Все о датчиках температуры.
Первый универсальный русскоязычный портал

Символ нового года

Некоторые проблемы национальной пирометрии

29.01.2013 | Автор: Фомин А.А. | Полемические заметки | Количество просмотров: 5055 | Комментарии (0)

Введение

Как известно, изобретателем одного из первых пирометров был голландский ученый Питер ван Мушенбрук. В 1953 году в Государственный реестр средств измерений России был внесен первый пирометр, это был пирометр ПМТ-46 (332-49), данный прибор предназначался для измерения температуры пара паровоза. 

Развитие современной пирометрии и портативных пирометров началось с середины 60-х годов прошлого столетия и продолжается до сих пор. Именно в это время были сделаны важнейшие физические открытия, позволившие начать производство промышленных пирометров с высокими потребительскими характеристиками и малыми габаритными размерами. На данный момент пирометры - это компактные приборы, позволяющие мгновенно измерять температуру в диапазоне   от минус 50 °С до плюс 3000 °С на расстоянии от 0,5 до 30 м. Достаточно просто направить пирометр на объект измерения, нажать на кнопку и мы увидим на дисплее измеряемую температуру. 

В последние несколько лет мы наблюдаем всплеск применения измерительных систем на основе пирометров. Наиболее важными факторами, способствующими  развитию пирометрии (или бесконтактного измерения температуры) являются следующие:

1. Технология инфракрасного измерения обеспечивает легкую регистрацию температурных данных даже при быстрых и динамичных процессах.

2. Отсутствие обратной связи, т.е. влияния на объект измерения, благодаря которому измерения могут проводиться на чувствительных поверхностях и стерильных продуктах, на опасных участках  или в труднодоступных местах.

3.  Доступность и ценовая политика, направленная на потребителя, благодаря оптимизации производства, специализирующегося на изготовлении большого количества приборов. 

Рост количества пирометров в России

В таблице представлено количество внесенных в Государственный реестр СИ приборов, которые по принципу действия можно объединить единым термином - пирометр. Отчетлива видна тенденция роста вносимых в Государственный реестр СИ новых типов приборов, причем количество внесенных СИ в 2006-2012 годах практически в два раза превышает предыдущий период.

КОЛИЧЕСТВО ПИРОМЕТРОВ,ВНЕСЕННЫХ В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РЕЕСТР СИ

ГОД

КОЛИЧЕСТВО, ШТ

до  1980

18

1980 - 1989

16

1990 - 1999

35

2000 - 2005

48

2006 - 2012

79

Происходит рост и общего количества выпускаемых пирометров, и все чаще данные приборы используются в сферах, на которые распространяется государственное регулирование в области обеспечения единства измерений. Растет и количество метрологических служб, занимающихся поверкой или калибровкой данных приборов. Таким образом, данный вид измерений является одним из наиболее динамично развивающихся методов измерения температуры. 

Вопросы терминологии

В толковом словаре русского языка под редакцией Д.Н. Ушакова дана следующая формулировка: «пирометр – прибор для измерения высоких температур». Данная формулировка, безусловно, устарела, т.к. на данный момент пирометры активно используются в области низких и средних температур. 

Если обратиться к действующим нормативным документам, то межгосударственный стандарт ГОСТ 28243-96 «Пирометры. Общие технические требования» дает следующее определение: «Пирометр  - средство (совокупность средств) измерений температуры по тепловому электромагнитному излучению, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.»

Данный документ вводит классификацию по принципу действия

-      пирометры частичного излучения;

-      пирометры полного излучения;

-      пирометры спектрального отношения. 

Но на данный момент в нормативных документах, научной и учебной литературе, различных сферах деятельности, производителями данных приборов и в повседневной жизни используются различные наименования средств измерений, осуществляющих бесконтактное измерение температуры. Так в здравоохранении широко используется термин – «РАДИОТЕРМОМЕТР ИНФРАКРАСНЫЙ»  - прибор  для  измерения  температуры поверхности   объекта  по  величине  его  инфракрасного  излучения;  применяется  в   гигиенических  и  медико-биологических  исследованиях. (Большой медицинский словарь, 2000г.) Кроме этого используются термины: бесконтактные термометры, дистанционные термометры, пирометры радиационные, термометры радиационные, пирометры лазерные и т.д. Таким образом, приборы, которые осуществляют одни и те  же функции, имеют различное наименование, что, безусловно, вносит некоторую путаницу. 

Оценки популярности того или иного термина я предлагаю разделить на 2 этапа и посмотреть распределение терминов как у потребителей, так и производителей данных приборов. Для определения популярности термина с точки зрения потребителя обратимся к интернет ресурсам и оценим количество запросов в поисковой системе Яндекс. 

Количество запросов в Яндекс (месяц)

Термин

2007-2008

2012

Пирометры

4180

13714

Инфракрасный термометр

725

7562

Бесконтактные термометры

385

2053

Дистанционные термометры

114

548

Оптические пирометры

102

330

Пирометр инфракрасный

102

1317

Пирометр излучения 

32

127

Радиационный пирометр

29

102

Пирометр лазерный

----

246

Хочу обратить Ваше внимание на общий рост количества запросов, что очень показательно и еще раз доказывает актуальность данного вида измерений. 

Как видно, распределение мест среди терминов практически не изменилось, только «пирометр инфракрасный» с 6 места переместился на 4. Так же необходимо отметить рост популярности  термина «инфракрасный термометр», количество запросов по которому увеличилось более чем в 10 раз. 

Теперь обратимся к производителям данных приборов. Для анализа популярности того или иного термина среди производителей бесконтактных СИ температуры, я предлагаю обратиться к Государственному реестру СИ и посмотреть, как производители называют свои приборы: 

ПИРОМЕТРЫ ИНФРАКРАСНЫЕ

60

ПИРОМЕТРЫ

34

ТЕРМОМЕТРЫ ИНФРАКРАСНЫЕ

26

ПИРОМЕТРЫ СПЕКТРАЛЬНОГО ОТНОШЕНИЯ

14

ПИРОМЕТРЫ ЧАСТИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

13

ПИРОМЕТРЫ ОПТИЧЕСКИЕ

13

ИК-ПИРОМЕТРЫ

5

ПИРОМЕТРЫ РАДИАЦИОННЫЕ

2

ПРОЧИЕ

10

 Как видно, распределение очень похожее с распределением у потребителей, но в отличие от запросов в интернете, термины «пирометры инфракрасные» и «пирометры» поменялись местами. Таким образом, наиболее популярными терминами являются 3 созвучных между собой наименования - «пирометры», «пирометры инфракрасные» и «термометры инфракрасные». 

Еще один специфичный термин, который широко используются в пирометрии, и у которого существуют разные наименования – это коэффициент излучения, характеризующий способность поверхности тела излучать инфракрасную энергию. Этот коэффициент определяется как отношение энергии, излучаемой конкретной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. В научной и технической литературе используются термины:

- излучательная способность;

- коэффициент излучения;

- степень черноты;

- коэффицент черноты;

- коэффицент теплового излучения.

Метрологическая прослеживаемость

Следующий вопрос, который я предлагаю обсудить, это вопрос прослеживаемости передачи единицы температуры при использовании бесконтактных методов измерений. Процедура передачи единицы температуры регламентирована ГОСТ 8.558-2009 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерения температуры (раздел радиационные термометры). Необходимо отметить, что в официальном тексте, данного нормативного документа, допущена опечатка и отсутствует соотношение границ доверительной погрешности рабочего эталона 2 разряда и допускаемой погрешности рабочего средства измерений. 

ГОСТ 8.558-2009, так же как и ГОСТ 28243-96, вводит классификацию пирометров по принципу действия:

- пирометры полного и частичного излучения;

- пирометры монохроматические;

- пирометры спектрального распределения.

Но в данном нормативном документе термин «пирометр спектрального отношения» заменен на «пирометры спектрального распределения». А в предыдущей редакции поверочной схемы ГОСТ 8.558-93 использовался термин «пирометры спектрального отношения». 

Для рассмотрения процедуры передачи единицы температуры были выбраны 5 однотипных приборов, которые осуществляют одну и ту же функцию – бесконтактно измеряют температуру. Данные приборы одинаковые по сути, но очень разные с точки зрения законодательной метрологии. В таблице представлены 5 производителей и 4 метрологических центра осуществляющих внесение в Государственный реестр СИ приборов данного типа. 

НАИМЕНОВАНИЕ, ТИП

ДИАПАЗОН,

ºС

ПОГРЕШНОСТЬ

РАЗРЯД

АЧТ

КОЛ-ВО ПОВЕРЯЕ-МЫХ ТОЧЕК

КОЛ-ВО ИЗМЕРЕНИЙ


Измеритель температуры

СENTER 350


- 20 … 500


± 2 %

или

± 2 ºС


0,5 %

от Tизм


нижний предел

верхний  предел


10


Пирометр инфракр.

FLUKE 65


- 40… 0 ;

0 … 500


± 5 ºС;

± 2 % или

± 2 ºС


1


20 (до 100 °С через 10 °С)


10


Пирометр

Sight MS


-32…100

100…420


± 1 ºС;

± 1 %


2


5


3


Термометр радиацион.

RAYNGER


-30…

1200


± 1 ºС;

± 1 %


2


не  нормировано


3


ИК-пирометр

Термоскоп-100


- 20 … 600


± 1 % *


2


через каждые 100 ºС


5

Все 5 приборов измеряют температуру практически в одном и том же диапазоне и имеют с точки зрения потребителя один и тот же принцип измерения, но при проведении поверки мы сталкиваемся с существенными отличиями:

  1. различные наименования;
  2. для поверки приборов одного и того же класса точности по утвержденным методикам поверки в соответствии описанием типа используются эталоны разного класса точности, причем некоторые методики поверки противоречат действующей Государственной поверочной схеме;
  3. при проведении поверки поверитель сталкивается с необходимостью проведения поверки на разных температурных точках и проведения разного количества измерений, что приводит к повышению нагрузки на эталонное оборудование и увеличению стоимости поверки. 

Измеритель температуры CENTER 350 – в методике поверки указано о необходимости проведения поверки на нижнем, верхнем диапазоне измерения, и внутри диапазона измерений, но при этом количество точек внутри диапазона не нормировано, количество измерений на точке – 10. Разряд АЧТ в методике поверки не указан, зато указана min погрешность АЧТ 0,5 % от измеренного значения, таким образом, соотношение погрешности поверяемого СИ и эталона 1:4, а в Государственной поверочной схеме установлено 1:1,5. 

Пирометр инфракрасный FLUKE 65 – количество точек в температурном диапазоне измерений, на которых согласно методике поверки необходимо проводить оценку погрешности прибора, составляет порядка 20 шт. 

Пирометр Sight MS и термометр радиационный RAYNGER по своим метрологическим характеристикам являются более точными приборами, но при этом поверяются на эталонах более низкого класса точности.

ИК-пирометр «Термоскоп-100» – единственный прибор, у которого в соответствии с ГОСТ 28243-96, указана приведенная погрешность к верхнему пределу измерений, и которая составляет 1 %. При этом все рассмотренные ранее приборы в описании типа ссылаются на данный нормативный документ. 

Так же необходимо отметить, что точность пирометра, полученная в метрологической лаборатории с использованием модели черного тела, не может характеризовать точность измерений «не черного объекта» в технологической установке. Тем не менее, в научной литературе и в руководствах по эксплуатации на конкретные приборы, данные о погрешности измерения обычно приводятся без указания объектов и условий, для которых определялись погрешности. 

Выводы и предложения:

1. Внести дополнения в ГОСТ 8.558-2009 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерения температуры» (указать соотношение границ доверительной погрешности рабочего эталона 2 разряда и допускаемой погрешности рабочего средства измерений).

2. Провести актуализацию ГОСТ 28243-96 «Пирометры. Общие технические требования» с целью выработки единой терминологии.

3. Разработать нормативный документ, унифицирующий проведение поверки пирометров различных производителей.

 

Сведения об авторе:

Фомин Андрей Анатольевич,  начальник сектора теплофизических и температурных измерений ФБУ «Ростовский ЦСМ»

Продолжение дискуссии в статье Фрунзе А.В. "Дискуссия по вопросам терминологии в пирометрии"

 

Источники

В докладе использовались материалы:

1. Магунов Александр Николаевич, «СПЕКТРАЛЬНАЯ ПИРОМЕТРИЯ»,  2012г.

2. Сергеев Сергей Сергеевич, «ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕРМИНОЛОГИИ В ПИРОМЕТРИИ»,  2007 г.

Другие статьи раздела

Все статьи раздела "Полемические заметки"

Добавить комментарий: