Pirometry
(129)Pirometry to urządzenia, które pozwalają na bezkontaktowe mierzenie temperatury. Ponieważ odznaczają się szerokim zakresem pomiaru i jego szybkością, znajdują zastosowanie w szeregu aplikacji: systemach ogrzewania i chłodzenia, HVAC, transporcie (zwłaszcza serwisowaniu pojazdów, nie tylko samochodów), w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, a nawet energetyce. Co istotne: taka metoda pomiaru pozwala badać elementy rotujące (wyszukiwanie punktów tarcia), połączenia pozostające pod napięciem (odcinki podwyższonej oporności) czy też obiekty w miejscach niebezpiecznych. Mając na uwadze tak olbrzymie spektrum aplikacji, przyjrzyjmy się funkcjonalności pirometrów oraz ich podstawowy cechom.
Zasada działania
Pirometry do pomiaru temperatury wykorzystują zjawisko promieniowania cieplnego. Wszystkie ciała, których temperatura przekracza zero absolutne emitują fale elektromagnetyczne. Ich długość mieści się w zakresie światła podczerwonego (IR). Mierząc natężenie tego promieniowania można z wysoką dokładnością oszacować temperaturę obiektu. W przypadku pirometrów do tego celu wykorzystuje się optoelektroniczny, światłoczuły element. Aby pomiar był wykonywany w ściśle określonym obszarze, promienie IR ogniskuje się na światłoczułej powierzchni za pomocą prostego obiektywu. Przetwornik A/C oraz specjalnie zaprogramowany układ
Rodzaje pirometrów
Główny i najbardziej oczywisty podział pirometrów wiąże się z ich przeznaczeniem i budową. Chociaż zasada działania wszystkich urządzeń jest identyczna, będą się odróżniały precyzją i funkcjonalnością (które opisano nieco niżej).
Pirometry przenośne
Najczęściej spotyka się z pirometry ręczne, w których element pomiarowy został umieszczony na rękojeści. W większości modeli uchwyt zawiera pojemnik na baterie, a w jego górnej części umieszcza się spust, który służy do aktywowania pomiaru. Dzięki temu urządzenie może być obsługiwane jedną ręką i z łatwością wycelowane w kierunku badanego obiektu. Na uchwycie znajduje się moduł pirometru z obiektywem oraz, od strony operatora, wyświetlacz (zazwyczaj LCD) pokazujący wyniki i nastawy, a także przyciski służące do ich zmian. Format i sposób użycia urządzeń przenośnych są właściwie niezmienne, niezależnie od ich specyficznego przeznaczenia. Specyficzne funkcje tych urządzeń opisano poniżej.
Pirometry dla automatyki przemysłowej
W przypadku pirometrów stosowanych w systemach automatyki, moduł miernika jest o wiele bardziej kompaktowy – tak, by mógł zostać osadzony w różnych orientacjach i w ograniczonych przestrzeniach. Zasilanie i dane z pomiarów są transmitowane za pomocą standardowych przyłączy przemysłowych, a zatem taki moduł nie jest jednostką samodzielną. W większości przypadków umieszcza się je statycznie. Ponieważ mogą dokonywać pomiaru z pewnej odległości, a także pracują w stosunkowo szerokim zakresie temperatur, w warunkach przemysłowych służą do bezkontaktowego pomiaru temperatur pieców, elementów o ekstremalnej temperaturze, a także w systemach wymagających wysokiej higieny (branża spożywcza, chemiczna, farmaceutyczna itp.). Ponieważ element światłoczuły jest podłączony do zewnętrznego sterownika, pomiary mogą być dokonywane szybciej (z wyższą częstotliwością) niż w przypadku urządzeń przenośnych.
Dodatkowe funkcje pirometrów
Funkcjonalność pirometrów przeznaczonych do systemów automatyki jest zależna od modelu: mogą one być szczegółowo konfigurowane lub stanowić rodzaj czujnika termicznego. W przypadku modeli przenośnych producenci wyposażają urządzenia w szereg funkcjonalności, których celem jest ułatwienie zbierania pomiarów – zwłaszcza tych typowych i wykonywanych cyklicznie. Wybierając pirometr, warto rozważyć, czy i jak poszerzone możliwości danego modelu wpłyną na ergonomię pracy.
Kwestia rozdzielczości optycznej i celownik laserowy
Standardowe wyposażenie pirometrów ręcznych to celownik laserowy, wskazujący poddawaną pomiarowi powierzchnię. Należy zaznaczyć, że nie jest to punkt. Ze względu na zasadę działania, pirometr mierzy natężenie promieniowania emitowanego w pewnym obszarze.
Charakterystyka optyczna jest podawana w instrukcji, aby użytkownik wiedział, z jakiej odległości należy dokonywać badania. Najważniejszy element tej specyfikacji to rozdzielczość optyczna, która wskazuje, z jakiego obszaru zbierane są fale elektromagnetyczne stanowiące podstawę pomiaru. Promieniowanie podczerwone jest za pomocą obiektywu ogniskowane na elemencie światłoczułym – pole widzenia pirometru można zatem opisać jako stożek o wierzchołku umieszczonym na komponencie pomiarowym i prostopadły do jego powierzchni. Im dalej od czoła obiektywu – tym szerszy będzie obszar, z którego napływa podczerwień (co obniża precyzję pomiaru dla większych dystansów). W większości pirometrów promień lasera wyznacza wysokość stożka, ale niektóre modele emitują dodatkowe wiązki wskazujące obwód jego podstawy, czyli unaoczniają operatorowi, na jakiej powierzchni zostaje dokonany pomiar. Będzie to szczególnie istotne przy zbieraniu danych w złożonych instalacjach grzewczych, chłodniczych, klimatyzacyjnych itp., gdzie rury i przewody występują zaraz obok siebie.
W temacie czynników mających wpływ na rezultat badań należy też pamiętać, że niemal wszystkie ciała odbijają promieniowanie podczerwone pochodzące z innych źródeł (tak samo jak odbijają światło widzialne), a zatem temperatura otoczenia w pewnym (zazwyczaj niewielkim) stopniu wpływa na wyniki pomiaru.
Alarmy akustyczne i optyczne
W niektórych sytuacjach użytkownika pirometru nie będzie interesowała konkretna temperatura – o ile nie przekracza ona progowych wartości. Taka sytuacja zachodzi np. podczas regularnych inspekcji, kiedy sprawdza się, czy nie dochodzi o przegrzania lub przechłodzenia określonych przestrzeni czy elementów instalacji. Dlatego wybrane modele pirometrów pozwalają dokonać nastawy wartości progowych i emitują alarm akustyczny i/lub świetlny, gdy zmierzona temperatura wykracza poza ustalony zakres. Ta prosta funkcjonalność znacznie przyspiesza szereg prac konserwacyjnych, serwisowych itp.
Funkcje MIN, MAX, AVG itp.
W przypadku wykonywania pomiarów na obiektach o zmiennej temperaturze (np. elementy termoregulacyjne, punkty systemów HVAC) przydatną funkcją jest możliwość zapamiętywania przez urządzenie ekstremalnych wartości odnotowanych w wybranych okresie czasu. Są to funkcje MIN i MAX, które wskazują najniższą i najwyższą temperaturę, jaką urządzenie zmierzyło w czasie przyciskania spustu aktywującego. Dodatkowo, często spotyka się wskazanie AVG, czyli pomiar uśredniony – pozwala on m.in. dokonywać badania bardzo dużych powierzchni, jak ciągi hydrauliczne/pneumatyczne czy panele fotowoltaiczne, w celu oszacowania zbiorczych strat, optymalizacji pracy itp.
Pamięć pomiarów i komunikacja
Jeżeli pirometr będzie wykorzystywany często i regularnie – np. przy inspekcjach rozległych instalacji – najlepszą inwestycją może się okazać urządzenie o zaawansowanej funkcjonalności, wyposażone we wbudowaną pamięć i możliwość eksportowania wyników do komputera (w celu dalszej obróbki, sporządzenia raportu itp.). Modele o takich możliwościach komunikują się za pomocą protokołów bezprzewodowych (Bluetooth, WiFi), powszechnie stosowanych złączy (jak USB), a niekiedy obsługują wymienne karty pamięci. Zebrane podczas pracy informacje można z łatwością wyeksportować w formie pliku, a następnie poddać analizie lub wykorzystać do sporządzenia raportu.
Istotne parametry pirometrów
Przy doborze pirometru, oprócz opisanych wyżej funkcjonalności, należy zwrócić uwagę na kilka kluczowych parametrów. Pierwszym jest, oczywiście, zakres pomiaru, który określa, w jakim zakresie termicznym działa miernik. Z pewnością istotna będzie również rozdzielczość pomiaru. Co więcej, większość przyrządów umożliwia też regulowaną korektę współczynnika emisyjności (determinuje go m.in. materiał, stan skupienia, faktura oraz kąt obserwacji badanego obiektu).
Do kwestii osobistych preferencji należy wielkość i masa urządzenia, a także przekątna zbudowanego ekranu. Warto też zwrócić uwagę, czy w komplecie z pirometrem dostarczane są akcesoria, jak sondy, termopary, etui lub walizki transportowe. Jeśli urządzenie ma być wykorzystywane stosunkowo często, z pewnością opłacalne może się okazać nabycie przyrządu zasilanego za pomocą ładowalnego akumulatora. W przypadku urządzeń, które mają być stosowane w warunkach profesjonalnych, istotnym czynnikiem będzie certyfikat kalibracji czujnika. Warto też zwrócić uwagę na klasę ochronności (szczelności), która często osiąga bardzo wysoki poziom (np. IP65), pozwalając na pracę w trudnych warunkach środowiskowych.
Co się tyczy pirometrów do montażu w automatyce przemysłowej czy pełniących funkcję kontrolną w innych systemach, oprócz wspomnianych parametrów, kluczową cechą będzie zastosowany w urządzeniu interfejs. Wiele z tego rodzaju produktów posiada możliwość komunikowania się z wykorzystaniem typowych standardów industrialnych, jak Profibus czy RS485.
Magazyn:
