Измерение температуры поверхности металла

Обновлено: 22.01.2025

Идёт ли речь о производстве металла или его переработке, контроль температуры металла с помощью датчиков бесконтактного способа измерения служит не только для контроля и оптимизации процессов, но при высоких температурах до 3 000 °C повышает безопасность на рабочем месте.

Особенно важно постоянно контролировать температуру металла на прокатном стане, при поверхностной закалке с применением индукционного нагрева или объёмной штамповке. С этой целью фирма Optris разрабатывает инфракрасные измерительные приборы, отвечающие особым требованиям металлообрабатывающей промышленности, ведь бесконтактный способ измерения температуры металлов не так прост, как Вы можете убедиться, прочитав нашу специальную статью по бесконтактному измерению температуры поверхностей металлов с помощью инфракрасного излучения. Для термометров от Optris, используемых при измерении температуры металлов, не являются проблемами ни высокие температуры окружающего воздуха, ни суровые окружающие условия измерения.

Далее приводятся некоторые примеры применения устройств. Ваш случай применения отсутствует? Нет проблем, обратитесь к нашей брошюре по металлу, или свяжитесь напрямую с одним из наших инженеров, который поможет вам выбрать подходящее измерительное устройство.

Измерение температуры на прокатном стане

На прокатных станах требуется непрерывное измерение температуры формования между валками для оптимизации процессов и обеспечения качества. Мы рекомендуем для данного процесса использовать быстрый пирометр для измерения температуры листа металла, а также пирометр спектрального соотношения для измерений температуры зоны охлаждения или проволоки.

Измерение температуры при объёмной штамповке

При объёмной штамповке следует измерять температуру заготовки перед формованием. К тому же температура формованного изделия измеряется после формования и перед размещением на складе. Как правило, при таком процессе температуру измеряют двумя способами: постоянно с помощью стационарного пирометра или периодически с помощью ручного пирометра.

Техобслуживание

Техническое обслуживание оборудования в металлообрабатывающей промышленности помогает своевременно распознавать износ огнеупорных материалов чугуновозов, шлаковозов и литейных котлов, а также снижает опасность возникновения прорывов. Для этого мы рекомендуем применять стационарные тепловизоры для непрерывного контроля с автоматической подачей сигналов тревоги при обнаружении перегрева внешней стенки.

Поверхностная закалка с применением индукционного нагрева: оптимальный температурно-временной режим

При поверхностной закалке с применением индукционного нагрева обязательным условием технологического процесса является поддержание оптимального температурно-временного режима для получения требуемых свойств структуры металла. Процесс, который протекает в диапазоне температур от 700 до 1 100 °C, рекомендуется контролировать с помощью стационарного инфракрасного термометра и/или переносного пирометра.

Процессы закалки и отпуска металла с применением индукционного нагрева

При термообработке посредством закалки с применением индукционного нагрева деталь попадает в сильное переменное поле, вследствие чего нагревается и остывает в требуемой структуре. За счёт управления частотой имеется возможность локально регулировать глубину проникновения тепла в материал и таким способом обрабатывать отдельные участки детали. Требуемое структурное состояние металла зависит от оптимального температурно-временного режима. Поэтому необходимо постоянно контролировать температуру.

Измерение температуры на установке непрерывной разливки

Вместе с ростом эффективности повышается и нагрузка установок непрерывного литья. Это требует широких мероприятий по контролю производственных процессов. Исходя из этого, реализованы некоторые решения, особенно в области измерения температуры: измерительная техника при более высокой точности стала более доступной, благодаря чему оправдывается её широкое применение. Вложенные эксплуатирующими оборудование организациями затраты окупаются, поскольку затратоёмкое прерывание процесса разливки можно предотвратить уже на начальной стадии и тем самым дополнительно повысить качество изделий.

13 лучших пирометров

Прибор предназначен для определения температуры поверхности. Принцип работы пирометра основан на бесконтактном снятии параметров посредством преобразования инфракрасного излучения нагретого объекта. Инструмент, оснащённый лазерным прицелом, позволяет учитывать точечные зоны излучения. Обработанные данные отражаются на дисплее. Основные показатели прибора: диапазон температуры, показатель погрешности, функция оптического разрешения. Подразделяются на бытовые и профессиональные модели.

Не забудьте подписаться на наш канал в Telegram.

Лучшие бытовые пирометры

Обладают основными функциями по измерению температуры. Ограничены температурным диапазоном, более грубая оценка, слабее оптическое разрешение. Отсутствует ряд опций, повышающих возможности прибора. Источник питания – батарейки типа ААА или АА.

CEM DT-608 – простой и недорогой

Лёгкий и компактный прибор для определения поверхностной температуры тела человека или теплового излучения какого-либо предмета. Отличается малым расстоянием между детектором и плоскостью объекта измерения.

Предназначен для фиксации положительных температур в диапазоне 0~60°C с точностью до ±0,1°. Применяется для фиксации температуры воды в открытой ёмкости, детского питания, нагрева конвектора или радиатора. Используется печниками при устройстве печи.

Плюсы:

Лёгкий, компактный, простой в применении.
Удобно измерять температуру бутылочки с детским молоком или питанием.
Цена, оправдывает простоту и недочёты.

Минусы:

Штатную батарейку на замену, пирометр грешит очень с севшим источником питания.
Для точных показаний требуется проводить несколько замеров с шагом в одну минуту и брать среднее значение.

МЕГЕОН 16280 – расширенные функции компактного прибора

Пирометр для замера отрицательных и положительных поверхностных температур. Оснащён лазерным прицелом для точной наводки на объект. Максимальное время измерений не превышает полсекунды.

Встроен индикатор отражения заряда источника питания. Предусмотрено автоматическое отключение при простое прибора. Полученные данные отражаются на дисплее, оснащённый подсветкой для удобства работы в слабо освещённых местах.

Цена, габаритные размеры и вес.
Широкий диапазон измерений для такого маленького прибора.
Приемлемая точность измерений.

Прибор должен иметь положительную рабочую температуру, иначе, при остывании, начинает грешить в показаниях при работе в морозную погоду.
Никудышная батарейка в комплекте, сразу на выброс.

МЕГЕОН 16400 – для дома, для семьи

Бытовой прибор по определению поверхностной температуры наблюдаемого объекта. Корпус пирометра выполнен в форме пистолета. Это обеспечивает удобство применения. Обладает небольшой массой и быстротой отклика на получение результатов.

Лазерный прицел обеспечивает точное наведение на цель, исключает контакт с нагретой поверхностью. Предусмотрена калибровка прибора. Отражает текущие показатели, фиксирует минимальное и максимальное значение.

Быстрая подготовка к работе и получение конечного результата. Питание от батареек.
Широкий диапазон измеряемой температуры. Применение как лазерной указки.
Лёгкий, недорогой. Удобно лежит в руке. Шершавая, противоскользящая рукоятка.

Не нравится процесс включения–выключения подсветки.

Elitech П 350 – настоящий бытовой

Простой в применении пирометр. Функциональные возможности помогают решить большинство бытовых задач: определить поверхностную температуру тела человека, тепловой поток от нагревательного прибора, печи.

Позволит уловить утечку тепла через окна, двери, стены, кровлю. Предусмотрена опция сохранения полученных результатов. Встроен механизм непрерывного измерения. Эргономичный дизайн, кнопочная система управления и настройки.

Хорошая точность при работе на средних расстояниях.
Лёгкий, удобный, быстрый, вкусная цена.
Прост в освоении и применении. Работа от батареек.

Грешит при измерении разных материалов до 2°.
Инструкция написана заумным языком.

ADA TemPro 550 – широкий диапазон температуры

Прибор бесконтактного измерения температуры на различных поверхностях. Оснащён жидкокристаллическим дисплеем для визуального считывания полученных показаний. Предусмотрена подсветка экрана для работы в местах со слабой освещённостью.

Пирометр оснащён механизмом считывания перегрузки с выводом результатов измерений на дисплей. Удобному и надёжному удержанию способствуют специальные накладки на пистолетной рукоятке.

Цена, диапазон температур, простота использования.
Большой гарантийный срок.
Меряет температуру батареи, тела человека и воды. Последнее значение плавает, наверное, из-за бликов.

Применение батареи крона удорожает прибор.
В Китае заказывать дешевле.

СЕМ DT-8806H – два режима работы

Бытовой пирометр для определения температуры тела человека и неодушевлённых предметов. Первый режим измеряет 32~42.5°C. Другой ‒ 0~60°C. Обработанные результаты отражаются на жидкокристаллическом дисплее с крупным шрифтом.

Прибор отличается высокой точностью, в пределах ±0.2% от начальных показателей. Удобству работы способствуют крупные кнопки с нанесёнными символами. Встроенная память фиксирует 32 последних измерения.

Термометр и пирометр в одном корпусе.
Позволяет измерять температуру воздуха, это важно при наличии маленького ребёнка.
Быстрая реакция, не более одной секунды.

Погрешность немного больше, чем декларируемая.

КВТ MS6531 – индикация перегрузки

Компактный пирометр с эргономичным удобным корпусом, изготовленный в виде пистолетной рукоятки. Прибор оснащён выпуклыми, интуитивно ощущаемыми крупными кнопками. Диапазон замеряемых температур: от -50 до +550°C с погрешностью не более ±0.1°.

Жидкокристаллический дисплей обеспечен подсветкой, отражает полученные данные, в том числе, показания по перегрузке в отрицательной или положительной зоне температур.

Хорошая точность, наглядное отображение, крупный шрифт.
Удобный корпус с крупными кнопками.
Меряет всё, в том числе, температуру дыма из трубы.

Продавец декларирует страну производства Россия, а по факту Китай.

Лучшие профессиональные пирометры

Приборы отличаются расширенным диапазоном измеряемых температур на поверхности. Обладают более высокой точностью. Позволяют измерять влажность, расстояние. Проводить фото и видеосъёмку. Сохранять полученные результаты в памяти и передавать на внешний носитель.

Работают с жидкими и твёрдыми средами. Предназначены строителям, производственному и строительному сектору, сотрудникам ЖКХ. Работают в научных лабораториях.

ADA TemPro 700 А00224 – первый профессионал среди недорогих

Недорогой профессиональный прибор среднего уровня. Применяется в производственной сфере и среди специалистов теплоэнергетики по выявлению утечек тепла. Работает в области строительства «умных домов».

Оснащён лазерным прицелом для точечной съёмки показаний. Пирометр обладает удобным и прочным корпусом, устойчивый к воздействию высоких и низких температур. Выполнен в форме пистолетной рукоятки.

Измерение температуры поверхностей с помощью термопар

Не существует единого типа термопары, предназначенной для измерения температуры поверхности твердых тел (поверхностных термопар). Обилие существующих конструкций поверхностных термопар объясняется прежде всего многообразием условий измерений и свойств поверхностей, температуры которых подлежат измерению.

В промышленной практике возникает необходимость измерения температур поверхностей различных геометрических форм, неподвижных и вращающихся тел, электропроводных тел и изоляторов, тел с высокой и низкой теплопроводностью, гладких и шероховатых. Поэтому поверхностные термопары, пригодные для использования в одних условиях, оказываются непригодными в других.

Измерение температуры металлической поверхности приваркой термопары

Довольно часто для измерения температур нагретых тонких металлических пластин или массивных тел к контролируемой поверхности непосредственно припаивают или приваривают спай термопары. Такой способ измерения температуры можно считать допустимым только при соблюдении некоторых предосторожностей.

Теплообмен между поверхностью пластины и шариком спая термопары осуществляется главный образом тепловым потоком, проходящим через поверхность их соприкосновения, составляющую часть поверхности спая и примыкающих к спаю термоэлектродов. В некоторой степени теплообмен осуществляется излучением между пластинкой и неконтактирующей с ней частью поверхности спая с термоэлектродами.

С другой стороны, контактирующая с пластиной часть поверхности спая и термоэлектроды термопары теряют тепловую энергию вследствие излучения к более холодным телам, окружающим пластину, и конвективной теплоотдачи к омывающим спай потокам воздуха.

Таким образом, спаем и прилегающими к нему термоэлектродами термопары рассеивается значительная часть тепловой энергии, непрерывно поступающей в спай через поверхность соприкосновения с пластиной.

В результате равновесия температура спая и примыкающей к нему части поверхности пластины оказывается гораздо ниже, чем температура частей пластины, удаленных от спая (при измерении высоких температур тонких пластин эта систематическая погрешность измерения может достигать сотен градусов).

Эту погрешность снижают, уменьшая величину теплового потока, рассеиваемого спаем и термоэлектродами термопары. С этой целью полезно применять термопары из возможно более тонких термоэлектродов.

Сами термоэлектроды не следует сразу отводить от пластины, а лучше сначала проложить их в тепловом контакте с пластиной на расстоянии, равном по крайней мере 50 диаметрам термоэлектродов.

При этом следует иметь в виду, что если пластина и поверхность термоэлектродов не окислены, то они могут замкнуться пластиной и измеренная термо э. д. с. термопары будет соответствовать температуре не спая термопары, а температуре точки соприкосновения термопары с поверхностью.

В этом случае между термоэлектродами и пластиной необходимо проложить тонкий слой электрической изоляции, например тонкую пластину слюды. Целесообразно также всю поверхность спая и участка термоэлектродов покрыть слоем тепловой изоляции, например огнеупорной обмазкой, для уменьшения потерь вследствие излучения и конвективной теплоотдачи.

При соблюдении этих предосторожностей можно обеспечить измерение температуры поверхности металлических деталей с погрешностью, не превышающей нескольких градусов.

Иногда к поверхности металлической пластины приваривают не спай термопары, а ее термоэлектроды на некотором расстоянии один от другого.

Такой способ измерения температуры металлической поверхности можно считать приемлемым только в том случае, если есть уверенность в равенстве температур пластины в обеих точках приварки термоэлектродов. В противном случае в цепи термопары возникнет паразитная термо э. д. с, развиваемая материалами термоэлектродов с материалом пластины.

Ниже дано описание таких термопар, как лучковые, пятачковые и штыковые. Их используют для измерения температур поверхностей неподвижных тел.

Лучковая (ленточная) термопара

Лучковая термопара снабжена чувствительным элементом, изготовленным в виде ленты из двух металлов или сплавов (например, из хромеля и алюмеля) длиной 300 мм, шириной 10 — 15 мм, спаянных или сваренных в стык и прокатанных до толщины 0,1 — 0,2 мм.

Концы ленты со спаем посредине закрепляют на изоляторах по концам пружинящей рукоятки в форме лука так, чтобы лента была все время натянутой. От концов ее к зажимам измерительного прибора (милливольтметра) проходят проводники, изготовленные из тех же материалов, что и обе половинки ленты.

Для измерения температуры выпуклой поверхности лучковая термопара прижимается к этой поверхности средней частью так, чтобы поверхность охватывалась лентой, по крайней мере, на участках по 30 мм по обе стороны от спая.

Пятачковая термопара

В сквозные отверстия красномедного диска впаивают термоэлектроды, образующие термопару. Для обеспечения механической прочности конструкции применяют термоэлектроды диаметром 2 — 3 мм. Нижней поверхности диска ("пятачка") придают форму той поверхности, для измерения температуры которой предназначена термопара.

Термоэлектродвижущая сила пятачковой термопары образуется в результате замыкания термоэлектродов металлом пятачка. При хорошей пайке это замыкание происходит по всей поверхности отрезков термоэлектродов, утопленных внутрь пятачка. Но электрическая цепь с наименьшим сопротивлением образуется главным образом верхним поверхностным слоем пятачка и температуру этого слоя в основном определяет термо э. д. с. термопары.

Уравнения теплового баланса пятачковой термопары составляют аналогично тому, как это было сделано выше для ленточной термопары, с той разницей, что помимо теплового потока, рассеиваемого в результате конвективной и лучистой теплоотдачи с внешней поверхности пятачка, большое значение приобретает учет части рассеиваемого теплового потока, отсасываемой от пятачка термоэлектродами вследствие их теплопроводности.

Необходимо учесть следующее обстоятельство. Термоэлектроды изготовлены из различных металлов или сплавов с разными значениями коэффициента теплопроводности. Так, например, платинородиевый термоэлектрод термопары типа ПП характеризуется коэффициентом теплопроводности, вдвое меньшим, чем второй термоэлектрод — платиновый.

Если диаметры термоэлектродов одинаковы, то различие значений коэффициентов теплопроводности термоэлектродов приведет к тому, что в местах электрического контакта термоэлектродов с пятачком образуется разность температур, которая послужит причиной возникновения в цепи термопары паразитной термо э. д. с.

Штырьковая термопара

Термопары этого типа применяют главным образом для измерения температур поверхности сравнительно мягких металлов и сплавов. Для штыковой термопары применяют термоэлектроды из достаточно твердых сплавов, например из хромеля и алюмеля диаметром 3 — 5 мм.

Один из термоэлектродов термопары закреплен на головке неподвижно, а второй может перемещаться вдоль своей оси, и в нерабочем состоянии конец его выдвигается пружиной ниже конца первого термоэлектрода. Концы обоих термоэлектродов заострены.

При подведении термопары к объекту значительных размеров поверхности объекта касается сначала острие подвижного термоэлектрода. При дальнейшем нажиме на головку термоэлектрод входит в нее до тех пор, пока острие термоэлектрода не встретит поверхности объекта. Тогда оба острия прокалывают поверхностную пленку окисла на поверхности объекта, и этот металл замыкает электрическую цепь термопары.

При хорошей заточке концов термоэлектродов термопара дает надежные результаты измерений температур поверхностей цветных металлов, обладающих мягкой, легко прокалываемой пленкой окислов.

Применение штыковой термопары с затупленными остриями приводит к тому, что поверхности соприкосновения обоих термоэлектродов с объектом становятся сравнительно большими, в результате чего охлаждаются участки поверхности объектов в местах касания концов термоэлектродов и термопара дает явно заниженные показания температур. Однако уже через 20 — 30 секунд тепло, поступающее из окрестных областей объекта, нагревают охлажденный участок, а с ним и концы термоэлектродов.

Таким образом штыковая термопара с затупленными концами в момент контакта дает заниженные показания температуры объекта, затем в течение нескольких десятков секунд ее показания растут, асимптотически приближаясь к устойчивому значению. Это устойчивое значение тем сильнее отличается от действительного значения температуры поверхности объекта, чем больше поверхность соприкосновения затупленных концов термоэлектродов с объектом.

Градуировка поверхностных термопар

Температура, которую принимает в установившемся состоянии поверхностная термопара, оказывается ниже измеряемой температуры поверхности, с которой контактирует термопара. Этот перепад температур в значительной степени может быть учтен благодаря градуировке поверхностной термопары в условиях теплоотдачи с ее наружной поверхности, приближающихся к условиям эксплуатации.

Из этого положения вытекает, что градуировочная характеристика поверхностей термопары может сильно отличаться от характеристики термопары, образованной из тех же термоэлектродов, но градуированной методом сравнения с образцовой при их совместном погружении в термостатируемое пространство.

Следовательно, поверхностные термопары нельзя градуировать погружением в термостаты (жидкостные лабораторные нагревающие термостаты для градуировки термопар). К ним должна быть применена другая методика градуировки.

Поверхностные термопары градуируют, прикладывая их с требуемым прижатием к наружной металлической поверхности тонкостенного жидкостного термостата. Нагретая жидкость внутри термостата хорошо перемешивается, и ее температура измеряется каким-либо образцовым прибором.

Наружная поверхность термостата покрывается слоем тепловой изоляции. Тепловой изоляцией не покрывается только небольшой участок наружной поверхности, находящийся приблизительно на половине высоты термостата, к которому и приложена термопара.

При такой конструкции температуру металлической поверхности термостата под поверхностной термопарой с погрешностью, не превышающей несколько десятых градуса, можно считать равной температуре жидкости в термостате.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Бесконтактное измерение температуры металлов

Почти на всех промышленных этапах производства поддержание заданной температуры является фактором, обеспечивающим технологический процесс и качество продукции. Бесконтактные инфракрасные термометры получили при этом широкую известность в качестве измерительной техники, поскольку они не оказывают влияния на объект измерения. Это касается и процесса измерения металлов.

Правильный контроль и управление температурой технологического процесса требуют качественного консультирования со стороны изготовителя или базовых знаний по измерительной технике у клиента. В данной статье приводится основная информация по важным параметрам, например, коэффициенту излучения и отражения, а также вытекающим из них ошибкам измерения. Дополнительно показывается, какое влияние они оказывают на измерение металлов, и почему здесь возможно использование надёжного и воспроизводимого бесконтактного способа измерения.

Инфракрасный спектр излучения

Если объект имеет температуру выше абсолютного нуля 0 K (–273,15 °C), то он испускает пропорциональное своей собственной температуре электромагнитное излучение. Инфракрасная спектральная область занимает при этом во всём электромагнитном спектре излучения только очень ограниченный участок. Он располагается от конца видимой спектральной области около 0,78 мкм до значений длины волны 1 000 мкм. Спектр представляющего интерес для измерения температуры инфракрасного излучения достигает диапазона от 0,8 до 14 мкм. Выше данных значений длины волны количества энергии незначительны до такой степени, что чувствительность детекторов недостаточна для их измерения.

Испускаемое объектом инфракрасное излучение проходит сквозь атмосферу и может с помощью линзы фокусироваться на детектор. Детектор генерирует электрический сигнал, соответствующий излучению. Преобразование сигнала в пропорциональную температуре объекта выходную величину осуществляется посредством усиления сигнала и последующей цифровой обработки. Измеряемая величина может отображаться на дисплее или выдаваться в качестве электрического сигнала.

Стандартные выходы для передачи измеряемых величин в системы регулирования доступны в форме линейных сигналов 0/4–20 мА, 0–10 В и в качестве сигналов термопар. Помимо этого, большинство используемых сегодня инфракрасных термометров имеют цифровые интерфейсы (USB, RS232, RS485, реле, PROFIBUS DP, шина данных CAN, Ethernet) для вывода данных, а также для прямого доступа к параметрам устройств.

Характеристика инфракрасного излучения металлических поверхностей подробнее описывается в следующих разделах. Сначала даётся краткая информация о детекторе и преобразовании сигнала в температуру объекта.

Расчёт температуры с помощью инфракрасного излучения

Будучи приёмником излучения, детектор является самым важным элементом каждого инфракрасного термометра. Вследствие поступающего электромагнитного излучения возникает электрический сигнал, который можно точно проанализировать. Сигнал детектора U и температура объекта T_{Объекта} имеют следующую взаимосвязь:

Сигнал детектора, полученный из испускаемого излучения объекта в общем спектре излучения, увеличивается пропорционально четвёртой степени абсолютной температуры объекта. Это означает следующее: если температура объекта измерения увеличивается в два раза, сигнал детектора повышается на коэффициент 16.

Поскольку необходимо учитывать вместе со степенью излучения ε объекта и отраженное излучение окружающей среды на поверхность объекта T_{Окр. ср.} и собственное излучение инфракрасного термометра T_Пиром. (C — специфичная для устройства постоянная), формула меняется следующим образом:

К тому же, инфракрасные термометры работают не в общем спектре излучения. Показатель степени n зависит от длины волны. Показатель n для длин волн от 1 до 14 мкм находится в диапазоне 17…2, у коротковолновых измерительных приборов для определения температуры металла (от 1,0 до 2,3 мкм) — между 15…17:

Температура объекта рассчитывается посредством перестановки последней формулы. Результаты расчётов для всех встречающихся значений температуры в виде семейства кривых сохраняются в памяти ЭСППЗУ инфракрасного термометра:

Инфракрасные термометры получают достаточно сигнала для измерения температуры. Исходя из уравнений видно, что наряду с областью длины волны (спектр излучения) важное значение имеет и отражённое излучение окружающей среды и коэффициент излучения, когда требуется точно определить температуру. Значение данного параметра выводится и объясняется в дальнейшем.

Модель АЧТ — важная опорная характеристика

Уже в 1900 году Планк, Стефан, Больцман, Вин и Кирхгоф дали точное определение электромагнитному спектру и установили количественные и качественные взаимосвязи для описания инфракрасной энергии. Модель АЧТ образует базу для понимания физических основ бесконтактной технологии измерения температуры и калибровки инфракрасных термометров.

С одной стороны, модель АЧТ представляет собой тело, которое поглощает всё падающее на него излучение; на нем не появляется ни отражение (ρ = 0), ни передача (τ = 0). Его коэффициент поглощения α составляет единицу. С другой стороны, модель АЧТ в зависимости от своей собственной температуры для каждой длины волны испускает максимально возможное количество энергии. Его коэффициент излучения ε также составляет единицу.

Конструкция модели АЧТ очень проста. Нагреваемое закрытое полое тело, которое на одном конце имеет небольшое отверстие. Если это тело довести до любой, но постоянной температуры, то эта полость будет находиться в температурном равновесии, и из отверстия будет выходить идеализированное излучение общего электромагнитного спектра.

Закон излучения Планка показывает основную взаимосвязь для бесконтактного измерения температуры. Он описывает специфичное спектральное излучение M λs модели АЧТ в полупространстве в зависимости от своей температуры T и рассматриваемой длины волны λ (c: скорость света, h: квант действия по Планку):

Verlauf der spezifischen spektralen Ausstrahlung eines schwarzen Strahlers

На прилагаемой диаграмме для примеров температуры показано в каждом случае в логарифмическом виде спектральное излучение M λs модели АЧТ выше длины волны λ.

Можно вывести несколько взаимосвязей. Краткая характеристика двух из них даётся далее. За счёт интеграции спектральной интенсивности излучения по всем длинам волн от нуля до бесконечности получают величину для всего испускаемого телом излучения. Эту взаимосвязь обозначают как Закон Стефана-Больцмана. Практическое значение бесконтактного измерения температуры уже пояснялось в разделе по расчёту температуры.

Второй видимой из графического изображения взаимосвязью является то, что длина волны, при которой возникает максимальная интенсивность излучения, при увеличении температуры смещается в область коротковолнового диапазона. Эта характеристика лежит в основе Закона смещения Вина и выводится путем дифференцирования из уравнения Планка.

Следовательно, высокая интенсивность излучения является основанием, но не самым важным, для того, почему металлы, имеющие высокую температуру, измеряются при коротких длинах волн. В длинноволновом диапазоне тоже имеется весьма высокая интенсивность. Наибольшее влияние оказывают коэффициент излучения и отражения, а также вытекающие из них ошибки измерения, поскольку в случае с металлом речь идёт о селективном излучателе.

Металлические поверхности в качестве селективного излучателя

В реальности едва ли тело соответствует идеалу АЧТ. На практике же поверхности излучателя используются для калибровки датчиков, которые в требуемом диапазоне длин волн достигают коэффициенты излучения до 0,99. С помощью коэффициента излучения ε (эпсилон), который показывает соотношение реальной величины излучения объекта и чёрного излучателя при одинаковой температуре, можно прекрасно измерять температуру объекта посредством измерения излучения. Коэффициент излучения при этом всегда находится между нулём и единицей; недостающая доля излучения компенсируется посредством указания коэффициента излучения.

Многие измеряемые поверхности имеют постоянный коэффициент излучения высших длин волн, но испускают по сравнению с АЧТ меньше излучения. Они называются серыми излучателями. Большое количество неметаллических материалов обладают как минимум в длинноволновой спектральной области, независимо от свойств их поверхности, высоким и относительно постоянным коэффициентом излучения.

Объекты, чьи коэффициенты излучения среди прочего зависят от коэффициента излучения и длины волны, например, металлические поверхности, называются селективными излучателями. Имеются несколько важных причин, по которым измерение металлов должно всегда выполняться в коротковолновом диапазоне. Во-первых, металлические поверхности при высоких температурах и коротких длинах измеряемых волн (2,3 мкм 1,6 мкм; 1,0 мкм, 0,525 мкм) имеют не только максимальную интенсивность излучения, но и максимальный коэффициент излучения. Во-вторых, здесь они уравниваются с коэффициентом излучения оксидов металлов, так что погрешности температуры, вызванные изменяемым коэффициентом излучения (побежалостью), уменьшаются.

Другим важным моментом, влияющим на выбор инфракрасного термометра, выполняющего измерения в диапазоне коротких волн, является то обстоятельство, что металл по сравнению с другими материалами может обладать неизвестными коэффициентами излучения. Пирометры, выполняющие измерения в диапазоне коротких волн, существенно уменьшают погрешности измерения при неправильно настроенном коэффициенте излучения.

Инфракрасный термометр optris для измерения металлов

Фирма Optris GmbH предлагает широкий выбор пирометров измерения температуры металлов и тепловизоров для разнообразных областей применения в металлообрабатывающей промышленности.

Высокотемпературные измерения металлов

Следующие инфракрасные термометры отлично подходят для измерения очень высоких температур металлов, оксидов металлов и керамики:

: 250–2 200 °C* с инновационным двойным лазером: 250–2 200 °C* : 385–1 800 °C* : 700–1 800 °C*

Низкотемпературные измерения металлов

Измерительные приборы широко используются в металлообрабатывающей промышленности и для измерений в низком диапазоне температур. Для данного случая применения фирма Optris предлагает следующие инфракрасные термометры:

Измерение температуры жидких металлов

Благодаря очень короткой длине волны измерения, следующие инфракрасные термометры наилучшим образом подходят для измерения температуры жидких металлов:

Тепловизоры для измерения температуры металлов

Тепловизоры серии optris PI могут применяться также для измерений температуры металла в следующем диапазоне:

Читайте также: