Témata
Reklama

Metody bezdotykového měření teploty

V současné době mají v různých odvětvích velké uplatnění metody bezdotykového měření teploty. Základem těchto metod je vyhodnocení tepelného, popř. světelného záření k vyšetřování teploty měřeného objektu.

Každé těleso zahřáté na teplotu vyšší, než je teplota jeho okolí, vyzařuje elektromagnetické záření. To je důsledkem toho, že část tepelné energie se neustále přeměňuje v energii vysílanou tělesem ve formě elektromagnetického záření, tj. tepelné a světelné záření v rozmezí 1 nm až 1 mm. Základem bezdotykového měření teploty je teorie absolutně černého tělesa (těleso, které má 100% vyzařovací schopnost) a Kirchhoffova, Stefan-Bolltzmanova, Planckova i Wienova zákona.
Podle využitého měřicího principu lze bezdotykové teploměry rozdělit do dvou skupin:
  • přímo měřící - do této skupiny se řadí pyrometry;
  • zobrazovací - tuto skupinu zastupuje termovize.
  • Pyrometry (radiační teploměry) při měření teploty povrchu měřeného objektu využívají tepelné záření v různých oblastech spektra elektromagnetického záření. Název pyrometr je odvozen z řeckého termínu "pyro" = oheň. V současné době rozlišujeme různé druhy pyrometrů, např. spektrální, pásmové, barvové, radiační.
    Termovize je zařízení, které využívá ke zjišťování povrchové teploty tělesa (objektu) speciální snímací kameru, jež snímá teplotu v mnoha bodech současně. Z bodů se rekonstruuje obraz rozložení teplot, který se zobrazuje v barevném provedení na monitoru.
    Reklama
    Reklama

    Pyrometry

    Pyrometry jsou měřiče teploty, které lze obecně dělit podle různých hledisek, jako je spektrální oblast využitého záření, vlnová délka záření, způsob měření, optický systém apod. Pro praxi je nejvhodnější rozdělení pyrometrů podle spektrální oblasti využitého záření:
  • spektrální (jasové, intenzitové, optické, monochromatické);
  • barvové (poměrové, kvocienční);
  • radiační (úhrnné neboli celkové);
    pásmové (fotoelektrické).
    Výrobci pyrometrů uvádějí buď spektrální pásmo, pro které pyrometr měří, nebo střední (efektivní) vlnovou délku tohoto pásma, pokud pásmo není příliš široké.
    Poprvé se pyrometry začaly uplatňovat v první polovině minulého století a byly založeny na rozdílném principu činnosti. U spektrálních a barvových pyrometrů je čidlem oko pozorovatele, u zbývajících je čidlem vhodný detektor (fotoelektrický, termoelektrický, pyroelektrický nebo bolometr). Ve druhé polovině minulého století se začaly používat převážně fotoelektrické detektory, které daly základ rozvoji a značnému uplatnění pásmových pyrometrů.
    Ze schématu spektrálního pyrometru s lidským okem jako čidlem je zřejmé, že obraz měřeného objektu je vytvářen objektivem v rovině vlákna pyrometrické žárovky. Wolframové vlákno žárovky je žhaveno proudem z baterie, jehož velikost se reguluje reostatem. Pozorovatel sleduje obraz objektu a vlákno žárovky okulárem přes červený filtr, který vymezuje vlnovou délku. Záře vlákna žárovky se reguluje až do okamžiku, kdy vlákno svou září splyne se září pozorovaného objektu. Měřicí přístroj, zařazený v obvodu žárovky, je opatřen teplotní stupnicí. U některých typů optických pyrometrů je žhavicí proud vlákna konstantní a porovnání září se provádí zasouváním šedého klínu, přičemž zasunutí šedého klínu je funkcí měřené teploty.
    Spektrální pyrometry, někdy také jasové nebo optické, resp. monochromatické, snímají tepelné záření vyzařované měřeným objektem, které odpovídá jedné vlnové délce elektromagnetického spektra, např. vlnové délce 650 nm - tj. červená čára viditelného spektra. Jasové pyrometry porovnávají intenzitu přijatého záření s intenzitou záření pomocného srovnávacího zdroje (srovnání se provádí lidským okem nebo různými elektrooptickými kompenzačními metodami). Někdy je srovnávacím zdrojem pyrometrická žárovka, přitom se buď mění jas srovnávacího zdroje, nebo se při stejném jasu srovnávacího zdroje šedým klínovým filtrem omezuje jas měřeného zářiče. Toto srovnání se provádí ve vymezeném spektru. Hodnota spektrální emisivity závisí na materiálu objektu, zejména na jakosti jeho povrchu.
    Optický pyrometr je dalekohled s výsuvným objektivem, jímž se vytváří obraz měřeného tělesa v rovině vlákna žárovky, a s výsuvným okulárem, zaostřujícím vlákno žárovky. Okulár obsahuje červený filtr, který vymezuje vlnovou délku záření. Zařazuje se při teplotách nad 900 ?C. Pro zvýšení měřicího rozsahu se vřadí mezi objektiv a žárovku šedý filtr.
    Druhým typem spektrálního pyrometru jsou tzv. intenzitové pyrometry, jejich konstrukce je tvořena zrcadlem, na něž dopadá měřené záření. Zrcadlo část záření propustí na fotoelement a část záření odrazí do okuláru, kterým obsluha zaměřuje pyrometr na měřený předmět. Záření dopadající na fotosnímač vyvolá elektrický signál úměrný intenzitě přijatého záření. Tento signál může být měřen výchylkovým nebo kompenzačním způsobem. Konstrukce těchto pyrometrů je podobná jako u radiačních.
    Konstrukce současných spektrálních pyrometrů je založena na srovnání energie tepelného záření vyzařované měřeným předmětem s energií vyzařovanou vnitřním referenčním polovodičovým zdrojem. Tato metoda není závislá na subjektivním rozhodnutí obsluhy. Spektrální pyrometry pracují nejčastěji v rozsahu teplot 800 až 3000 °C, jsou robustní a vyznačují se kompaktním designem a jednoduchostí obsluhy.
    Barvové pyrometry využívají záření ve viditelné oblasti (ve dvou úzkých vlnových rozsazích při ?1 = 0,55 ?m a ?2 = 0,65 ?m, tj. zelená a červená barva) a jsou vhodné k měření teploty šedých zářičů, u nichž neznáme emisivitu, nebo kde emisivita silně kolísá. Údaj pyrometru, tzv. barevná teplota, je vždy vyšší než černá, ale podstatně bližší než např. jasová teplota. Chyba bývá menší než 3 %. Barevnou teplotu lze určit pomocí barevného vjemu vyvolaného smíšením dvou jednobarevných záření, nebo pomocí poměrů jasů ve dvou spektrálních oblastech.
    Barvové pyrometry se dále dělí na srovnávací a poměrové. Srovnávací barvové pyrometry obsahují šedý a černý klínový barevný filtr a biochromatický (červenozelený) filtr. Dále pyrometrickou žárovku a regulační obvod žhavení žárovky na stálou teplotu. Šedým klínem se srovná jas zářiče s jasem pyrometrické žárovky - jeho poloha je úměrná jasové teplotě. Nastavením červeného klínu se dosáhne shodné barvy záření měřeného objektu a pyrometrické žárovky - jeho poloha je úměrná barevné teplotě. Tento pyrometr je vhodný pouze tam, kde se teplota nemění příliš rychle.
    Poměrový barvový pyrometr pracuje jako dva samostatné jasové pyrometry s vlnovými délkami ?1 = 0,65 ?m (červený filtr) a ?2 = 0,55 ?m (zelený filtr). Tento pyrometr má dva výměnné filtry, červený a zelený, a určuje dvě jasové teploty srovnáváním jasu měřeného zářiče s jasem pyrometrické žárovky pomocí šedého klínu.
    (Dokončení v příštím čísle)
    Tento příspěvek vznikl na TU v Liberci s podporou grantu MŠMT ČR č. 242100002
    Prof. Ing. Iva Nová, CSc.
    Ing. Bc. Stanislava Krýslová
    Ing. Bc. Zdeňka Krýslová
    Reklama
    Vydání #11
    Kód článku: 41188
    Datum: 16. 11. 2004
    Rubrika: Trendy / Měření
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Přesné měření libovolného materiálu nebo povrchu

    Společnost Keyence uvedla na trh řadu konfokálních snímačů polohy CL-3000 pro vysoce přesné měření na jakémkoliv materiálu nebo povrchu. Tyto vysoce kompaktní koaxiální laserové snímače polohy pomáhají s takovými úkoly, jako je zlepšování kvality, prevence dodávek nevyhovujících dílů a zvyšování objemu výroby.

    Měření v rámci celého výrobního řetězce

    Na cestě k aplikaci konceptu Průmyslu 4.0 se měřicí a kontrolní technologie čím dál víc používají jako řídící nástroj ve výrobě. V rámci plnění této nové role ale potřebují pružněji a rychleji zachytit kvalitativní údaje na různých místech: v měřicí laboratoři, v těsné blízkosti výrobní linky, stejně tak jako přímo v ní.

    Vysoké nároky na přesnost robotických aplikací

    Trh robotických technologií v posledních letech zažívá prudký rozmach. Moderní průmyslová odvětví se po celém světě stále více spoléhají na inteligentní roboty vyznačující se vysokou přesností a 100% spolehlivostí. Výhodami pro jejich provozovatele jsou flexibilnější výrobní procesy, vyšší kvalita, nižší spotřeba materiálů a úspory nákladů. Klíčovou roli v oblasti chytrých robotických technologií hrají inovativní snímače, které fungují jako rozhraní mezi robotem a jeho prostředím.

    Související články
    Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

    Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Měřicí technika se stává součástí výrobních strojů

    Vzhledem k tomu, že jednou z aktivit České metrologické společnosti, z. s., je mimo jiné také sledování prezentace aktuálních metrologických novinek, trendů vývoje a zastoupení metrologie na veletrzích pořádaných v České republice i v zahraničí, navštívili jsme mimo jiné veletrh Toolex 2017, který se již po desáté konal v polském městě Sosnowiec na třetím největším výstavišti v Polsku – Expo Silesia.

    Měřicí přístroje pro efektivní výrobu

    Jestliže jsou nástroje přesně zaměřeny a seřízeny ještě před samotným obráběním mimo obráběcí stroj, lze následně zkrátit vedlejší neproduktivní časy na stroji a zvýšit tak celkovou efektivitu výroby. Přístroje pro měření a seřizování nástrojů mohou v samotném procesu třískového obrábění zajistit zvýšení produktivity až o 25 %, a to při velmi dobrém poměru cena/výkon. Úspěšné obrábění tedy vyžaduje nejen výkonné stroje, ale i přesně seřízené nástroje.

    Vylepšený triangulační snímač střední třídy

    Laserové snímače optoNCDT 1750 měří posunutí, vzdálenost a polohu v mnoha průmyslových odvětvích, jako je například automatizační technika, výroba elektroniky, automobilový průmysl a strojní zařízení. Tento nový model zachovává kompaktnost a robustnost svého osvědčeného předchůdce ILD1700, ale významně zvyšuje maximální vzorkovací frekvenci, přesnost a rozlišení.

    Velmi přesný měřicí stroj pro výpočetní tomografii

    Nový model TomoCheck S HA (High Accuracy) 200 společnosti Werth Messtechnik GmbH se senzorem pro výpočetní tomografii je aktuálně nejpřesnějším souřadnicovým měřicím strojem na světě.

    Konfirmace měřidel

    Příspěvek se zabývá problematikou zajištění návaznosti měření a rozebírá obvyklé metrologické čin-nosti, které jsou za tím účelem prováděny. Zákon o metrologii i běžná praxe zmiňují jako základní postupy kalibraci nebo ověření stanovených měřidel. Kalibrace je postup vedoucí k dosažení způsobilého měřidla ve dvou logických krocích podle definice VIM. Vždy musí být zjištěn aktuální stav měřidla – provádí se zkouškou, která ověří, zda je měřidlo způsobilé plnit dané specifikace, či nikoliv. Nezpůsobilé měřidlo se musí kalibrovat nebo vyřadit. O výsledku je vydán doklad (kalibrační certifikát), jímž je potvrzena způsobilost z dřívější kalibrace nebo způsobilost dosažená kalibrací novou. Zvláštní pozornost je věnována kalibraci měřidel řízených softwarem, např. u souřadnicových měřicích strojů.

    Ochrana provozních měřidel tlaku před mechanickým namáháním

    Při měření tlaku v potrubních systémech a v nádobách se setkáváme s nepříznivými mechanickými vlivy, které mají původ v měřeném procesu. Jedná se o tlakové rázy, pulzace, otřesy či vibrace, a někdy také o přetížení nad rámec měřicího rozsahu přístroje. Pulzace tlaku v potrubí zpravidla pochází od čerpadel, případně od rotujících míchadel v nádobách. Tlakové rázy jsou způsobovány setrvačností sloupce kapaliny pohybující se v potrubí; na jejich vzniku se podílí i činnost ventilů a škrticích orgánů. Destruktivní účinky mohou mít i bubliny par a plynů v tekutině proudící přes ventily. Otřesy a vibrace jsou způsobovány zpravidla rotujícími částmi strojů, prouděním tekutin, pulzacemi a tlakovými rázy v potrubí. Tento článek si klade za cíl shrnout způsoby, jak lze tlakoměry před uvedenými vlivy ochránit.

    Moderní metrologie pro kontrolu povrchu optiky

    S vývojem tradiční sférické optiky se postupně celkově zvětšují její rozměry i hmotnost. S cílem zvýšit přesnost a zlepšit funkční vlastnosti se jednotlivé optické komponenty kombinují. Přitom v uplynulém období progresivní optické konstrukce využívaly asférickou a difrakční optiku k redukci počtu dílů sestavy. Jedna asférická nebo difrakční čočka může nahradit několik konvenčních sférických čoček, což umožní snížit hmotnost, cenu i potřebný prostor, ale především získat kompaktnější a výkonnější optický systém.

    Měření energie je důležité ve všech oborech

    Spotřeba a ve velké míře i kvalita energií je v poslední době stále více sledovanou veličinou. Měřicími systémy od přehledových měřičů spotřeby až po systémy, kde je měření, zobrazování, ukládání a grafické prezentování veličin integrováno do větších systémů lze získávat přehled o spotřebě kdykoli je to potřeba.

    Průmysl 4.0 v měření aneb Kvalita 4.0

    V souvislosti s postupující mírou digitalizace a automatizace výroby se často hovoří o Průmyslu 4.0 neboli čtvrté průmyslové revoluci. Tento trend se pochopitelně nevyhýbá ani oboru měření. Objevuje se dokonce nový pojem – Kvalita 4.0. Co si pod tím představit?

    Revoluční linka pro měření kvality

    Je to takový český "americký sen". Začínal jako soustružník, dnes Miroslav Dušek vlastní strojírenskou firmu s mnohamilionovým obratem. Láska k poctivému řemeslu se u něj potkává s vynalézavostí, která ho nyní dovedla k vývoji revoluční linky pro měření kvality.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit