Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

  • Час 16-12-2014, 20:20
  • Автор admin
  • Коментарів 0 Комент.
  • Силка url

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

Інфрачервоні термометри (або по іншому пірометри) призначені для вимірювання температури безконтактним способом. Принцип дії пірометрів заснований на вимірюванні потужності теплового випромінювання об'єкта в інфрачервоному діапазоні. Англомовне написання: pyrometer, infrared thermometer.
Об'єктами вимірювання пірометра можуть бути як тверді предмети, так і сипучі, а також рідини. Застосування пірометрів можливо не тільки в промисловості, але і в радіоаматорський практиці, а також в побуті. 

Перерахуємо лише деякі із завдань, де може стане в нагоді пірометр:

  • вимірювання нагріву корпусів мікросхем, транзисторів, тепловідводів, трансформаторів;
  • визначення місця перегрівання вимикачів, контакторів і пускачів;
  • визначення місцезнаходження перегріву підшипників;
  • визначення місця проведення, скруток і з'єднань;
  • перевірка віконних і дверних рам на предмет витоку тепла;
  • виявлення гарячих і холодних труб;
  • перевірка втрат тепла через ізоляцію, виявлення поганій ізоляції в стінах будівель;
  • визначення температури їжі

Пірометри незамінні там, де необхідно виміряти рівень температури у важкодоступному чи небезпечному місці, на рухомому об'єкті. Ще однією перевагою безконтактного способу вимірювання температури є те, що пірометр не вступає в безпосередній контакт з вимірюваним об'єктом і внаслідок цього відсутній вплив вимірювача на температурне поле нагрітого тіла. Ну і звісно ж важливим фактором є швидкість вимірювання температури - не більше 1-2 секунд.

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

Основні параметри пірометрів

Однією з основних характеристик побутових пірометрів є діапазон вимірюваних температур. Навіть недорогі пірометри здатні вимірювати в діапазоні від -50 до 1000 градусів С, що дозволяє перекрити широкий спектр завдань.

Важливим параметром є точність вимірювання. Як правило, в Китайських пирометрах середнього цінового діапазону (продаються на AliExpress, DealExtreme, TinyDeal та інших майданчиках) точність становить 1?C. При чому точність може залежати від діапазону, скажімо в діапазоні 0...1000 градусів точність 1.5?C, а в негативному діапазоні -50...0 точність буде вже нижче: 3?C.
Хочу звернути особливу увагу, що деякі плутають точність (accuracy) з роздільною здатністю дисплея (resolution). Нечесні продавці таким чином також можуть ввести споживача в оману, зробивши в описі акцент на вирішенні 0.1?C, і при цьому де-небудь маленьким шрифтом згадати точність до 5%. Тому при покупці пірометра слід розрізняти і не плутати ці дві характеристики.

Час вимірювання - в цілому всі пірометри досить быстродейственны і вимірюють температуру за 0.5-1 сек.

Можливість налаштування коефіцієнта випромінювання EMS (Emissivity). Матеріали з різною структурою поверхні мають різні здатність випромінювати і поглинати енергію. А оскільки пірометр вимірює температуру безконтактним способом, наприклад для відбиваючих матеріалів - алюміній, золото, вольфрам, метал, здатність відображення буде 70-80%, а для паперу, води, цегли 10-20%. Коефіцієнт випромінювання визначається відношенням енергії, випромінюваної об'єктом при заданій температурі до енергії, испускаемой абсолютним випромінювачем при тій же температурі. Коефіцієнти випромінювання коливаються в межах від 0.1 до 1.0. І якщо в купованому пирометре тижнів можливості підстроювання EMS, то для відбиваючих матеріалів температура буде сильно відрізнятися від реального. В інтернеті існують спеціальні таблиці коефіцієнтів випромінювання для основних матеріалів.

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

Важливою характеристикою всіх інфрачервоних вимірювачів температури є  оптична роздільна здатність (більш коректну назву: показник візирування). В англ. варіанті називається FOV - Field of Vision або distance to spot ratio (D:S ratio). Буває 12:1, 16:1, 20:1 і т. д. При збільшенні відстані до об'єкта вимірювання (D) діаметр плями (S), на площі якого прилад вимірює температуру, стає більше. Залежність діаметра плями від відстані до об'єкта для приладу показана на наступному малюнку:

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

Тобто чим більше величина показника візування, тим вже пляма. Як правило, малюнок із значеннями D:S вказується на корпусі пірометра. Пірометри з більшою величиною показника візування коштують дорожче. Пірометр з показником візування 20:1, при інших рівних буде істотно дорожче ніж пірометр з величиною 10:1.

З параметрами розібралися, йдемо далі...

Деякі люди плутають з пірометри тепловізорами. Це 2 зовсім різних класу пристроїв, хоча обидва в тій чи іншій мірі призначені для аналізу даних про температуру об'єкта. Тепловізор використовується для вимірювання і відображення розподілу температури на досліджуваної поверхні об'єкта. Тобто він дозволяє візуалізувати картину теплового випромінювання спостережуваного об'єкта.

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

Якщо в пирометре для зняття показання температури з об'єкта використовується лише один ІЧ датчик, то в тепловізорах це ціла матриця датчиків чутливі до інфрачервоного випромінювання. Плюс складна конструкція лінзи, електроніка для обробки сигналів з датчиків в реальному часі і пристрій відображення.

Найвідоміші фірми на ринку тепловізорів: Flir і Fluke. Вартість тепловізорів як правило починається від 1000$. Хоча відносно недавно з'явилася недорога модель Flir One - приставка до IPhone, яка коштує близько 400$. 
Якщо не стоїть завдання візуалізувати температуру рухомих об'єктів або об'єктів у яких швидко змінюється температура поверхні, то можна зробити скануючий тепловізор своїми руками, на основі веб-камери, сенсора MLX90614, плати Arduino і пари серво. Підключення до ПК або ноутбука для обробки і відображення. Обробка даних відбувається за допомогою кросплатформенного написаного програмного забезпечення на Java. Обійдеться такий DIY-варіант дуже недорого - вартість комплектуючих в районі 100$. Стаття: скануючий тепловізор своїми руками

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

Знайти пірометри наприклад на майданчику AliExpress можна в розділі "Temperature Instruments". Невелика таблиця популярних моделей інфрачервоних термометрів:

  Діапазон температур Точність D:S EMS Ціна GM300 GM320GM550 GM700GM900GM1150GM1150AGM1350
-50...330°C 1.5°C, 3°C 12:1 0.95 фікс. 15$
-50...330°C 1.5°C, 3°C 12:1 0.95 фікс. 15$
-50...550°C 1.5°C, 3°C 12:1 0.95 фікс. 20$
-50...700°C 1.5°C, 3°C 12:1 0.1 1.0... 32$
-50...900°C 1.5°C, 3°C 12:1 0.1 1.0... 38$
-50...1150C 1.5°C, 3°C 20:1 0.1 1.0... 65$
-18 1150C... 1.5°C, 3°C 50:1 0.1 1.0... 80$
-18 1350C... 1.5°C, 3°C 50:1 0.1 1.0... 110$


Точність у 3°C - при від'ємному значенні температур. А 1.5°C - при позитивному

В даному огляді ми розглянемо пірометр GM1150. Це досить популярна модель. Хоча і не найдешевша. Відрізняється тим, що має показник візирування 20:1, ну і звичайно ж збільшений діапазон робочих температур. Хоча максимальний стеля 1150°C, не всім потрібен в побуті.

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

Характеристики моделі GM1150

Діапазон вимірюваних температур -50...1150°C
Точність вимірювання 1.5°C
Показник візирування D:S 20:1
Коефіцієнт випромінювання (EMS) 0.1 1.0...
Дозвіл (на екрані) 0.1°C
Час вимірювання 0.5 с
Довжина хвилі 8...14 мкм
Харчування 9В (крона)
Розміри 60х141х200мм
Вага 270 г

Як правило, пірометри "GM" випускаються під брендом "Benetech". У деяких продавців в описі товару можна знайти картинки з відзнакою оригінал від підробки (так-так! Китайці теж підробляють Китайців!). Хоча швидше за все вони нічим істотно не розрізняються, якість швидше за все, буде і там і там однаково середнім.

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

Датчик для вимірювання температури і лазерний целеуказатель як правило у пірометрів розділені. На фото вище те, що знаходиться вище, являє собою лазерний целеуказатель, а нижче знаходиться сенсор для вимірювання температури. При наведенні пірометра на вимірюваний об'єкт слід враховувати відстань між ними, т. к. як правило сенсор буде "дивитися" на 2-4 см нижче позначки лазерного покажчика. А ще краще, попередньо потестувати на трубах опалення або інших відповідних об'єктах, щоб виявити точне місце куди дивиться сенсор відносно точки целеуказателя. Приміром, у моєму примірнику сенсор дивився не тільки нижче, але й лівіше на 3-4 див.

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

Призначення кнопок управління інтуїтивно зрозуміло, і стандартні для цього типу пристроїв. Є інструкція з описом призначення кнопок, а також безліч мануалів в інтернеті. Хоча особисто мені це нічого не знадобилося, взявши в руки перший раз цей прилад я розібрався з усіма функціями відразу ж.

Пірометр ергономічно досить зручний і добре лежить в руці. Знизу є заставна з різьбленням дозволяє закріпити прилад на штативі. Хоча вісь вимірювання при цьому буде дивитися під кутом вверх, а не строго горизонтально. В батарейному відсіку є перемикач градусів: Фаренгейт - Цельсія.

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

При практичному використанні пірометр показав досить хорошу точність вимірювання температури. Показання порівнювалися з контактним датчиком на основі DS18B20, а також з ручним цифровим термометром на основі термопари. Єдине уточнення - що показання температури на відображають поверхнях (сталь, алюміній тощо) скачуть до 20%. Залежить це від кута, під яким проводиться вимірювання.

Наскільки такий прилад може бути корисний радіоаматорові? Давайте поставимо завдання виміряти нагрівання SMD-транзистора на платі. Візьмемо пірометр моделі GM330 з D:S ratio 12:1 і порахуємо діаметр плями на відстані 100мм. Діаметр буде 100/12 = 8.3 мм. тобто під вимірювання потрапить не тільки сам транзистор, але й плата, а може бути і прилеглі компоненти. У пірометра з показником візування 20:1 ситуація буде трохи краще: 100/20 = 5мм, але, як видно, для SMD це все одно недостатньо. Якщо взяти пірометр 50:1, діаметр плями складе 2мм, але і вартість такого приладу буде становити майже 100%. Додайте сюди ще той фактор, що потрібно в думці постійно коригувати точку лазерного покажчика і реальне розташування плями вимірювання.

Давайте розберемо пірометр і подивимося на його начинку.

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

Накладка на LCD-екран знімається досить легко. Також як і накладка сенсора і целеуказателя.

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

На фото вище видно, що модуль лазерного целеуказателя просто вставлений у пластикову накладку. Причому посадкове отвір у пластиці не дуже довге. Відповідно ніякої сверхточности там не може бути. З-за цього він і косить вліво. З іншого боку є поле для діяльності і можна самому відцентрувати і налаштувати як потрібно.

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

Серцем пірометра є мікроконтролер C8051F310 компанії Silicon Labs, в основі якого як видно з назви лежить ядро 8051. Даташит (PDF)

Огляд інфрачервоного термометра (пірометра) GM1150

У відео ви можете подивитися на пірометр в роботі.

Tags

Коментарі до новини