Способы измерений температуры в метрологии

17.10.2016 г КУРС ЛЕКЦИЙ: МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ ТЕМА 1. МЕТРОЛОГИЯ ЛЕКЦИЯ 12 № СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ. ОCНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МЕТРОЛОГИИ (лекция 1) 1 ВИДЫ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ 1.1 Меры и калибраторы (лекция 2) 1.2 Измерительные преобразователи (лекция 3) 1.3 Измерительные приборы (лекция 4) ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ 2 2.1 Характеристики измерительных приборов (лекция 5) 2.2 Характеристики мер и калибраторов (лекция 6) 2.3 Характеристики измерительных преобразователей (лекция 6) 3 ВИДЫ И ОБЩИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ (лекция 7) 4 СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ СИЛЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА (лекция 8) 5 СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (лекция 9) 6 ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ (лекция 10) 7 СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ ЧАСТОТЫ (лекция 11) 8 СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ (лекция 12) 1 8.0 Введение: понятие температуры, температурная шкала. 2 8.1 Контактные способы измерения температуры 3 8.1.1 Способы первичного преобразования 4 8.1.2 Способы вторичного преобразования 10 8.1.3 Использование полупроводниковых датчиков 11 8.1.4 Мостовые способы измерения температуры 11 Бесконтактные способы измерения температуры 15 8.2 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ 9 9.1 Составляющие погрешности измерения (лекция 13) 9.2 Запись результата измерения (лекция 13) 9.3 Вычисление погрешностей измерений (лекция 14) Примечание – Нумерация страниц, рисунков и таблиц сквозная в пределах раздела 8. 1 17.10.2016 г 8 СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ 8.0 Введение. Понятие температуры. Температурная шкала. Температура есть характеристика любого физического тела, это величина, которая показывает степень нагретости этого физического тела. Другими словами, температура является мерой интенсивности теплового движения молекул в физическом теле. Чем теплее тело, тем интенсивнее колебание молекул. Существует множество различных средств измерений температуры. Хорошо известны медицинские, комнатные, уличные термометры, термометры для измерений в жидкостях и др. Это обычно т.н. спиртовые или ртутные термометры. В промышленности используются термометры, создаваемые на других принципах. Температура измеряется в градусах, но градусы бывают разными – в соответствии с температурными шкалами, которые создавали учёные на протяжении многих лет исторического развития. Так существуют градусы по-Цельсию, по-Фаренгейту, по-Реомюру и др. «Цельсий» и «Фаренгейт» широко применяются в современной мировой практике, однако в качестве независимой основной единицы в Международной системе единиц (система СИ) принят градус Кельвина. Этот градус является единицей т.н. абсолютной температурной шкалы (рисунок 8.1). Рисунок 8.1 – Температурные шкалы Примечание – Перевести значения температуры из «Цельсия» в «Кельвины» несложно: ºС+273 = К. Несколько сложнее запомнить перевод из «Цельсия» в «Фаренгейты» (применяют в США и Канаде): ºС×1,8 + 32 = ºF. В промышленности или, например, на транспорте, температура измеряется с помощью других способов, нежели в домашнем хозяйстве. Дело 2 17.10.2016 г в том, что там требуется не только измерять, но измерять более точно, много, ответственно, в более широких диапазонах, разных средах и, самое главное – этот процесс необходимо автоматизировать. В настоящем материале рассматриваются только электрические методы измерений температуры (лекция 1). 8.1 Контактные способы измерений температуры Контактные способы измерений предполагают или погружение чувствительного к температуре элемента средства измерений в контролируемую среду: воду, воздух, расплав металла и др., или – тесное контактирование этого чувствительного элемента с поверхностью объекта, температуру которой необходимо измерить. Конструктивно оформленные чувствительные элементы, называемые нами первичными преобразователями или – в более сложном случае – датчиками (рисунок 8.2), имеют различные принципы действия и конструктивные исполнения, которые позволяют пользователю наилучшим образом измерить температуру выбранного объекта. Контактные способы реализуются в измерителях температуры, обобщённая структура которых представлена на рисунке 8.2. Рисунок 8.2 – Обобщённая структура измерителей температуры Первичный преобразователь преобразует температуру в электрическую величину, обычно – в сопротивление или напряжение постоянного тока. Вторичный преобразователь подключается к первичному и формирует на выходе следующие варианты сигналов: - силу или напряжение постоянного тока в унифицированном диапазоне; - сигналы стандартных интерфейсов. Конструктивно законченные изделия, структура которых содержит как первичный, так и вторичный преобразователи, будем называть датчиками. 3 17.10.2016 г Некоторые измерительные приборы допускают подключение первичных преобразователей непосредственно – без использования вторичных преобразователей. 8.1.1 Способы первичного преобразования  Прямое преобразование температуры в электрическое сопротивление постоянному току. Способ 1. Применение термометров сопротивления. Известно, что сопротивление провода, используемого при создании резисторов, меняется от температуры, и был введён даже параметр, характеризующий степень такой зависимости – температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Чем выше ТКС, тем хуже выбранный резистор. Но этот плохой резистор мог бы пригодиться для измерения температуры. Для этого, как минимум, необходимо знать более точно температурную зависимость резистора R=R(tº). Термометр сопротивления (ТС) это вид первичного измерительного преобразователя (лекция 3) температуры в электрическое сопротивление постоянному току. ТС реализуются в отдельном конструктиве и имеют нормированные метрологические характеристики. В качестве чувствительного элемента в ТС применяют обычно металлическую проволоку из меди (Cu), платины (Pt) или никеля (Ni). Медь самый дешёвый металл и этим привлекательна, но характеристики её не очень стабильны и использоваться она может в сравнительно узком диапазоне измеряемых температур в неагрессивных средах. Платина – лучший вариант, т.к. имеет высокую стабильность даже в агрессивной среде, может использоваться в широком диапазоне температур, достигающим 1000ºС, но она слишком дорогая. Часто используемый никель имеет несколько больший температурный коэффициент, но диапазон преобразования у него, так же как и у меди – узкий. Температурная зависимость металлических проводников выглядит так: R1=R0·[1+(T1-T0)], где: (8.1) R0 – сопротивление при T0=0ºС; R1 – сопротивление при T1,  – температурный коэффициент, который для платины Pt=3,9·10-3 К-1, для меди Cu=4,3·10-3 К-1, для никеля Ni=5,39·10-3 К-1. При производстве провод выбирают часто таким, чтобы R0=100 Ом. Такие ТС обозначают Pt100, 4 17.10.2016 г Cu100, или Ni100. Производятся серийно также ТС типов 50, 500, 1000. Рисунок 8.3 – Температурные зависимости сопротивлений металлов Из графика видим диапазоны относительно линейного изменения сопротивления, это диапазоны преобразования ТС: - для медных ТС, ºС – -200 …+300; - для платиновых ТС, ºС – -200 …> +600; - для никелевых ТС, ºС – -200 …+200. Общим недостатком металлических ТС является низкий температурный коэффициент . Для измерения таких сопротивлений требуются более чувствительные средства измерений (вторичные преобразователи, измерительные приборы). На рисунке 8.4 представлены возможные виды и конструктивные особенности ТС. Рисунок 8.4 – Внешний виды ТС В качестве конкретного примера ТС рассмотрим бескорпусное изделие фирмы Vishay PTS AT (рисунок 8.5). Эти платиновые ТС реализованы в виде миниатюрных чип-резисторов и монтируются на печатных платах. 5 17.10.2016 г Номинальные значения сопротивлений R0, Ом – 100, 500 или 1000. Рабочий диапазон температур, ºС – - 55…+175. Температурный коэффициент Pt, К-1=3,9×10-3. Диапазон рабочего тока, мА – 0,1…0,5. Время отклика, с, не более – 0,4 Рисунок 8.5 – Внешний вид и основные характеристики ТС типа PTS AT Способ 2. Применение кремниевых преобразователей температуры Кремниевые преобразователи температуры (термисторы) это полупроводниковые резисторы, сопротивление которых сильно зависит от температуры. В зависимости от вида функции преобразования различают термисторы с положительным ТКС (PTC, позисторы) и отрицательным ТКС (NTC). На рисунке 8.6 показаны типовые функции преобразования и типовое конструктивное исполнение современных термисторов. Термистор с положительным ТКС Термистор с отрицательным ТКС Миниатюрный вариант термистора Рисунок 8.6 – Характеристики и возможный внешний вид термисторов Номинальное сопротивление термисторов значительно выше, чем у металлических термометров сопротивления, оно обычно составляет 1, 2, 5, 10, 15 и 30 кОм. Типовой диапазон преобразуемых температур у термисторов – от -50°С до +150°С. Основными преимуществами термисторов являются малые размер и инерционность, невысокая цена, вибрационная прочность. Недостатки – 6 17.10.2016 г плохая линейность и повторяемость характеристики, низкая стабильность функции преобразования.  Прямое преобразование температуры в термо-ЭДС или напряжение Способ 1. Применение термоэлектрических преобразователей Для измерения температуры широко используется и другой способ первичного преобразования температуры – в электродвижущую силу (ЭДС). В основе этого способа лежит термоэлектрический эффект, открытый в 1821 г. немецким физиком Томасом Зеебеком. Суть эффекта заключается в следующем. Если два конца двух проводников из различных металлов спаяны или скручены, как это показано на рисунке 8.7, а два других – свободных конца, подключены к милливольтметру с высокоомным входом (это важно!), то можно наблюдать интересное явление. Для этого поместим спаянные концы проводов в среду с заметно более высокой температурой, чем комнатная, и убедимся, что милливольтметр отобразит некоторое значение, называемое термической электродвижущей силой (термо-ЭДС). Зеебек в своих экспериментах показал, что возникающая термо-ЭДС ЕТ прямо пропорциональна разности температуры спая и температуры свободных концов (Т1-Т2). Она также зависит от использованных в проводниках металлов. ЕТ = ST·(T1-T2) – функция преобразования ТП, где: ST – коэффициент преобразования ТП; T1 – температура рабочего (горячего) спая T2 – температура свободных (холодных) концов Рисунок 8.7 – Термоэлектрический принцип преобразования Для обеспечения однозначной зависимости термо-ЭДС от температуры горячего спая T1 необходимо поддерживать постоянной температуру свободных (холодных) концов T2. Обычно T2=0ºС. При изменении температуры рабочего спая ΔT1 будет иметь место следующее изменение термо-ЭДС: 7 17.10.2016 г ΔЕТ = ST·ΔT1 (8.2) Таким образом, измерив значение термо-ЭДС, и зная ST, можно определить температуру T1. Создаваемые на эффекте Зеебека преобразователи называются термопарами (ТП). Они реализуются в различных конструктивах вариантах (рисунки 8.8), имеют нормированные метрологические характеристики. Рисунок 8.8 – Разновидности ТП, используемые совместно с мультиметрами Серийно выпускаются термопары стандартизированных типов. Эти типы обозначают буквами латинского алфавита: E, J, K, R, S, N и др. Они отличаются диапазонами измерений и коэффициентами преобразования ST (таблица 8.1). Отличия обусловлены металлами (сплавами), из которых изготовлены проволоки. Таблица 8.1 – Характеристики ТП различных типов Типы ТП Использованные в ТП проволочные пары Диапазон преобразуемых температур, ºС мкВ/ºС S T, E Хромель и константан -270…+1000 62 J Железо и константан -210…+1000 51 K (ТХА) Хромель и алюмель -200…+1000 40 R (ТПП) Платина и платинородий (13% Rh) -50…+1500 7 S (ТПП) Платина и платинородий (10% Rh) -50…+1600 7 N (ТМК) Медь и константан -270…+400 40 На рисунке 8.9 представлены графики функций преобразования ТП. 8 17.10.2016 г Рисунок 8.9 – Графики поведения функций преобразования ТП различных типов Способ 2. Применение полупроводниковых преобразователей. Как известно, поведение вольтамперной характеристики п/п диодов сильно зависит от температуры. Это отрицательное для схемотехники явление, с которым обычно борются, можно использовать «во благо» – для измерения температуры. Исследования показали, что при стабильном токе через pn-переход диода, напряжение на нём меняется примерно как 200 мкВ/ºС: увеличивается при уменьшении температуры и уменьшается при её увеличении. Эта зависимость качественно отражена на графике (рисунок 8.10). Рисунок 8.10 – Иллюстрация температурной зависимости напряжения PN-перехода В гипотетическом измерителе температуры напряжение на диоде может измеряется любым чувствительным милливольтметром, шкала которого градуируется в этом случае в единицах температуры, например, в градусах Цельсия. 9 17.10.2016 г Способ 3. Использование напряженческим выходом. интегральных преобразователей с Современная микроэлектроника позволяет создавать интегральные схемы, которые уже содержат чувствительные к температуре компоненты, а также схемы, которые продолжают необходимые преобразования. Такие микросхемы впаиваются в печатную плату и служат для контроля температуры окружающей среды. В качестве примера рассмотрим интегральный преобразователь температуры типа AD22100. Функциональная схема, внешний вид и основные характеристики этого преобразователя представлены на рисунке 8.11. Диапазон преобразования температуры, ºС – -50…+150. Вид выходного сигнала – напряжение. Диапазон вых. напряжений, В – 0,25…4,75 Функция преобразования номинальная – Uвых= (Uпит/5)·[1,375В+(22,5мВ/ºС)·tº]. Погрешность преобразования, макс., ºС – 1. Рисунок 8.11 – Графическое описание особенностей ИП типа AD22100 Микросхема содержит: источник стабильного тока I, термистор RТ и усилительный каскад на операционном усилителе. Принцип действия: под воздействием температуры меняется падение напряжения на термисторе UT= I·RТ, которое усиливается и поступает на выход преобразователя. Последующие схемы вторичного преобразования должны преобразовывать это напряжение, например, в код и/или отображать результат измерения температуры. 8.1.2 Способы вторичного преобразования Применение интегральных преобразователей. Серийно выпускаются специальные аналоговые интегральные микросхемы, которые приспособлены для подключений к первичным преобразователям. Такие микросхемы – назовём их интегральными вторичными преобразователями (ИВП), выполняют в ряде случаев несколько функций: - преобразуют входной сигнал в напряжение – в случае с ТС; - усиливают входной сигнал – в случае с ТП; 10 17.10.2016 г - линеаризируют функцию первичного преобразования при необходимости; - преобразуют аналоговую форму входного сигнала в цифровую. В качестве примера здесь представлена современная микросхемапреобразователь LTC2983. Этот преобразователь допускает подключение всех рассмотренных ранее первичных преобразователей: ТС, ТП, термисторов и п/п диодов (рисунок 8.12). Результаты выдаются потребителю по стандартному цифровому интерфейсу SPI. Рисунок 8.12 – ИВП типа LTC2983 с универсальными входами 8.1.3 Использование полупроводниковых датчиков Серийно производятся полупроводниковые датчики температуры (ДТП). Описание ПДТ типа Si750, взятого в качестве примера, представлено на рисунке 8.13. Эти преобразователи в отличие от описанного выше AD22100 содержат дополнительно аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифровой интерфейс типа I2C. Диапазон преобразования температуры, ºС – -40…+125. Вид выходного сигнала – цифровой код (I2C). Время преобразования, макс., мс– 11. Погрешность преобразования, макс., ºС – 0,5. Рисунок 8.13 – Описание ДТП типа Si705x. 8.1.4 Мостовые способы измерения температуры В лекции 7 были рассмотрены мостовые схемы (способы) измерения электрических сопротивлений. Здесь ещё раз опишем основную идею мостовых измерений, но уже применительно к термометрам сопротивлений. На рисунке 8.14 показана обобщённая структурная схема измерительных 11 17.10.2016 г мостов постоянного тока, где в качестве измеряемого сопротивления Rх включен термометр сопротивления RТ. Рисунок 8.14 – Структурная схема измерительного моста постоянного тока В этой схеме также показан эталонный переменный резистор и измеритель тока (гальванометр). На практике реализуют два мостовых способа измерения: способ равновесного измерительного моста (РИМ) и способ неравновесного измерительного моста (НИМ). Способ равновесного измерительного моста. В схеме МИ различают (левый рисунок 8.15): - четыре ветви моста, в которые включены соответственно резисторы R1 – первая ветвь, R2 – вторая ветвь, R3 – третья ветвь, Rх – четвёртая (измерительная) ветвь, в которую включён измеряемый резистор; - диагональ питания (точки 1 и 2), в которую включается источник постоянного тока Е0; - измерительная диагональ (точки 3 и 4), в которую включается гальванометр (Г) – чувствительный прибор, задача которого показывать наличие или отсутствие тока в измерительной диагонали. Принцип работы моста несложен: меняя сопротивление R3, добиваются нулевого показания Г. Легко показать, что для этого состояния измерительного моста справедливо равенство φ3=φ4 между точками 3 и 4, откуда следует выражение, указанное в теле левого рисунка 8.15. Тогда окончательно Rx = R1·R3/R2. Если R1 и R2 выбраны и хорошо известны заранее, а значение R3 можно достаточно точно знать после уравновешивания МИ, то, подставив значения, получим результат для Rx., а значит и температуру. На правом рисунке 8.15 показана реализация РИМ, приспособленная для работы с ТС. На рисунке отмечен факт наличия в измерительной ветви подводящих проводов, сопротивления которых (rпр) влияют на результаты измерения сопротивления ТС – они добавляются к результату. Для 12 17.10.2016 г минимизации этого влияния можно измерить эти сопротивления отдельно и затем вычитать из результатов измерений RT+2 rпр. Г – гальванометр Rx·R2=R1·R3 – условие равновесия (RТ+2rпр) =R1·R3/R2 – условие равновесия с учётом сопротивлений подводящих проводов Рисунок 8.15 – Мостовая измерительная схема и включение ТС в мостовую схему Вводить вручную каждый раз поправку на сопротивление проводников надоедливое занятие, поэтому придумана модифицированная схема равновесного моста. Она приспособлена для подключения ТС по т.н. трёхпроводной схеме (левый рисунок 8.16). Рисунок 8.16 – Трёхпроводное и четырёхпроводное включение ТС Для состояния равновесия моста с трёхпроводным подключением ТС мы имеем выражение (RТ+rпр) = R1·(R3+rпр)/R2. Если R1= R2 и соединительные проводники одинаковы, то упрощаем дальше (RТ+rпр)=R1·(R3+rпр)/R2 = R3+rпр. Окончательно имеем: RТ=R3. Важное преимущество равновесных мостовых схем – отсутствие требования к стабильности напряжения питания. На правом рисунке 8.16 представлена ещё одна измерительная схема. Она отличается от мостовых. Измеритель содержит прецизионный вольтметр и высокостабильный источник тока I0. В рассматриваемой схеме RТ просто измеряется косвенным методом (лекция 7): RТ =UT/I0. Ток I0 известен, а UT измеряется вольтметром, встроенным в измеритель. Два «лишних» провода 13 17.10.2016 г требуется для того, чтобы измерить UT непосредственно на RТ вольтметром с высокоомным входом. Сопротивления проводов, подключённых к точкам 1 и 4, на результат не влияют. Рассматриваемая измерительная схема реализует т.н. четырёхпроводную схему подключения ТС. Ещё раз подчеркнём, что в рассмотренной схеме необходимо обеспечить высокую стабильность опорного тока I0. В противном случае показания вольтметра будут меняться не только от изменения температуры, но и от изменения тока I0. Существует несложная измерительная схема, которая позволяет минимизировать погрешность от нестабильности опорного тока I0. В упрощённом виде она показана на рисунке 8.17. Схема состоит из ТС (RT), эталонного резистора R0, вольтметра V, источника питания E и двойного двухпозиционного переключателя S. Суть способа: измерения RТ осуществляются в два приёма. Сначала измеряется ток Iд в делителе (R0+RT) (позиция 2 переключателя S): U0 = R0·Iд, тогда Iд = U0/R0. Затем, переключив S в позицию 1, измеряют UТ = RТ·Iд = RТ·U0/R0. Окончательно имеем: RТ = UТ R0/U0. Ток делителя Iд должен быть стабильным в течение времени, пока осуществляются оба измерения, т.е. кратковременно. Обычно, этот способ реализуется в автоматических электронных измерителях температуры, которые измерения осуществляют быстро – в течение нескольких миллисекунд. Примечание – Рассмотренная схема реализует т.н. метод замещение (лекция 7). Рисунок 8.17 – Способ измерения сопротивления ТС в составе делителя напряжения Способ неравновесного измерительного моста. Схема равновесного моста может использоваться в режиме неравновесном. Для этого вместо гальванометра Г необходимо включить высокоомный чувствительный вольтметр. Мост уравновешивается при нулевой температуре, а в дальнейшем температурные изменения RТ будут 14 17.10.2016 г выводить его из этого состояния и между точками 3 и 4 появится напряжение. Существуют аналитические выражения, показывающие связь между этим напряжением и измеряемой температурой. Такой режим работы требует стабильного источника питания. 15 17.10.2016 г 8.2 Бесконтактные способы измерения температуры Предварительно ответим на вопрос. Миллионы лет Земля принимает лучистую энергию от Солнца. По какой причине Земля не перегревается? Ответ может быть только одним: часть энергии Земля утилизирует для себя, а лишней делится с Космосом. Но каким образом Земля отдаёт энергию Космосу? Известные три способа передачи тепловой энергии: излучение, теплопроводность, конвекция. Конвекция предполагает перемещение теплой или холодной массы вещества (жидкости или газы) в область с другой температурой. Так, например, перемещаются воздушные массы Земли, резко изменяя погоду в течении одних-двух суток. Земля, возможно, делиться с Космосом частью своего вещества, но, похоже, неохотно – можно и растранжирить. Теплопроводность происходит между физическими телами, имеющими массу, при соприкосновениях. Земля «погружена» в вакуум – обмениваться не с чем. Остаётся только излучение, но Земля не Солнце. Она может только отражать часть солнечной света (энергии) в Космос и поэтому она видна лунатикам. Оказывается, что Земля, как и Солнце, излучает, но только в т.н. тепловом (инфракрасном) спектре. Более детальное изучение вопроса показывает, что лучи это т.н. электромагнитные волны, основной характеристикой которых является длина волны. На рисунке 8.18 представлена шкала электромагнитных волн, в пределах которых различают в частности диапазон длин волн инфракрасного излучения (ИИ). Этот диапазон с одной стороны примыкает к диапазону видимого излучения (света), а с другой к – диапазону радиоизлучения. Диапазон ИИ включает волны с длинами от 1 мкм до 100 мкм. Мы не будем в этом курсе подробно знакомиться с тепловыми процессами, отметим только, что любое тело с температурой, отличной от температуры абсолютного нуля, передаёт тепловую энергию в окружающее пространство способом излучения. 16 17.10.2016 г Рисунок 8.18 – Шкала электромагнитных волн Бесконтактные измерители. Уже давно созданы измерительные приборы, которые позволяют «улавливать» и измерять инфракрасную энергию на расстоянии. Обобщённая схема таких измерений представлена на рисунке 8.19. Рисунок 8.19 – Схема бесконтактного измерения температуры Структура бесконтактных измерителей температуры (БИТ) содержит: объектив, приёмник инфракрасного излучения, блок обработки и блок отображения информации – дисплей. Объектив необычный – он из германиевого стекла, которое пропускает инфракрасное излучение. Матричный приёмник излучения это преобразователь инфракрасной энергии в электрические сигналы. Блок обработки осуществляет сложную (особенно в тепловизоре) математическую обработку с целью выделения и последующего отображения полезной измерительной информации. 17 17.10.2016 г Среди БИТ различают две группы приборов: пирометры и тепловизоры (рисунки 8.20). пирометр тепловизор Рисунок 8.20 – Внешний вид современных БИТ БИТ находят применение в тех случаях, когда нельзя или малоэффективно применять контактные способы измерения температуры: - объект контроля находится далеко (высоко), например, перегретые изоляторы высоковольтных опор; - объект представляет опасность при касании: те же изоляторы, токоведущие линии или оборудование (рисунок 8.21); - объект контроля представляет собой массивное сооружение, имеет большую поверхность для контроля, а значит, требует много времени на поточечное исследование (тепловизоры); - другое. Рисунок 8.21 – Примеры использования тепловизоров Следует иметь в виду, что, наряду с важными преимуществами, бесконтактные средства измерений имеют особенности и недостатки. 18 17.10.2016 г Особенности применения бесконтактных измерителей температуры:  следует иметь в виду, что БИТ измеряют температуру поверхности объекта контроля  в измерение температуры поверхности объекта вносится погрешность, обусловленная действием т.н. отражённой и проникающей энергий (рисунок 8.22). Эти энергии не только от солнца, как показано на рисунке, но и других нагретых тел, которые находятся рядом. Поэтому важно уметь выбирать время суток (влияние солнца) и ракурс объекта, чтобы минимизировать эти погрешности. Рисунок 8.22 – Особенности применения бесконтактных измерителей температуры  оказывается, что разные тела, одинаково нагретые, излучают инфракрасную энергию по-разному: одни – хорошо, другие – плохо. Так, например, блестящие металлические поверхности (алюминий, медь, сталь) хорошо отражают, но плохо излучают. В общем случае способность излучения инфракрасной энергии описывается коэффициентом излучения ε. Хорошо излучающие поверхности (фарфор) имеют коэффициент излучений ε=0,92. Плохо излучающие поверхности, например, неокисленный алюминий, имеют ε=0,06. В общем случае диапазон возможных значений ε=0,0…1,0. Существуют таблицы с экспериментально полученными значениями ε для разных материалов. Но это только отчасти облегчает проблему выявления значения ε: в ряде случаев идентифицировать материал бывает сложно. БИТ имеют обычно возможность для подстройки измерительного канала под требуемое значения ε. Но есть ограничение: измерять не рекомендуется, когда ε<0,6 – велика вероятность существенного влияния отражённой и проходящей инфракрасной энергии. Иногда существует возможность улучшить излучательную способность контролируемой поверхности и 19 17.10.2016 г довести её до значений 0,8…0,95. Для этого необходимо поверхность покрасить или наклеить на неё самоклеющуюся плёнку. 20