Bezkontaktowy pomiar temperatury za pomocą termometru IR

Jest to także dobry sposób na pomiar temperatury strumieni płynów agresywnych chemicznie lub po prostu elementów niebezpiecznych. Pozwalają również na wykrywanie gorących punktów zapowiadających wystąpienie uszkodzeń, wskazują na złe połączenia elektryczne, kontrolę stanu i podobne operacje związane z utrzymaniem i nadzorem technicznym dla urządzeń przemysłowych. Termometry bezkontaktowe są także przydatne w przemyśle spożywczym do kontroli procesu obróbki i przechowywania żywności, w zgodzie z popularną normą HACCP. Czas pomiaru za ich pomocą nie przekracza jednej sekundy.

Rozdzielczość i emisyjność

Pomiar za pomocą termometru bezkontaktowego nie jest tak dokładny, jak wykonany tradycyjnym sprzętem pomiarowym, a typowa dokładność wynosi 1°C. Niemniej w wielu przypadkach jest to wystarczające. Dodatkowo przy pomiarach pirometrem koniecznie jest zwrócenie uwagi na dwa ważne parametry termomentrów: rozdzielczość optyczną i emisyjność. Rozdzielczość optyczna odnosi się do obszaru, w jakim termometr mierzy na danym dystansie temperaturę.

Sprzęt z rozdzielczością 4:1 ma pole pomiarowe o średnicy 2,5cm w odległości 10cm, natomiast przy rozdzielczości 10:1 w odległości 50cm uzyskujemy pole pomiarowe o średnicy 5cm (rys. 1). Bez wysokiej rozdzielczości nie da się zmierzyć temperatury z daleka, nawet jeśli wskaźnik laserowy wbudowany w przyrząd pokazuje dokładnie żądane miejsce. Wiele niepoprawnych pomiarów za pomocą termometrów bezkontaktowych wynika właśnie z tego, że mierzenie nie uwzględnia rozdzielczości optycznej i dokonywane jest ze zbyt odległego miejsca.

Emisyjność jest parametrem wskazującym na zdolność obiektu do emisji promieniowania podczerwonego. Zależy ona od materiału, z którego wykonany jest obiekt oraz jakości (chropowatości) jego powierzchni. Wartość tego parametru zmienia się od 0,1 dla materiałów silnie refleksyjnych, do wartości zbliżonych do 1 dla czarnych matowych powierzchni. Dla danego materiału emisyjność odczytuje się najczęściej z katalogu: polerowany mosiądz ma emisyjność 0,03, czerniona galwanicznie miedź 0,78, utleniona powłoka ołowiana 0,43 itd. (rys. 2).

Tanie termometry bezkontaktowe (kosztujące poniżej 425 euro) są zwykle ustawione na emisyjność 0,95 (Fluke 61 i 65 także). Wymaga to zapewnienia przez użytkownika przyrządu właściwego typu powierzchni pomiarowej - ciemnej i matowej. Czasem wymaga to zamalowania markerem badanego miejsca lub naklejenia taśmy izolacyjnej. Inaczej pomiary będą niedokładne. Dla obiektu cieplejszego od temperatury otoczenia wskazania przyrządu będą zaniżone i odwrotnie.

Pierwsze doświadczenia pomiarowe

Osoby kupujące po raz pierwszy miernik bezkontaktowy bazujący na pirometrze często zmieniają swoje nastawienie od euforii związanej z wygodą korzystania z takiego miernika do pojawiającego się chwilę później rozczarowania wynikającego z niedokładnych pomiarów. Taka zmiana postrzegania pirometru wynika z niepełnej wiedzy na temat fizycznych aspektów pomiaru i wynikających z tego błędów. W typowym przypadku, gdy pracownik serwisu chce zmierzyć temperaturę obudowy sprężarki klimatyzatora nowym miernikiem, zapewne najpierw skorzysta ze starego przyrządu bazującego na termoparze, po to aby mieć wartość odniesienia potrzebną do porównań.

Rys. 1. Rozdzielczość optyczna bezkontaktowego miernika temperatury jest stosunkiem odległości przyrządu od obiektu, którego temperatura jest mierzona, do średnicy pola pomiarowego. Dla miernika o rozdzielczości 4:1 obszar pomiarowy ma średnicę 2,5cm z odległości 10cm. Przy rozdzielczości 10:1 pole pomiarowe ma 5cm z odległości 50cm. Im większa rozdzielczość optyczna, tym pomiary mogą być dokonywane z dalszej odległości od obiektu

Z pewnością ten pomiar będzie charakteryzował się wysoką dokładnością. W kolejnym kroku pomiar będzie dokonywany typowym tanim miernikiem bezkontaktowym ustawionym na emisyjność 0,95 i o rozdzielczości optycznej 4:1. Gdy odległość pomiaru (od obudowy sprężarki do okna pomiarowego miernika) będzie wynosiła około 30cm, a temperatura otoczenia +25°C, błąd pomiaru może sięgnąć 9-10 stopni. Po zbliżeniu miernika na 7cm, błąd maleje do ok. 7 stopni, co nadal jest uznawane za wartość dużą.

Dalsze zbliżenie miernika niewiele poprawia już wynik, bo obszar pomiarowy wynikający z rozdzielczości optycznej przyrządu koncentruje się już dokładnie na badanym elemencie. Dalsza różnica wynika z różnicy w emisyjności. Metalowa obudowa sprężarki ma błyszczącą powierzchnię silnie odbijającą promieniowanie oraz szereg elementów konstrukcyjnych wykonanych z lakierowanej na czarno stali, co powoduje, że wypadkowa emisyjność jest wielką niewiadomą.

Rys. 2. Emisyjność to parametr numeryczny będący liczbą od 0 do 1. Określa on zdolność obiektu do emisji promieniowana podczerwonego. Dla większości popularnych przyrządów jest on ustawiony na 0,95 i takie właściwości (materiał i stan powierzchni) powinien mieć obiekt. Przykłady: polerowany mosiądz 0,03, mosiądz matowy 0,61, polerowana miedź 0,07, miedź czerniona galwanicznie 0,78, czarny lakier 0,96, aluminium 0,09, ołów 0,43, zardzewiałe żelazo 0,78

Dlatego dopiero po naklejeniu na badaną powierzchnię matowej czarnej taśmy izolacyjnej wskazania przyrządu bezkontaktowego różnią się o 1°C od pomiaru wzorcowego. Nie każda osoba obsługująca miernik bezkontaktowy rozumie specyfikę tych zagadnień i tym samym wyrabia sobie stereotypową negatywną opinię na temat dokładności metrologicznej pirometrów.

Termometry IR Fluke

Termometry bezkontaktowe firmy Fluke o symbolach 61 i 65 przeznaczone są do pracy w serwisie, działach utrzymania ruchu i we wszystkich podobnych zastosowaniach, gdzie liczy się szybkość i łatwość pomiaru temperatury. Przeznaczone są dla branży takich jak energetyka, motoryzacja, wentylacja i klimatyzacja. Mierniki oferują pomiar poprzez naciśnięcie jednego przycisku i znakomicie sprawdzają się przy badaniu temperatury elementów wirujących, pod napięciem lub niebezpiecznych w dotyku.

Artykuł udostępniony przez Farnella we współpracy z firmą Fluke. Farnell oferuje szeroką gamę termometrów Fluke oraz innych, wiodących na rynku producentów. W ofercie aparatury kontrolno-pomiarowej dystrybutora znaleźć można również inne mierniki do pomiarów czynników środowiskowych m.in tachometry, anemometry, manometry, higrometry, mierniki PH, stężenia gazów oraz z zastosowanie do analizy wody. Pełna gama tych produktów jest dostępna na www.pl.farnell. com/pomiary-srodowiskowe-i-mechaniczne

Farnell
www.farnell.com/pl