Autoelektryka

Bezdotykowy, zdalny pomiar temperatury ma wiele zalet w stosunku do innych tradycyjnych metod pomiarowych.

Bezkontaktowy pomiar temperatury za pomocą pirometru jest szczególnie przydatny w sytuacjach, gdy badany obiekt ma niewielkie rozmiary, porusza się lub jest niedostępny tzn. nie można dotknąć go sondą pomiarową.
Pirometr stosowany dziś powszechnie w wielu dziedzinach techniki może oddać nieocenione usługi również w warsztacie samochodowym. Wystarczy wymienić pomiar temperatury felg i opon, który można prowadzić również w trakcie ruchu pojazdu, ocenę stanu chłodnicy przez bezdotykowy pomiar temperatury elementów jej wejścia i wyjścia, sprawdzanie wskazań czujnika temperatury płynu chłodzącego, testowanie układów ogrzewania i klimatyzacji itp.
Pirometry wykorzystują do pomiaru bezkontaktowego promieniowanie cieplne testowanego obiektu, nazywane też podczerwonym i wytwarzanym przez wszystkie ciała. Promieniowanie to wzrasta wraz ze wzrostem temperatury ciała poczynając już od 0 K. Pirometry wykorzystują pasmo fal promieniowania podczerwonego o długościach od 0,75 µm do 1000 µm, a sciślej tzw. “okna atmosferyczne”, w których warunki “transmisji” promieniowania przez parę wodną
w powietrzu są najlepsze.

Zakres pomiaru temperatury
W trakcie pomiaru promieniowanie termiczne emitowane przez testowany obiekt przechodzi najpierw przez skomplikowany układ optyczny pirometru składający się zwykle z soczewek, a czasem też ze zwierciadeł i pada na czujnik, który przetwarza je na sygnał elektryczny wykorzystywany następnie przez elektroniczny układ pomiarowy do wyświetlenia wartości temperatury w postaci cyfrowej na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym.
Teoretycznie pirometry zapewniają pomiar w szerszym zakresie niż tradycyjne termometry elektroniczne stosujące do tego sondy dotykowe takie jak: termopary (np. typu K) lub czujniki rezystancyjne (np. Pt100). Wysokiej klasy pirometry mogą jako jedyne mierzyć temperaturę w zakresie nawet do 2500°C. Jednak na co dzień spotykamy się z pirometrami w tzw. ekonomicznych wykonaniach mierzącymi tylko do 500°C lub poniżej, co w wielu zastosowaniach całkowicie wystarcza.
W załączonej tablicy podano parametry i funkcje niedrogich pirometrów produkowanych przez tajwańską firmę AZ Instrument.

Współczynnik emisji
Parametrem charakteryzującym właściwości ciała pod względem zdolności do promieniowania jest współczynnik emisji przyjmujący wartości od 0 do 1. Najlepsze właściwości ma ciało doskonale czarne, którego współczynnik emisji wynosi 1. Współczynnik emisji zależy od rodzaju materiału i stanu jego powierzchni, zmienia się też wraz ze zmianą długości fali promieniowania. Ze względu na to, że wartość współczynnika emisji ma duży wpływ na dokładność pomiaru, wiele pirometrów ma możliwość płynnej (AZ-8866 i AZ-8886) lub choćby skokowej regulacji tego parametru (AZ-8899 MINI), dzięki czemu przyrządy takie są bardziej uniwersalne (mogą mierzyć dokładnie temperaturę różnych materiałów) niż takie, których współczynnik emisji jest z góry ustalony np. na 0,95 (AZ-8859 MINI).

Czynniki zakłócające pomiar
Na dokładność pomiaru mają też wpływ warunki otoczenia. Niektóre testowane materiały odbijają promieniowanie cieplne pochodzące ze źródeł (obiektów) znajdujących się
w pobliżu, co zakłóca pomiar. Powierzchnię takich materiałów można zmatowić lub pomalować na czarno (wykorzystując do tego specjalną taśmę lub aerozol). Działanie zakłócające pomiar mają też gazy, woda, para i kurz.

Rozdzielczość optyczna
Jest to jeden z ważniejszych parametrów charakteryzujących możliwości pomiarowe pirometru. Ułatwia on obliczenie minimalnego rozmiaru testowanego obiektu przy danej odległości od niego przyrządu pomiarowego. Jeśli na przykład pirometr ma rozdzielczość optyczną równą 10:1, oznacza to, że przy odległości od testowanego obiektu równej 10 m, minimalna średnica obiektu powinna wynosić
1 m. Taki pirometr jest oczywiście lepszy od pirometru, którego rozdzielczość optyczna wynosi 8:1.

Dokładność pomiaru i rozdzielczość wskazania
Dokładność pomiaru pirometrów jest wyrażana w stopniach Celsjusza lub procentach wartości wskazywanej. Większość producentów podaje dokładność podstawową jednakową dla całego zakresu pomiarowego pirometru, inni zaś, bardziej rzetelni, dla kilku (np. trzech) podzakresów składających się na cały zakres.
Rozdzielczość wskazania większości pirometrów wynosi 1°C, choć spotyka się i takie,
w których można ją wybrać np. 1°C lub 0,1°C. Jeszcze w innych (np. AZ-8889 MINI) rozdzielczość wskazania nie jest stała w całym zakresie pomiarowym i wynosi np. 0,1°C w dolnym zakresie pomiarowym miernika, a 1°C – w górnym.

Funkcje użytkowe
Z funkcji użytkowych mających za zadanie poprawić komfort obsługi należy wymienić przede wszystkim kształt obudowy przyrządu. Najczęściej spotykaną obudową jest obudowa w formie pistoletu, szczególnie wygodna przy dokonywaniu pomiarów.

Fot. 2. AZ-8866 – pirometr o dużej
rozdzielczości optycznej.

Fot. 3. AZ-8859 MINI – tani pirometr w obudowie pistoletowej.

W załączonym zestawieniu taką obudowę mają trzyz czterech pirometrów.
Drugą ważną cechą użytkową jest znacznik laserowy, który dokładnie oznacza miejsce pomiaru. Choć wszystkie pirometry w załączonym zestawieniu mają tylko jeden znacznik, to warto dodać, że spotyka się pirometry z dwoma znacznikami laserowymi, co pozwala dokładniej zlokalizować miejsce pomiaru. Użyteczną funkcją jest też komparator. Po wprowadzeniu do pamięci pirometru tzw. progu alarmowego, czyli wartości granicznej dolnej lub górnej (może to być np. wynik poprzedniego pomiaru), komparator sygnalizuje dźwiękiem przekroczenie tej wartości.

Fot. 1. AZ-8886 – wielofunkcyjny pirometr w obudowie multimetru.

Z innych funkcji użytkowych tym razem pamięciowych warto wymienić jeszcze rejestrację w wewnętrznej pamięci pirometru wartości minimalnej, maksymalnej i obliczanie wartości średniej ze wszystkich pomiarów dokonanych po włączeniu zasilania pirometru; wskazywanie wartości względnej tj. różnicy między aktualnym wynikiem pomiaru a wprowadzoną wcześniej do pamięci pirometru wartością odniesienia (może to być wynik poprzedniego pomiaru); pamięć wyników pomiarów (w załączonym zestawieniu dwa pirometry mają 8 takich pamięci) oraz typową pamięć wskazania wyświetlacza (data hold).

Leszek Halicki
Labimed Electronics