Инфрачервени термометри

При избора на термометър е важно да са известни размерът на скалата или на корпуса и температурният обхват. За да се осигури безопасност и точност, трябва да се има предвид също и каква е измерваната среда и в какви работни условия ще се ползва термометърът. Неправилното използване може да повреди уреда, да доведе до дефектиране и др.

Познаването на работните условия и характеристиките на измерваната среда, на които ще бъде подложен термометърът, е от съществено значение. Това ще определи какъв вид термометър ще бъде най-подходящ за конкретния случай и дали ще е необходимо да се изработва защитна тръба, в която той да се постави.

Трябва да се отчетат и факторите, които могат да доведат до грешки при измерването на температурата: топлопроводимост, конвекция, излъчване, време за реакция, шумове, проблеми със заземяване и окъсявания (особено при метални повърхности).

До неотдавна безконтактните инфрачервени термометри се смятаха за уреди, които се ползват само от специалисти. Днес обаче те са широко разпространени. Работещите в сферата на медицината, ОВК инженерите и дори работниците в автосервизи ги ползват, както и огромен брой специалисти в други области.

Работен принцип
Този вид термометри работят чрез отразяване на инфрачервен лъч от повърхността на обекта и измерване на температурната разлика. Голямото предимство на тези уреди е това, че не се налага осъществяването на контакт с обекта, чиято температура се измерва. Потенциален недостатък е това, че измерват само температурата на повърхността.

Два фактора оказват значително влияние върху точността на измерването. Първият е известен като съотношението между разстоянието до измерваната площ и диаметъра на тази площ (разстояние/диаметър – Р/Д). Например съотношение Р/Д = 12:1 означава, че уредът може от 12 см да измери температурата на площ с диаметър 1 см. При отдалечаване площта, чиято температура се измерва, също се увеличава (и в общия случай измерването става по-неточно). При приближаване на по-близко разстояние обаче точността не се подобрява. В този смисъл съотношението Р/Д може да се разглежда като оптималното разстояние, от което да се прави измерването.

Вторият фактор е коефициентът на чернота (наричан още и коефициент на излъчване) на телата. Всички твърди и течни обекти отразяват светлината в различна степен. Тъй като инфрачервените термометри пускат лъч към обекта, отчитането ще зависи от това каква част от енергията на този лъч ще се погълне и каква част ще се отрази.

При много лъскави обекти отчетените показания могат да бъдат със значителни отклонения. Добрите инфрачервени термометри могат да се настроят така, че да компенсират този ефект, но не всички имат тази функция. Ако се измерва температурата на двигатели или на изходите на ОВК система, това може да не е толкова важно. Но ако се измерва температурата на обекти с повърхност, която е с висока отражателна способност, такава компенсация е от ключово значение.

Приложение
Някои от най-разпространените случаи, в които такива термометри се ползват, са: когато обектът, чиято температура трябва да се измери, се движи; когато обектът се намира в среда на силно електромагнитно поле, например при индукционно нагряване; когато обектът се намира във вакуум или в друга среда с контролирана атмосфера; или в системи, в които се изисква бързо време за реакция, точно измерване на повърхностната температура.

Те намират приложение и тогава, когато температурата на обекта е такава, че не се препоръчва ползването на контактни датчици, когато допирът с контактен датчик, би увредил обекта или самия датчик, или пък би довел до значителен температурен градиент на повърхността на обекта.

Инфрачервените термометри могат да се ползват в най-разнообразни области, в които е необходимо да се следи температурата. Сред примерите са: засичане на облаци при дистанционно управление на наблюденията с телескоп; проверка на механично и електрическо оборудване за места с повишена температура; отчитане на температурата в нагреватели и пещи; за целите на калибрирането и управлението по температурни стойности; отчитане на особено горещи огнища при борбата с пожари; следене на състоянието на материали, които в рамките на технологичния процес се подлагат на нагряване или охлаждане; измерване на температурата във и около вулкани; измерване температурата на пациенти в болница без контакт с тях и т. н.

Съществуват много видове устройства за измерване на температурата посредством инфрачервеното излъчване както преносими и ръчни, така и монтирани на неподвижни установки.

Видове инфрачервени термометри
Най-разпространените инфрачервени термометри са точковите, наречени още инфрачервени пирометри, които измерват температурата на една окръжност от повърхността. Те обикновено насочват видим лъч, който се вижда като червена точка в центъра на кръговата зона, чиято температура се измерва. Червената точка е просто индикатор за зоната, но няма нищо общо с измерването. Реалният размер на измерваната зона и ъгълът, под който може да се измерва, се различават при отделните уреди, а зоната не се ограничава само до видимата точка.

Съществуват и уреди със сходни функции, които строго погледнато не са термометри, например системи за инфрачервено сканиране и термовизионни камери. Системите за инфрачервено сканиране обхождат по-голяма площ посредством точков термометър, насочен към въртящо се огледало. Тези системи се използват широко в конвейерни производства и в производствата на листови и рулонни материали – например при излизането от пещта на плоско стъкло или листова ламарина, при производството на текстил и хартия.

Термовизионните камери по същество представляват инфрачервени термометри, които измерват температурата в множество точки, покриващи сравнително голяма площ. В резултат се получава двумерно изображение, наречено термограма – всяка нейна точка съответства по цвят на определена стойност на температурата. Тази технология изисква процесори с по-голяма изчислителна мощност и повече програмно осигуряване в сравнение с точковите или сканиращите термометри и се използва за мониторинг на големи площи.

Сред типичните приложения на термовизионните камери са: зоново наблюдение за военни цели или за целите на сигурността; инспекция и проследяване на качеството на технологични процеси; следене за появата на горещи и студени места върху оборудване или в затворени пространства за целите на безопасността и ефективната поддръжка.

Предимства при използването на инфра-червени термометри
Инфрачервената технология не е ново явление – използва се в производството и при редица изследвания в течение на десетилетия, но иновациите в областта доведоха до намаляване на цените и увеличаване на надеждността. Тези фактори станаха причина за появата на безконтактни инфрачервени датчици, вградени в измервателни уреди с по-малки размери.

Някои от най-големите предимства на инфрачервените термометри са:
• добро бързодействие (от порядъка на ms) – спестява се време, което дава възможност да се направят повече измервания и да се съберат повече данни;
• по-лесно се измерва температурата на подвижни обекти (напр. на такива върху поточна линия);
• може да се измерва температурата на опасни обекти или на такива, които са на физически недостъпни места (оборудване под високо напрежение, при голямо разстояние до обекта);
• не е проблем да се измерват доста високи температури (над 1300°C). В такива случаи не могат да се използват контактни термометри, или ако могат, експлоатационният им живот не е много дълъг;
• няма смущаващи влияния върху обекта на измерването – той не губи енергия. Например при материали с недобра топлопроводимост, като пластмаса или дърво, измерванията са изключително точни – измерените стойности на температурата не се отклоняват от реалните за разлика от случаите, в които се ползват контактни термометри;
• няма риск от замърсяване и механични следи върху повърхността на обекта. Боядисаните повърхности например не се надраскват. Може да се измери и температурата на меки повърхности.