místní nebo vzdálený displej a také jeho analogový výstup lze připojit na jiný displej nebo do řídící smyčky. Přenosné pyrometry ve tvaru pistole mají bateriové napájení, vlastnosti mají obdobné jako fixní přístroje a obvykle nemají analogový výstup pro regulační účely. Běžně se tyto přenosné přístroje používají v údržbě, diagnostice, při kontrole kvality a měření kritických míst procesů.