Τα υπέρυθρα θερμόμετρα (πυρόμετρα IR) είναι όργανα χωρίς επαφή για τη μέτρηση της επιφανειακής θερμοκρασίας των σωμάτων. Βασίζονται στην ανίχνευση θερμικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται φυσικά από όλα τα σώματα σε θερμοκρασίες άνω του απόλυτου μηδενός σύμφωνα με τον νόμο Stefan-Boltzmann και τον νόμο Planck. Η υπέρυθρη ακτινοβολία (μήκος κύματος 0,7-100 µm) συλλαμβάνεται από έναν αισθητήρα (πυροαισθητήρας, μικροβολόμετρο, κβαντικός αισθητήρας), εστιάζεται από οπτικά, υποβάλλεται σε επεξεργασία από ηλεκτρονικά και εμφανίζεται ως θερμοκρασία στην οθόνη. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία, την προγνωστική συντήρηση, τις κατασκευές, τα τρόφιμα, την ασφάλεια και τον έλεγχο διεργασιών λόγω της ταχύτητας μέτρησης, της μη επαφής φύσης τους και της δυνατότητας μέτρησης δυσπρόσιτων σημείων.
Θέλετε βοήθεια στην επιλογή του προϊόντος;
Αρχή της φυσικής
Κάθε σώμα σε θερμοκρασία T εκπέμπει θερμική ακτινοβολία με ένα φάσμα που περιγράφεται από τον νόμο του Planck, με μια κορυφή σε μήκος κύματος αντιστρόφως ανάλογο με το T (νόμος του Wien: λ_max T = 2898 µm K). Η συνολική ένταση είναι ανάλογη με το T⁴ (νόμος Stefan-Boltzmann: W = ε σ T⁴, όπου ε είναι η εκπεμψιμότητα του υλικού, σ η σταθερά Stefan-Boltzmann). Το πυρόμετρο μετρά την ένταση της ακτινοβολίας σε μια φασματική ζώνη που ορίζεται από τα οπτικά και τον αισθητήρα και υπολογίζει το T γνωρίζοντας το ε του υλικού. Η εκπεμψιμότητα ποικίλλει ανάλογα με το υλικό (μαύρα σώματα ε≈1· λαμπερά μέταλλα ε=0,1-0,3· οργανικά υλικά και πλαστικά ε=0,9-0,95) και πρέπει να ρυθμιστεί σωστά στο όργανο για να ληφθούν ακριβείς μετρήσεις.
Χαρακτηριστικά των εργαλείων
Τα φορητά πυρόμετρα συνήθως καλύπτουν θερμοκρασίες από -30°C έως +500°C (μοντέλα γενικής χρήσης) έως +2000°C και άνω (μοντέλα μεταλλουργίας). Η τυπική ακρίβεια είναι ±1°C ή ±1% της ένδειξης. Η ανάλυση είναι 0,1°C. Η απόσταση εργασίας και το μέγεθος του στόχου χαρακτηρίζονται από την αναλογία D:S (λόγος απόστασης προς σημείο, συνήθως 10:1 έως 50:1 για μοντέλα υψηλής ποιότητας). Ένας δείκτης λέιζερ (ορατός ως κουκκίδα ή κύκλος) διευκολύνει τη στόχευση του σημείου μέτρησης. Τα προηγμένα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν ρυθμιζόμενη εκπομπή, μέγιστη/ελάχιστη/μέση τιμή, όρια συναγερμού, καταγραφέα δεδομένων και έξοδο Bluetooth/USB. Τα μοντέλα με διπλή οπτική (τηλεσκοπική και τυπική) καλύπτουν μια ποικιλία εφαρμογών.
Φασματικές ζώνες
Τα πυρόμετρα διακρίνονται από τη φασματική ζώνη: μικρό μήκος κύματος (1-2 µm, για υψηλές θερμοκρασίες, μέταλλα, αδιάφορο για την εκπομπή σε λειτουργία διπλού χρώματος)· μεσαίο μήκος κύματος (3-5 µm, για πολλές βιομηχανικές εφαρμογές, εξαιρετικό για γυαλί και κεραμικά υλικά)· μεγάλο μήκος κύματος (8-14 µm, για χαμηλές και μεσαίες θερμοκρασίες, εξαιρετικό για HVAC και οργανικά υλικά). Η επιλογή της ζώνης εξαρτάται από την τυπική θερμοκρασία (προτιμήστε τη ζώνη με την κορυφή εκπομπής του υλικού) και το υλικό (ορισμένα υλικά είναι διαφανή σε ορισμένες ζώνες IR).
Εφαρμογές
Οι εφαρμογές είναι εξαιρετικά ποικίλες: ηλεκτρική συντήρηση (έλεγχος για θερμά σημεία σε πίνακες, κινητήρες και ηλεκτρικούς υποσταθμούς μέσης/χαμηλής τάσης)· μηχανική συντήρηση (ρουλεμάν, φρένα, άξονες, ανεμιστήρες)· επιθεωρήσεις κτιρίων (θερμικές διαρροές, θερμογέφυρες, ακεραιότητα μόνωσης)· βιομηχανία τροφίμων που συμμορφώνεται με το πρότυπο HACCP (παρακολούθηση θερμοκρασίας προϊόντων με χαμηλότερη ακρίβεια από τους αισθητήρες επαφής αλλά πολύ ταχύτερη)· χαρτοβιομηχανία (στεγνωτήρια)· πλαστικά (γραμμές εμφύσησης φιλμ, θερμοδιαμόρφωση)· μεταλλουργία (φούρνοι, έλαση, σφυρηλάτηση, έλεγχος χύτευσης)· ιατρικές εφαρμογές (έλεγχος αμαξώματος, ιατρικές οθόνες)· πυρασφάλεια.
Όρια εκπομπής
Ο κύριος περιορισμός της πυρομετρίας υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι η εξάρτησή της από την εκπεμψιμότητα του υλικού: οι λαμπερές μεταλλικές επιφάνειες (ε ≈ 0,1) παράγουν εξαιρετικά αβέβαιες μετρήσεις εάν η ε δεν είναι γνωστή ακριβώς. Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα: πυρόμετρα διπλού χρώματος ή αναλογίας (ταυτόχρονη μέτρηση σε δύο φασματικές ζώνες, η αναλογία είναι περίπου ανεξάρτητη από την εκπεμψιμότητα)· εφαρμογή ματ μαύρης βαφής ή μαύρης κολλητικής ταινίας (ε ≈ 0,95) ως "κηλίδα" γνωστής εκπεμψιμότητας στο σημείο μέτρησης· έμμεση μέτρηση σε μέρη του συστήματος με γνωστή εκπεμψιμότητα (εσωτερικά καλύμματα, τεράρια, οπές παρατήρησης)· βαθμονόμηση με θερμόμετρο επαφής αναφοράς.
Πρότυπα και βαθμονόμηση
Τα πυρόμετρα υπερύθρων χαρακτηρίζονται μετρολογικά σύμφωνα με τα πρότυπα VDI/VDE 3511 και ASTM E2847. Η βαθμονόμηση πραγματοποιείται με μέλανα σώματα αναφοράς σε γνωστές θερμοκρασίες, πιστοποιημένα κατά ISO 17025, σε τουλάχιστον 3-5 σημεία του εύρους μέτρησης. Η βαθμονόμηση συνήθως πραγματοποιείται ετησίως ή ανάλογα με την ένταση χρήσης και τις απαιτήσεις του πελάτη.