Setila i preobrazuvaci - infracrvena termometrija Сетила и преобразувачи...pretstavuva fizi~ka ili hemiska golemina koja treba da se izmeri (na primer pritisok,

$Page 1: Setila i preobrazuvaci - infracrvena termometrija Сетила и преобразувачи...pretstavuva fizi~ka ili hemiska golemina koja treba da se izmeri (na primer pritisok,$
INFRACRVENATERMOMETRIJA

M-r. Petre Risteski dipl.el.in`.

Petre Risteski dipl.el.in`. Setila i preobrazuva~i - infracrvena termometrija

S O D R @ I N A

1. Voved .............................................................................................................. 3

1.1 Podelba na setilata ................................................................................... 4

2. Termometrija ............................................................................................... 5

2.1 Vidovi termi~ki setila ............................................................................ 7

3. Infracrvena termometrija ...................................................................... 10

3.1 Opis i princip na rabota na IC sistemi za merewe temperatura ... 12

3.2 Ra~ni (prenosni) pirometri ..................................................................... 18

3.3 Termoviziski kameri ................................................................................. 18

3.4 Stacionarni beskontaktni pirometri .................................................. 20

4. Merewe temperatura na materijalite .................................................... 23

4.1 Merewe temperatura na metali ............................................................... 23

4.2 Merewe temperatura na plastika ............................................................ 24

4.3 Merewe temperatura na staklo ................................................................ 25

5. Ambientalni uslovi pri mereweto ........................................................ 26

6. Merna optika ................................................................................................ 28

7. Detektori ...................................................................................................... 30

8. Displei i interfejsi ................................................................................. 31

9. Specijalni pirometri ............................................................................... 32

9.1 Fiberopti~ki pirometri ........................................................................ 32

9.2 Dvobojni pirometri .................................................................................... 33

10. Pretstavuvawe na prakti~na instalacija ............................................. 34

11. Zaklu~ok ........................................................................................................ 36

12. Literatura .................................................................................................... 38

PRILOG: Tabeli so vrednosti za emisivnosta na razli~ni materijali

Postdiplomski studii pri fakultet za elektrotehnika i informati~ki tehnologii - Skopje 2


1. VOVED

ôvekoviot apetit za informacii e skoro bezgrani~en. Vo sekoj mig

~ovekoviot mozok pribira ogromno koli~estvo informacii od okolnata

sredina preku sofisticirani merni sistemi vo ~ovekovoto telo koi se

narekuvaat setila. Toa se setilata za vid, sluh, miris, vkus i dopir i so niv se

merat fizi~ki i hemiski kvantitativni osobini na okolnata sredina.

Dobienite informacii od ovie biolo[ki setila, po obrabotkata vo

ogromnata nevronska mreà vo mozokot, ovozmoùvaat kompletirawe na golem

broj ednostavni i sloèni biolo[ki zada~i vo sekojdnevieto.

Na slika 1 e pretstaven osnovniot na~in na funkcionirawe na eden

meren sistem za obrabotka na informacii.

slika 1

Vlezniot signal vo merniot sistem se narekuva mezurant i toj

pretstavuva fizi~ka ili hemiska golemina koja treba da se izmeri (na primer

pritisok, temperatura, koncentracija i sl.). Mezurantot se detektira od

strana na t.n. setilo ili vlezen preobrazuva~. Setiloto moè da se definira

kako ured koj pretvora neelektri~en ili hemiski kvantitet vo elektri~en

signal. Elektri~niot signal od setiloto ~esto pati e potrebno da se izmeni

pred da moè da posluì kako korisna informacija. Imeno, pove]eto signali

koi doa\aat od setilniot element se analogni po priroda pa za niv e potrebna i

dopolnitelna analogna obrabotka. Ovaa obrabotka ja vr[i ured koj se

narekuva procesor.

Procesorot moè da se sefinira kako ured koj go menuva elektri~niot

signal koj doa\a od setiloto, bez promena na formata ili energijata [to go

opi[uva toj signal. Kone~no, signalot koj proizleguva od procesorot moè da

se koristi za prikaz na vleznata informacija i istiot se prenesuva na ured koj

se narekuva pogon ili izlezen preobrazuva~.



Pogon ili izlezen preobrazuva~ e ured koj go preobrazuva vlezniot

elektri~en signal vo fizi~ka ili hemiska golemina. Na primer, signalot

obraboten od procesorot moè da se dovede do pogonot na eden ekran (izlezen

preobrazuva~) koj ]e go prikaè vo opti~ka forma razbirliva za ~ovekot.

Se razbira, vo merniot sistem moàt da postojat i mnogu drugi podfazi

na te~enie na vlezniot kon izlezniot signal, no na slikata 1 se prikaàni

najosnovnite sostavki na istiot: setilo, procesor i pogon.

1.1 Podelba na setilata

Pri obrabotka na temata za setila, neophodno e istite da se podelat

spored funkcijata koja ja vr[at (na pr. merewe temperatura, pritisok i sl.)

ili spored fizi~kiot princip na nivnata rabota (na pr. magnetootporni,

optoelektri~ni i sl.). Voobi~aena praksa e da se vr[i podelba na setilata vo

smisol na formata na energijata koja ja nosi signalot. Vo tabela 1 se dadeni

razli~nite formi na energija [to voobi~aeno se koristat za podelba na

setilata, zaedno so nekoi od nivnite tipi~ni mezuranti.

tabela 1: formi na signali i nivnite tipi~ni mezuranti

forma na signalot

mezuranti

toplinska temperatura, toplina, protok na toplina, entalpija itn.

zra~ewe gama zraci, vidliva svetlina, IC svetlina, mikrobranovi itn.

mehani~ka pomestuvawe, brzina, sila, pritisok, masa, protok itn.

megnetska magnetno pole, fluks, magnetizacija, magneten moment itn.

hemiska vla`nost, PH nivo, koncentracija na gas, isparuvawe itn.

biolo[ka [e]eri, proteini, hormoni, antigeni itn.

elektri~na polne`, struja, napon, otpor, kapacitet, frekfencija itn.

Celta na ovoj seminarski trud e da se pretstavat mernite sistemi koi se

nameneti za obrabotka na toplinski signali, pa vo tekstot koj sleduva ]e se

napravi obid za prodlabo~eno pretstavuvawe na istite.



2. TERMOMETRIJA

Termometrija e nauka za merewe na temperaturata na sistemite i za

merewe na sposobnosta na eden sistem da prenesuva temperatura na drug sistem.

Mereweto na temperaturata e va`no za [irok obem aktivnosti,

vklu~itelno vo proizvodstvoto, vo nau~nite istraùvawa, vo medicinata itn.

Istorijata na termometrijata zapo~nuva vo

Italija okolu 1600 godina so pronao\aweto na t.n.

vozdu[en termoskop (slika 2).

Termoskopot e ,,pradedo” na termometarot i

barometarot bidej]i reagiral na promenata i na

temperaturata i na pritisokot.

Okolu 1650 godina se pojavuva t.n.

termometar so te~nost vo staklo (slika 3).

Izraboten od vrvnite Florentinski stakloduva~i,

ovoj termometar koristel vinski alkohol kako

indikatorski fluid.

Do 1714 godina ve]e bila vostanovena

praktika da se koristat ìvini termometri bidej]i

ìvata se pokaàla kako fluid so podobra

linearna karakteristika od vinskiot alkohol.

Farenhajt (Fahrenheit) bil najuspe[niot

izrabotuva~ na termometri vo ovie pionerski

denovi, [to pridonelo negovite termometri da

dominiraat vo anglofonskiot svet.

Celzius (Celsius) bil prviot koj vo 1742 godina predloìl stopodelna

skala, koristej]i 100 ~ekori po~nuvaj]i od to~kata na vriewe na vodata pri

100O do to~kata na mrznewe na vodata pri 0O. Podocna biologot Linaus

(Lineaus) koj ~esto gi koristel stopodelnite termometri, ja prevrtel ovaa

skala vo pravec od 0O kon 100O i kako takva taa se koristi do dene[en den.

Vo tekot na 19-ot vek termometrijata doìvuva golem razvoj osobeno vo

oblasta na elektri~nite temperaturni setila kako [to se termoparovite i

otporni~kite termometri, a vaèn teoretski razvoj bil postignat vo

termodinamikata (nauka za toplinata) od strana na Carnot i Kelvin.

slika 2

slika 3



Na po~etokot na razvojot na termometrijata se mislelo deka

termometrite go merat koli~estvoto toplina. TOPLO-to i LADNO-to dolgo

vreme bile smetani za nezavisni osobini, no termometrite pokaàle deka tie

se vsu[nost aspekti od edno isto ne[to, [to podocna pomognalo vo razvojot na

moderniot koncept na toplinata. Termodinamikata gi tretira

temperaturata i toplinata kako oddelni koncepti i dava na~ini kako da se

definira temperaturata i nejzinata merna skala. Temperaturata go odreduva

pravecot na protok na toplinata, a spored me\unaroden dogovor (konvencija)

prifateno e deka toplinata protekuva od potoplite kon poladnite predmeti.

Prvi~nite termometri ne ja merele vistinskata termodinami~ka

temperatura bidej]i bile bazirani na empiriska skala. Dolgi godini gasniot

termometar bil edinstveniot na~in da se odredi termodinami~kata

temperatura no ovie termometri bile vremenski spori, bez pogolema to~nost i

neprakti~ni za koristewe za pove]eto nau~ni i industriski potrebi. Od druga

strana pak, termometrite bazirani na otporot na platinata bile relativno

ednostavni za koristewe i imale pogolema preciznost od termodinami~kite

termometri. Tie moàt da se koristat za da se definira prakti~na

temperaturna skala so pogolema preciznost od onaa koja moè da se postigne so

termodinami~kata temperaturna skala.

Me\unarodnata temperaturna skala

(ITS - International temperature scale) e

definirana so me\unaroden dogovor i

taa e mo[ne bliska aproksimacija na

termodinami~kata skala. ITS e

bazirana na termometrija na otporot

na platinata vo opsegot od 14K do

1235K. Drugi termometri kako [to se

gasniot i radijaciskiot se koristat vo

drugi temperaturni opsezi.

Na slika 4 e prikaàno kako e

konstruirana ovaa skala.

slika 4



2.1 Vidovi termi~ki setila

Termi~kite setila se nameneti za merewe razli~ni golemini povrzani

so toplinata, kako [to se temperatura, toplinski potok (fluks) i toplinski

kapacitet. Temperaturata se smeta za najosnovna promenliva golemina i

ovozmoùva merewe na toplinskata energija odnosno toplinata na telata, a

moè isto taka da se povrze i so ostanatite termi~ki golemini.

Koli~estvoto toplina Q [J] vo edno telo e proporcionalno na negovata

apsolutna temperatura T [K] i se pretstavuva so izrazot (1):

TcmQ ⋅⋅= [J] ................................................. (1)

Vo ovoj izraz konstantata na proporcionalnost m·c e toplinskiot

kapacitet na teloto, pri [to m [kg] e masa a c [J/kg·K] e toplinskiot kapacitet

za edinica masa ili specifi~en toplinski kapacitet, [to pretstavuva

osnovna osobina na materijalite. Specifi~niot toplinski kapacitet na

edno telo e merka za negovata sposobnost da skladira toplinska energija i e

analogna na kapacitetot kaj elektri~nite kondenzatori koi moàt da

skladiraat elektrostatska energija.

Temperaturata e verojatno najva`niot procesen parametar. Taa e va`na

vo golem broj hemiski i fizi~ki procesi zaradi [to e potrebno da se meri,

kompenzira ili kontrolira na soodveten na~in. Golem broj industriski

procesi vklu~itelno od leeweto metali vo topilnicite pa sè do izrabotkata

na mikrokomponenti, iziskuvaat merewe na temperaturata. Osven kako

direktno meren parametar vo industrijata, doma]instvoto, medicinata i

ìvotnata sredina, temperaturata isto taka se koristi i kako sekundarna

merna promenliva kaj nekoi netermi~ki setila (pr. gasni i mehani~ki setila).

Temperaturnite setila isto taka se koristat i za da se kompenziraat

gre[kite nastanati od temperaturnite varijacii na nekoi komponenti ili

instrumenti, ili da formiraat del od nekoe upravuva~ko kolo (pr. termostat).

Po definicija, termi~kite setila se delat na kontaktni i

beskontaktni. Kaj prvite, setilniot element go dopira toplinskiot izvor pri

[to toplinskiot signal so kondukcija se prenesuva od toplinskiot izvor kon

setilniot element koj potoa generira elektri~en signal ili modulira daden

elektri~en signal.



Na slika 5 e prikaàna blok-[ema na koja moè da se vidi kako se

podeleni termi~kite setila. Kako [to moè da se vidi od slikata,

mnozinstvoto od setilata se modulaciski. Isklu~ok se setilata so termalen

[um i termoparovite setila koi generiraat EMS niz spojot na dva razli~ni

metali koi se nao\aat na razli~na temperatura.

Pove]eto od termosprovodlivite setila, kako [to se termodiodite i

termotranzistorite, moàt da se klasificiraat kako mikrosetila.

slika 5

Kontaktnite setila pokrivaat dosta [irok opseg na temperaturi (od 1,5

do 2.700 [K]), dodeka pak beskontaktnite piroelektri~ni zra~ni setila moàt

da merat temperaturi i do 5.000 [K].



Beskontaktnite termi~ki setila spa\aat vo grupata zra~ni setila i

rabotat na principot na detekcija na elektromagnetnite branovi koi se

emituvani od toplinskiot izvor. Imeno, elektromagnetnoto zra~ewe vo

su[tina e potok (fluks) od elektromagnetni ,,~esti~ki” ili kvanti energija

koi imaat nula masa na miruvawe. Ovie ,,~esti~ki” se vsu[nost

elektromagnetni branovi koi patuvaat so brzinata na svetlinata vo vakuum Vc

(~300.000 km/s) i imaat energija ER ekvivalentna na nivnata frekfencija f

(odnosno branova dolìna λ), [to se pretstavuva so izrazot (2):

λ

cR

VhfhE ⋅=⋅= ...................................................... (2)

Vo ovoj izraz h e Plankova konstanta koja ima vrednost h=6,623·10-34 [J·s].

So pomo[ na beskontaktnite setila vsu[nost dale~inski se detektira

emisijata na elektromagnetno zra~ewe. Na primer, infracrvenoto zra~ewe se

protega vo oblasta na branovi dolìni od 0,75 [µm] do okolu 1.000 [µm], a vo

elektromagnetnata skala istoto leì vo oblasta pome\u vidlivata svetlina i

regionot na mikrobranovite. Od fizika e poznato deka site tela so

temperatura nad apsolutnata nula emitiraat elektromagnetno zra~ewe od

oblasta na infracrveniot spektar odnosno emitiraat toplinsko zra~ewe.

Poznavaweto na ovaa osobina na telata ovozmoìlo da se razvijat metodi za

merewe i sledewe na nivnata temperatura, a razvojot na tehnologijata

ovozmoìl komercijalna dostapnost na soodvetnite uredi i aparatura. Denes

se dostapni pove]e razli~ni tehnologii so ~ija pomo[ e mo`no beskontaktno

merewe na temperaturata, pri [to samata tehnika na beskontaktno merewe na

temperaturata na telata se narekuva infracrvena termometrija.

slika 6

otkritie na svetlinskiot spektar slika 7

termi~ki svojstva na svetlinata



3. INFRACRVENA TERMOMETRIJA

Beskontaktnite temperaturni setila ja merat infracrvenata (IC)

energija koja metata (teloto) ja zra~i. Tie imaat brz odyiv i naj~esto se

koristat za merewe podvi`ni ili prekinlivi meti, meti vo vakuum i meti koi

se nepristapni zaradi opasnata sredina, fizi~ka nedostapnost ili od

bezbednosni pri~ini. Tro[ocite za primena na ovaa tehnologija se relativno

visoki, no vo nekoi slu~ai ovie tro[oci se sporedlivi duri i so tro[ocite na

kontaktnite termometriski uredi.

Infracrvenoto zra~ewe e otkrieno vo 1666 godina od strana na Isak

Witn (Isaac Newton) pri disperzija na belata dnevna svetlina niz opti~ka

prizma (slika 6). Vo 1800 godina Vilijam Her[el (William Herschel) go napravil

sledniot ~ekor vo istraùvawata, so uspehot pri mereweto na relativnata

energija na sekoja boja od disperziranata bela svetlina (slika 7). Pri ovie

merewa toj otkril postoewe na energija i von granicite na vidlivata svetlina.

Vo ranite godini na 1900, u~enite Plank, {tefan, Bolcman, Vin i Kirhof ja

dodefinirale rabotata za elektromagnetniot spektar i razvile

kvantitativni podatoci i ravenki za definirawe na infracrvenata energija,

[to ovozmoìlo da se definira infracrvenata energija koristej]i gi

osnovnite krivi na zra~eweto na crno telo (slika 8). Od krivite moè da se

vidi deka site tela na temperatura pogolema

od -273OC zra~at energija ~ie koli~estvo e

proporcionalno na ~etvrtiot stepen od

nivnata temperatura. Ova matemati~ki se

pretstavuva preku izrazot (3):

4TQ ⋅= σ ......................... (3)

Kako [to moè da se vidi od krivite

koi ja prikaùvaat distribucijata na

emituvanata energija od crno telo pri

temperaturen opseg od 300°C do 650°C,

dominantno e zra~eweto vo infracrveniot

region od 0,5-14 [µm], daleku zad zra~eweto

na vidlivoto podra~je. slika 8



Konceptot na zra~eweto na crnoto telo e su[tina na infracrvenata

termometrija. Terminot emisivnost isto taka se pojavuva kako promenliva

veli~ina vo osnovnite zakoni na fizikata. Emisivnosta e merka na odnosot na

termi~koto zra~ewe emitirano od sivo telo (ne-crno telo) vo odnos na crno

telo, pri ista temperatura. Pritoa, pod sivo telo se podrazbira objekt koj ima

ista spektralna emisivnost pri sekoja branova dolìna (ne-sivo telo e objekt

~ija emisivnost se menuva so branovata dolìna, kako na primer kaj stakloto).

slika 9: zavisnost na emisivnosta (ε) od branovata dolìna (λ)

Vo praktika, ~esti se gre[kite povrzani so emisivnosta na telata ~ija

temperatura treba da se izmeri, pa zaradi toa potrebno e da se vnimava na

slednite fakti:

• infracrvenite setila ne raspoznavaat boi tuku go ,,gledaat” samo

infracrvenoto zra~ewe koe se emituva od metata (predmetot);

• ako metata e vizuelno reflektivna (kako ogledalo) mora da se vnimava

deka pri mereweto osven emituvanoto toplinsko zra~ewe ]e se meri i

reflektiranoto zra~ewe od okolinata;

• ako metata e proyirna, potrebno e da se koristi infracrveno filtrirawe

(na primer stakloto e proyirno pri branova dolìna od 5 [µm];

• devet od vkupno deset aplikacii ne iziskuvaat merewe na apsolutnata

temperatura.

Sepak, iako vo nekoi aplikacii povr[inata koja se meri e sjajna,

sovremenite infracrveni termometri ovozmoùvaat ra~no ili avtomatsko

nagoduvawe na emisivnosta za da se korigira gre[kata zaradi istata.



slika 10: kompleksnost na zra~eweto

Vo slu~aite kade[to

emisivnosta varira, re[enie

se nao\a vo koristewe oprema

so dvojna radiometrija ili

radiometrija so pove]e

branovi dolìni.

No i pokraj mo`nostite

za nagoduvawe na emisivnosta

koja ja dava sovremenata

oprema, postojano mora da se

vnimava i na slednoto:

• metata mora da bide opti~ki (infracrveno-opti~ki) vidliva za

infracrveniot termometar (visokite nivoa na pra[ina ili ~ad go pravat

mereweto pomalku to~no);

• opti~kiot del na setiloto mora da bide za[titen od pra[ina i

kondenzira~ki te~nosti;

• so IC termometri moàt da se merat samo povr[inski temperaturi.

3.1 Opis i princip na rabota na IC sistemi za merewe temperatura

453¡ SP1 EMS

Staklo i optika

Objekt na mereweto (predmet)

Ozra~je (ambient) Ekran, displej ili nekoja

druga izlezna edinica (na pr. pe~ata~) t.e. analogni i/ili digitalni izlezni signali

IC setilo

Apsorbirana IC energija IC zra~ewe

Elektronika

S T

slika 11: delovi na eden voobi~aen sistem za beskontaktno merewe tempratura



slika 12

IC termometarot moè da se sporedi so ~ovekovoto oko. Le]ata vo

okoto ja pretstavuva optikata preku koja zra~eweto (potokot od fotoni) od

predmetot koj se meri, doa\a do foto~uvstvitelniot sloj na setiloto (retina)

preku ambientalnata sredina. Tuka zra~eweto se pretvora vo elektri~en

signal koj se ispra]a do procesnata elektronika (mozokot). Ovoj sistem na

protok na signalite e pretstaven na slika 11.

Sekoja forma na materija so temperatura T nad apsolutnata nula,

emituva IC zra~ewe soodvetno na negovata temperatura, koe se narekuva

karakteristi~no zra~ewe. Pri~ina za ova e vnatre[noto mehani~ko dvièwe

na molekulite vo materijata. Intenzitetot na ova dvièwe zavisi od

temperaturata na materijata. Bidej]i dvièweto na molekulite pretstavuva

pomestuvawe na polneì, istoto rezultira so emituvawe na elektromagnetno

zra~ewe (fotonski ,,~esti~ki”). Ovie fotoni se dviàt so brzinata na

svetlinata i se povinuvaat na poznatite opti~ki zakoni; moàt da se

prekr[uvaat, da se fokusiraat so pomo[ na le]i ili da se reflektiraat od

refleksivni povr[ini. Spektarot na ova zra~ewe se protega vo granicite na

branovi dolìni od 0,7 µm do 1.000 µm, zaradi [to istoto ne moè da se vidi so

golo oko. Na slika 12 e pretstaven elektromagnetniot i IC spektar koj se

koristi pri beskontaktno

merewe temperatura.

Sli~no kako [to

be[e prikaàno na slika 8,

na slika 13 e prikaàno

zra~eweto na apsolutno

crno telo za pogolem opseg

na temperaturi.

Od slika 13 se gleda

deka telata zagreani na

povisoki temperaturi

sèu[te emituvaat malo

koli~estvo vidlivo

zra~ewe.



slika 13

zra~ewe na crno telo vo zavisnost od temperaturata

slika 14 relativna gustina na emituvanata

mo]nost na zra~eweto na crno telo

Ova e pri~inata zo[to moè da se zabeleì deka objektite zagreani na

mnogu visoki temperaturi (nad 600°C) sjaat vo boite od crveno do belo. Golem

broj rabotnici so golemo rabotno iskustvo moàt da ja odredat temperaturata

na predmetite vo zavisnost od bojata koja tie ja zra~at.

Sepak, nevidliviot del od spektarot sodrì i do 100.000 pati pogolema

energija, pa tehnologijata na IC merewe temperaturi se bazira na ovoj fakt.

Od slika 13 moè isto taka da se vidi i toa deka zra~niot maksimum se

pomestuva kon pomali branovi dolìni so porastot na temperaturata na

telata, kako i toa deka krivite na zra~ewe ne se preklopuvaat pri razli~nite

temperaturi. Izra~enata energija vo celoto branovo podra~je (oblasta pod

sekoja kriva) raste so ~etvrtiot stepen na temperaturata, kako [to pogore

be[e prikaàno so izrazot (3). Ovie odnosi bile zabeleàni vo 1879 godina

nezavisno od strana na nau~nicite Joèf {tefan (Jožef Štefan) i Bolcman

(Boltzmann), a istite nedvosmisleno pokaùvaat deka temperaturata moè da se

meri od zra~eweto na telata.

Nabquduvaj]i ja slika 13, celta e da se postavi IC termometarot na

naj[irokiot moèn opseg na IC zra~ewe za da moè da se opfati [to e mo`no

pogolemo koli~estvo energija izra~ena od objektot na mereweto (soglasno na

oblasta pod krivata na zra~ewe). Sepak postojat slu~ai koga ova ne e sekoga[

prednost. Na primer, od slika 13 moè da se zabeleì deka intenzitetot na

zra~eweto pri 2 µm raste pove]e so porastot na temperaturata, otkolku [to e

toa slu~aj pri 10 µm. Kolku e pogolema ovaa razlika na zra~eweto pri



soodvetna razlika na temperaturite, tolku e poto~na rabotata na IC

termometarot. Soodvetno na pomestuvaweto na zra~niot maksimum kon

pomalite branovi dolìni so zgolemuvaweto na temperaturata (Vinov /Wien/

zakon za pomestuvawe), opsegot na branovi dolìni se odnesuva vo soglasnost

so opsegot na merni temperaturi na pirometarot. Pri niski temperaturi, IC

termometarot koj raboti pri 2 µm ]e prestane potpolno da ,,gleda“ ili ]e

,,gleda“ mnogu slabo pri temperaturi pod 600°C bidej]i vo ova podra~je ima

mnogu malku zra~na energija. Od ovie pri~ini postojat uredi so drugi opsezi

na branovi dolìni koi[to moàt da se nagodat spored t.n. [ablon na

emisivnost na nekoi materijali poznati kako ne-sivi tela (staklo, metali i

plasti~ni filmovi). Slikata 13 go prikaùva zra~eweto na t.n. ,,crno telo“,

no mnogu tela zra~at mnogu pomalku energija pri isti temperaturi. Odnosot

pome\u vistinskata zra~na mo]nost na teloto i onaa na crnoto telo se

narekuva koeficient na emisivnost (ε) i se dviì vo granicite od 1 (za

idealno crno telo) do 0. Telata so emisivnost pomala od 1 se narekuvaat sivi

tela, a telata ~ija emisivnost e zavisna od temperaturata i branovata

dolìna se narekuvaat ne-sivi tela.

Sumata na zra~eweto e sostavena od apsorpcija (A), refleksija (R) i

transmisija (T) i e ednakva na edinica, [to se pretstavuva so izrazot (4):

A + R + T = 1.................................................... (4)

U[te pove]e, IC termometarot go prima i zra~eweto koe poteknuva i

od okolnite predmeti a koe e reflektirano od predmetot ~ija temperatura se

meri. Cvrstite tela nemaat transmisija na zra~eweto vo infracrveniot opseg

(T=0), dodeka pak idealnoto crnoto telo nema refleksija na zra~eweto (R=0)

pa negovata emisivnost e (E=1).

Mnogu nemetalni materijali kako [to se drvoto, plastikata, gumata,

organskite materijali, kamenot ili betonot imaat povr[ini koi

reflektiraat mnogu malku pa zaradi toa imaat visoka emisivnost koja se

dviì vo granicite pome\u 0,8 i 0,95. Sprotivno na ova, metalite, osobeno onie

koi imaat sjajna ili polirana povr[ina, imaat emisivnost okolu 0,1.

Sovremenite IC termometri nudat mo`nost da go kompenziraat ova so

ponuda na razli~ni opcii za nagoduvawe na faktorot na emisivnost.



Postojat razli~ni metodi za odreduvawe na emisivnosta na materijalite.

Vistinskata vrednost na emisivnosta se odreduva preku soodvetna postapka vo

specijalizirani laboratorii, no mo`no e da posluàt i soodvetni tabeli vo koi

moàt da se najdat vrednostite na emisivnosta na naj~esto koristenite materijali.

Ovie tabeli moàt da pomognat da se najde i vistinskiot opseg na branovi dolìni

za daden materijal, a soglasno na toa i soodvetniot meren ured. Vo slu~ajot so

metalite, vrednostite od ovie tabeli treba da se zemaat samo za orientaciona

namena bidej]i uslovite na povr[inata na metalot (polirana, oksidirana ili

izvalkana) moè da vlijae na emisivnosta pove]e otkolku samite materijali.

Vo slednata tabela se pomesteni karakteristi~nite vrednosti na

emisivnosta na nekolku razli~ni materijali, a vo prilog na ovoj trud se nao\a

poop[irna tabela so vrednosti na emisivnosta na pogolem broj materijali. Mora

da se naglasi deka vrednostite vo tabelata se pribli`ni na vistinskite, a na niv

moè da vlijae bilo koj od slednite parametri:

1. temperatura;

2. agol na mereweto;

3. geometrija (ramna, konkavna, konveksna itn.);

4. debelina;

5. kvalitet na povr[inata (polirana, gruba, oksidirana, peskarena);

6. spektralna oblast na mereweto;

7. proyirnost (na primer tenok film plastika).

Vo sekoe upatstvo koe se ispora~uva so IC termometrite se nao\aat detalni

tabeli so to~ni vrednosti na emisivnosta i vo istite se detalno opi[ani na~inite na

merewe na nepoznatite koeficienti na emisivnost za sekoj materijal posebno.

tabela 2: vrednosti na (λ, ε) za nekolku razli~ni materijali

materijal branova dolìna λ [µm] pri

visoki - sredni - niski temperaturi

koeficijent na emisivnost ε

(pribli`na vrednost)

Metali: a) aluminium b) bakar v) èlezo g) ~elik

0,8 – 1 – 1,6 – 2,2 – 3,9

0,8 – 3,9 0,8 – 3,9 0,8 – 3,9

0,30 0,95 0,70 0,80



materijal branova dolìna λ [µm] pri

visoki - sredni - niski temperaturi

koeficijent na emisivnost ε

(pribli`na vrednost)

Plastika: a) PE, PP, najlon, polistiren b) poliester, poliuretan, teflon FEP, poliamid v) tenki plasti~ni filmovi (0,4 mm)

3,43 7,9

8 – 14

0,95 0,95 0,95

Staklo: a) temperatura na povr[ina b) temperatura pod povr[inata

5 – 8 – 14

1,0 – 2,2 – 3,9

0,85 0,85

Razni materijali (temperaturno podra~je: -30 ÷ +900°C) asfalt, hrana, meso, mleko, hartija, obleka, beton, mraz, zemja (tlo), ...

8 – 14

0,95

Za kraj na ovoj opis za principot na rabota na IC termometrite, na

slika 14 se pretstaveni komponentite od koi e so~inet eden IC pirometar.

Nakuso, vleznite zraci koi poteknuvaat od teloto ~ija temperatura se meri,

preku sistem od opti~ki elementi se vodat kon nekolku zasebni elektronski

sklopovi i po obrabotkata vo vgradeniot elektronski sistem, so pomo[ na

soodvetni prikazni elementi (cifreni indikatori, displej, ekran i sli~no) se

prikaùva vo oblik razbirliv za ~ovekot (broj~an ili slikovit prikaz).

slika 14: komponenti na IC pirometar (opis vo to~ka 6 od ovoj trud)



3.2 Ra~ni (prenosni) pirometri

Ra~nite (prenosni) infracrveni pirometri ovozmoùvaat merewe

temperaturi od -30ºC do 3000ºC, no samo vo edna to~ka. Tie se edni od najdobrite

re[enija koi se nudat na svetskiot pazar za kontrola na temperaturata,

zemaj]i ja predvid nivnata visoka to~nost, kompaktna i robusna izvedba,

ednostavnosta na koristewe i niskata cena. Vo slu~aite kade[to e nevozmo`no

da se obezbedi direkten kontakt so objektot ~ija temperatura se meri

(podvièn objekt, objekt pod visok napon, objekt nedostapen od bilo koi

pri~ini, kako i tamu kade[to prenosot na toplina kon setiloto e lo[),

pirometrite se idealno a ~esto pati i edinstveno re[enie. Na slika 15 se

prikaàni nekolku razli~ni vidovi ra~ni (prenosni) pirometri od pove]e

proizvoditeli i so razli~ni karakteristiki (opseg na merni temperaturi,

primenlivost i sli~no).

Raytek 3i Fluke 62 AMIR 7811

slika 14: nekolku razli~ni vidovi ra~ni (prenosni) pirometri 3.3 Termoviziski kameri

Do ne taka odamna, tehnologijata na termi~ki sliki i termoviziskite

kameri se koristea samo vo voeni celi vo armiite na ponaprednite zemji ili vo

vselenskite istraùvawa kade cenata na poseduvawe odreden ured voop[to ne e

faktor na odluka za nabavka. So razvojot na tehnikata i drasti~niot pad na

cenite, ovaa tehnologija stana komercijalno dostapna i za industriski celi i

sè pomasovno zema zamav vo koristeweto za odrùvawe na postrojkite i

ma[inite. Ednostavni za koristewe i prakti~ni vo svojata namena,

termoviziskite kameri mu ovozmoùvaat na korisnikot instant-pogled vrz

temperaturnata raspredelba na predmetot na posmatrawe. Vgradeniot ekran vo

boja so rezolucija do 320x160 to~ki i fleksibilniot pointer ovozmoùvaat vo



sekoe vreme da se prikaè temperaturata vo sekoja to~ka od nabquduvanata

slika. Termoviziskite kameri ovozmoùvaat za[teda na vreme pri

odrùvaweto zaradi mo`nosta za slikovit prikaz na temperaturnata

raspredelba na objektot na posmatrawe, namesto poedine~noto merewe na

temperaturata vo poedini to~ki i pravewe temperaturna mapa, kako [to toa se

pravi so ra~nite pirometri. U[te pove]e, termoviziskite kameri imaat

mo`nost za fotografirawe na tekovnite sliki i ednostavno povrzuvawe so PC

zaradi obrabotka na istite vo softverski paketi so ednostavna upotreba.

Na slednite nekolku sliki se pretstaveni nekolku razli~ni vidovi

termoviziski kameri i prikaz na nekolku termi~ki sliki dobieni so istite.

FLUKE Ti 45 FLUKE Ti 20 GuidIR

slika 15: nekolku razli~ni vidovi termoviziski kameri

slika 16: prikaz na nekolku termi~ki sliki dobieni so termoviziski kameri



3.4 Stacionarni beskontaktni pirometri

Ovaa grupa pirometri e nameneta za primena vo te[ki uslovi na rabota

koi iziskuvaat brzo i to~no merewe, izdr`livost na mernata oprema i

kvalitet na mereweto. Vakvite integrirani merni sistemi vo sebe

kombiniraat golem broj razli~ni karakteristiki kako [to se:

- napredna elektrooptika i vgradena digitalna elektronika;

- vgradeni displei, interfejsi i paneli;

- istovremeni analogni i digitalni izlezni signali i relejni izlezi;

- inteligentna dvonaso~na digitalna komunikacija;

- robusno ku]i[te;

- visoka to~nost i [iroko temperaturno merno podra~je;

- vreme na odyiv pomalo od 1ms;

- opti~ka rezolucija polema od 300:1;

- promenliv fokus, menlivi le]i, lasersko beleèwe na metata i sl.;

- softverska poddr[ka za (samo)kalibrirawe;

- softverska poddr[ka za dale~insko upravuvawe so sistemot,

kontrola na procesot na merewe i pribirawe na mernite podatoci.

Mo`nostite za primena na ovie temperaturni merila se navistina

golemi, a posebno se prepora~uvaat vo slednite industrii:

- proizvodstvo, obrabotka i zagrevawe na metali, metalni delovi, ...;

- èlezarnici, visoki pe~ki (topilnici), livnici i sli~no;

- staklarska industrija;

- proizvodstvo na metalni vodovi i sprovodnici;

- proizvodstvo na polusprovodnici i opti~ki vlakna; itn.

Karakteristi~en tehni~ki podatok na stacionarnite pirometri e t.n.

opti~ka rezolucija; taa e odnos pome\u oddale~enosta na IC detektorot od

predmetot ~ija temperatura se meri (D), i pre~nikot na mernata damka (krugot)

od koja[to se zema informacijata za temperaturata (S). Kolku e toj odnos

pogolem, tolku e uredot pokvaliteten (pokvalitetna optika). Na primer, ako e

D:S=300:1, toga[ takvoto merilo na oddale~enost od 300cm od setiloto sobira

informacija za temperaturata od kru`na povr[ina so pre~nik od samo 1cm!



Nekolku tipovi stacionarni pirometri, od proizvodnata programa na

proizvoditelot Raytek, se prikaàni na slika 17.

slika 17: razli~ni vidovi stacionarni pirometri

Ilustrativen primer za primena na stacionarnite pirometri e daden na

slika 18, kade[to pirometrite nao\aat primena vo eden sistem za indukciono

zagrevawe. Od istata moè da se vidi ednostavnosta na merniot sistem koj

sodrì samo nekolku sostavni elementi: pirometri, PC i soodveten softver.

slika 18: izgled na eden meren sistem (pr. pri indukciono zagrevawe)



Zaradi za[tita na vgradenata elektronika, pri te[ki uslovi vo

okolinata vo koja raboti pirometarot, istiot treba da bide za[titen od

visoki temperaturi, pra[ina, vlaga i sli~no. Zaradi toa, se primenuva

specijalno za[titno ku]i[te t.n. Thermojacket. Na prednata strana na

ku]i[teto se montira za[titno staklo koe ja [titi pirometarskata optika, a

na edna od stranite (zavisno od izvedbata na za[titnoto ku]i[te) ima

mo`nost za priklu~uvawe na nadvore[en sistem za dovod na vozduh i/ili voda.

Vozduhot se vnesuva pod odreden pritisok i sluì za bri[ewe na pra[inata

nafatena na za[titnoto staklo, dodeka pak vodata se koristi za ladewe na

ku]i[teto od visokite okolni temperaturi i vospostavuvawe na stabilen

ambient vo svojata vnatre[nost za normalna rabota na zasolnetiot pirometar.

slika 19

za[titno ku]i[te Thermojacket slika 20

softver za obrabotka na signalite

slika 21

primena na pirometri vo valavnica slika 22

primena na pirometri vo learnica

Na slikite 21 i 22 e prikaàna primenata na stacionarnite pirometri

vo èlezarskata industrija (pri postapkata na valawe limovi i pri izlevawe).



slika 23

4. MEREWE TEMPERATURA NA MATERIJALITE

4.1 Merewe temperatura na metali

Emisivnosta na metalite zavisi od branovata dolìna i od

temperaturata. Bidej]i metalite naj~esto imaat refleksivna povr[ina, tie

imaat niska emisivnost [to moè da predizvika pogre[ni merni rezultati.

Vo takvite slu~ai va`no e da se izbere pirometar koj go meri IC zra~eweto

pri to~na branova dolìna i vo to~en temperaturen opseg vo koj metalot ima

najvisoka mo`na emisivnost.

Kaj mnogu metali mernata gre[ka stanuva pogolema so branovata

dolìna, [to zna~i deka pri mereweto treba da se koristi najkusata branova

dolìna. Na slika 23 e prikaàna zavisnosta na gre[kata pri beskontaktno

merewe na temperaturata preku

soodveten izbor na branovoto

podra~je na IC detektorot i

o~ekuvanata temperatura na

objektot ~ija temperatura se meri.

Kako [to se gleda od slikata,

gre[kata vo procenkata na

koeficientot na emisivnost moè

da dostigne i do 10%.

Optimalnata branova dolìna za visoki temperaturi, vo slu~ajot so

metalite, e okolu 0,8 ÷ 1 [µm], na granicata do vidlivoto podra~je. Branovite

dolìni od 1,6; 2,2 i 3,9 [µm] isto taka vleguvaat vo optek na povolni.

Visoka to~nost pri mereweto moè da se postigne so koristewe na t.n.

pirometri so soodnos (ratio pyrometers) ili poinaku poznati i kako dvobojni

pirometri. Tie se koristat vo slu~aite koga mereweto se vr[i vo relativno

[irok opseg na temperaturi (na primer vo procesi na zagrevawe) i koga

emisivnosta se menuva so temperaturata. Imeno, ovie pirometri nao\aat

[iroka primena vo aplikacii kade[to ima ~ad, magli ili pra[ina vo

atmosferata, mala ili promenliva emisivnost na metata, kaj meti koi se

pomali od vidnoto pole, za objekti koi se dviàt itn. Na slika 24 e prikaàn

ilustrativen primer za edna vakva aplikacija (toplotna indukcija).



Na slika 25 e prikaàna gre[kata pri ot~ituvawe vo sporedba so

za[tedata na energija, pri merewe na temperaturata so dvoboen pirometar.

slika 24 slika 25 4.2 Merewe temperatura na plastika

Proyirnosta (transmitansata) na plastikata e proporcionalna so

nejzinata debelina i varira so promenata na branovata dolìna. Tenkite

materijali se poproyirni od podebelite materijali. So cel da se postigne

optimalno merewe na temperaturata va`no e da se izbere branova dolìna pri

koja proyirnosta (transmitansata) e pribli`no nula. Nekoi vidovi plastika

(PE, PP, najlon i polistirol) se neproyirni pri 3,43 µm; drugi (poliester,

poliuretan, teflon FEP i poliamid) pri 7,9 µm. Za debelini >0,4 mm i silno

oboeni filmovi, potrebno e da se izbere branova dolìna vo opseg 0,8 ÷ 14 µm.

slika 26: zavisnost na proyirnosta od branovata dolìna kaj poliesterot



slika 27: zavisnost na proyirnosta od branovata dolìna kaj polietilenot

Na slikite 26 i 27 grafi~ki e prikaàna spektralnata zavisnost na

proyirnosta (transmitansata) od branovata dolìna kaj plasti~ni filmovi od

poliester i polietilen. Kako [to moè da se vidi od slikite, nezavisno od

debelinata, polietilenot e skoro neproyiren pri branova dolìna od 3,43 µm,

a poliesterot e potpolno neproyiren pri branova dolìna od 7,9 µm.

4.3 Merewe temperatura na staklo

Pri merewe temperatura na staklo so IC termometar, predvid mora da

se zemat i reflektansata i proyirnosta (transmitansata) na stakloto. So

vnimatelen izbor na branovata dolìna vozmo`no e da se meri temperaturata

i na povr[inata i vo dlabo~inata na stakloto.

Pri merewe temperaturi pod povr[inata, potrebno e da se koristat

setila so branova dolìna 1,0; 2,2 ili 3,9 [µm]. Za merewe povr[inski

temperaturi se prepora~uvaat setila so branova dolìna od 5 µm. Pri niski

temperaturi, potrebno e da se koristat setila so branova dolìna 8,14 µm i

emisivnost podesena na 0,85, zaradi kompenzacija na reflektansata. Bidej]i

stakloto e lo[ sprovodnik na toplina i rapidno ja menuva povr[inskata

temperatura, potrebna e upotreba na uredi so kratok vremenski odyiv.

slika 28: spektralni zavisnosti kaj stakloto



5. AMBIENTALNI USLOVI PRI MEREWETO

Edna od pri~inite zo[to e potrebno da se setira pirometarot na samo

eden spektralen opseg, e transmisionoto odnesuvawe na prenosnata pateka,

[to voobi~aeno e ambientalniot vozduh. Odredeni sostavki na atmosferata,

kako [to se na primer isparuvawata i jaglerod dioksidot, go apsorbiraat IC

zra~eweto od odredena branova dolìna [to rezultira so zagubi vo prenosot.

Ako apsorpcioniot medium ne se zeme predvid, toa moè da dovede do prikaz na

poniska temperatura od vistinskata temperatura na metata. Za sre]a, vo IC

spektarot postojat ,,procepi” koi ne gi sodràt ovie apsorpcioni podra~ja. Na

slika 29 e prikaàna transmisionata kriva na 1m dolìnski vozduh. Tipi~ni

merni ,,procepi” kaj vozduhot se 1,1 µm; 1,7 µm; 2,25 µm; 3,5 µm i 8,14 µm.

Bidej]i proizvoditelite na IC temperaturni mera~i gi opremuvaat svoite

uredi so atmosferski korekcioni filtri, krajnite korisnici nemaat potreba

od dopolnitelni nagoduvawa na opremata.

slika 29: transmitansa na 1m dolìnski vozduh, pri t=32OC i RH=75%

Toplinskoto zra~ewe na okolinata koja ja opkruùva metata, isto taka

treba da se zeme predvid. Na primer, povisokite temperaturi na yidovite na

pe~kata moàt da dovedat do gre[ki pri mereweto na temperaturata na

metalnite par~iwa vo vnatre[nosta na samata pe~ka. Vakviot moèn efekt na

ambientalnata temperatura se zema predvid kaj site proizvoditeli na IC

merna instrumentacija, so vgraduvawe na soodvetni uredi za kompenzacija.

Druga mo`nost na gre[ka, dokolku ne se zeme predvid ambientalnoto zra~ewe,

e prikaùvaweto na previsoka temperatura na metata.



slika 30

Zatoa to~no setiranata

emisivnost, dopolneta so avtomatska

kompenzacija na ambientalnata

temperatura od vtoro temperaturno

setilo, obezbeduva krajno to~ni

rezultati vo mereweto. Na slika 30 e

slikovito prikaàno vlijanieto na

ambientalnoto zra~ewe vrz mereweto.

Pra[inata, ~adot i raspra[enata materija vo atmosferata moàt da

rezultiraat so kontaminacija na mernata optika, a so toa i do pogre[ni merni

rezultati. So cel da se izvr[i prevencija na taloèwe na ovoj raspra[en

materijal, so mernata oprema se nudi i pribor (dodatoci) za vozdu[no

bri[ewe (vozdu[no duvawe). Toa se naj~esto konekcii na koi se povrzuva

instalacija so komprimiran vozduh. Vozduhot ovozmoùva natpritisok pred

mernata optika, [to onevozmoùva kontaminacija na istata. Dokolku za vreme

na mereweto se sozdavaat golemi koli~estva pra[ina ili ~ad koi vlijaat na

mereweto, toga[ treba da se koristat dvobojni pirometri.

IC setilata se elektronski uredi i istite moàt da rabotat vo

opredeleni rabotni temperaturni opsezi. Nekoi setila imaat mo`nost da

rabotat duri i do temperaturi od 85OC. Nad ovie dozvoleni rabotni

temperaturi, mora da se koristi pribor za vozdu[no ili vodeno ladewe, a

neophodna e i primena na specijalni svrzni kabli nameneti za aplikacii so

visoki temperaturi. Pri koristewe na opcijata so vodeno ladewe, ~esto pati e

korisno da se instalira i pribor za vozdu[na instalacija (vozdu[no duvawe)

za da se spre~i sozdavawe kondenzacija na optikata.

Vo tabela 3 e nakuso daden zbir na realnite problemi koi moàt da

nastanat vo praktika i nivnite mo`ni re[enija za ispravno sostavuvawe

sistem za merewe na temperaturata.



tabela 3: faktori na okolinata i prakti~ni re[enija na istite

FAKTORI RE{ENIJA

Ambientalnoto zra~ewe e potoplo od metata

• Setilo so kompenzacija na ambientalnoto zra~ewe;

• Zatskrivawe na pozadinata na metata.

Pra[ina, isparuvawa, ~esti~ki vo atmosferata

• Pribor za vozdu[no bri[ewe na le]ata; • Dvoboen pirometar.

Aplikacii so visoki temperaturi

• Termi~ki izoliran meren sklop; • Vodeno ili vozdu[no ladewe; • Pribor za vozdu[no bri[ewe na le]ata; • Temperaturna za[tita.

6. MERNA OPTIKA

Opti~kiot sistem na IC termometarot ja sobira IC energijata

emituvana od to~no definirana kru`na merna damka i istata ja fokusira na

detektorot (slika 14). Metata mora potpolno da ja ispolni ovaa damka, bidej]i

vo sprotivno IC termometarot ]e go ,,gleda” i temperaturnoto zra~ewe od

pozadinata, a toa ]e ja napravi neto~na merenata vrednost (slika 31). Isklu~ok

na ova pravilo ima dokolku mereweto se vr[i so dvoboen pirometar, kako [to

be[e objasneto vo to~ka 4.1.

slika 31

Pogore, vo to~ka 3.4 be[e definirana opti~kata rezolucija kako odnos

(D:S) pome\u rastojanieto (D) na merniot ured od metata ~ija temperatura se

meri, i pre~nikot na mernata damka (S) od koja[to se zema informacijata za

temperaturata. Kolku e toj odnos pogolem, tolku e opti~kata rezolucija



podobra i merniot ured e pokvaliteten, a metata moè da bide pomala za dadeno

rastojanie. Kako ilustracija, na slika 32 e prikaàn dijagramot na eden IC

ured, od kade moè da se vidi deka pri rastojanie od 130 mm, mernata damka ima

pre~nik od 33 mm, [to dava opti~ka rezolucija so odnos od okolu 4:1.

slika 32

Vo pogled na izvedbata, optikata moè da bide izrabotena so ogledala

ili so le]i. Le]ite moàt da se koristat samo za odredeni opsezi na branovi

dolìni zaradi sopstvenite opsezi na branovi dolìni na materijalite od koi

tie se izrabotuvaat. Me\utoa i pokraj ovoj fakt, tie se pretpo~itaat za

primena zaradi prednostite vo poednostavnoto dizajnirawe na opremata.

Na slika 33 se prikaàni dijagramite na zavisnost na transmitansata od

branovata dolìna, za nekoi tipi~ni materijali za izrabotka na merna optika.

slika 33: proyirnost (transmitansa) za nekoi materijali (debelina 1mm)

1. opti~ko staklo 4. KRS-5 7. silicium 2. kalcium fluorid (CaF) 5. kvarcno staklo 8. litium fluorid (LiF) 3. cink selenid (ZnSe) 6. germanium 9. kalcogenidno staklo IG-2



slika 34

êsto pati, proizvoditelite

na pirometri gi opremuvaat svoite

uredi so teleskopski ili laserski

dodatoci (vgradeni vo vnatre[nosta

ili pricvrsteni na ku]i[teto na

samite pirometri). Laserskiot zrak

mu ovozmoùva na korisnikot da ja naceli mernata damka pobrzo i poprecizno.

Ovie dodatoci se osobeno korisni za celewe na mernoto mesto kaj podvi`ni

objekti i vo lo[i svetlosni uslovi.

7. DETEKTORI

Detektorot e srceto na IC pirometarot. Toj go pretvora IC zra~eweto

vo elektri~ni signali koi potoa vo elektronskiot sistem se obrabotuvaat

kako temperaturni vrednosti. Paralelno so padot na cenite na IC

termometrite, sovremeniot razvoj vo procesorskata tehnologija ja podobri

stabilnosta na sistemite, doverlivosta, rezolucijata i brzinata na odyiv.

Infracrvenite detektori se delat na dve glavni grupi: kvantni

detektori i termalni detektori.

Kvantnite detektori (fotodiodi) imaat direktna interakcija so

fotonite, [to rezultira so sozdavawe parovi elektroni a so toa i elektri~en

signal. Termalnite detektori ja menuvaat nivnata temperatura zavisno od

vlijanieto na temperaturata. Imeno, temperaturnite promeni sozdavaat

napon, sli~no kako kaj termoparovite. Termalnite detektori se mnogu pospori

od kvantnite detektori, kako rezultat na potrebnoto sopstveno zagrevawe (vo

ovoj slu~aj terminot mnogu pospori zna~i [mS] vo sporedba so [nS] ili duri [fS]

kaj ponovite detektori).



slika 35

8. DISPLEI I INTERFEJSI

Interfejsite i raspoloìvite vidovi merni displei se va`ni za

korisnikot. Nekoi pirometri, osobeno prira~nite, imaat displej i kontrolen

panel so direkten pristap i istite moàt

da se tretiraat kako primaren izlez na

pirometarot. Vgradenite analogni ili

digitalni izlezi moàt da posluàt za

upravuvawe so dodatni displei vo

merniot sistem ili da se upotrebat za

regulacioni procesi. Isto taka, mo`no e

i direktno priklu~uvawe na data-logeri,

pe~ata~i i personalni kompjuteri so

soodveten softver (slika 35).

Sistemite za industriski proizvodni linii stanuvaat u[te pozna~ajni

vo praktikata. Tie mu ovozmoùvaat na korisnikot pogolema fleksibilnost

vo raboteweto. Na primer, korisnikot moè da gi setira IC setilata

dale~inski od upravuva~kata soba bez pritoa da treba da go prekinuva

proizvodniot proces. Isto taka, mo`no e da se menuvaat i parametrite na

sistemot vo slu~ai koga na ista proizvodna linija se rabotat razli~ni

proizvodi. Bez mo`nosta za vakvi dale~inski opcii za setirawe, bilo kakva

promena na parametrite na setilata (emisivnost, meren opseg ili grani~ni

vrednosti), bi morala da se pravi ra~no kaj samite setila. Bidej]i setilata

naj~esto se montirani na te[ko dostapni mesta, inteligencijata vgradena vo

setilata obezbeduva kontinuiran monitoring i upravuvawe so procesot so

minimalna ekipiranost na personal. Dokolku se slu~i defekt (previsoka

ambientalna temperatura, prekinato napojuvawe, otkaz na nekoja komponenta),

avtomatski ]e se pojavi poraka za gre[ka.

Sovremenite digitalni merni sistemi ovozmoùvaat i vmreùvawe na

pove]e merni setila vo eden sistem (obi~no do 32). Vo edna takva mreà, sekoe

setilo e adresabilno, a samata instalacija drasti~no se poevtinuva. Dodatna

pridobivka na pirometrite so digitalen interfejs e mo`nosta za kalibracija

koristej]i softver [to vo komplet se ispora~uva od proizvoditelot.



slika 36 slika 37

slika 38 slika 39

Na slikite 36 i 37 e pomesten printscreen od softverot Raytek DataTemp

Multidrop prezemen od eden ìv proizvodstven proces.

Na slikite 38 i 39 se pretstaveni LCD i LED displei koi moàt da se

koristat kako izlezni edinici.

9. SPECIJALNI PIROMETRI

9.1 Fiberopti~ki pirometri

Pirometrite so fiberoptika (slika 40) se koristat za aplikacii kade

egzistiraat silni elektri~ni i magnetni interferencii. Fiberoptikata

ovozmoùva postavuvawe na ~uvstvitelnite elektronski sistemi von zonata na

opasnost. Kako tipi~ni primeri za vakvi aplikacii se indukcionoto

zagrevawe i indukcionoto zavaruvawe. Bidej]i samata fiberoptika ne sodrì

elektronski komponenti, rabotnata temperatura moè zna~itelno da se

zgolemi bez potreba od ladewe. Standardnata rabotna temperatura na ovaa

oprema e 200OC, so najvisoka mo`na rabotna temperatura i do 300OC.



slika 40

Kaj sovremenite uredi, mo`na e

zamena na optikata i fiberopti~kiot

kabel bez dodatna prekalibracija.

Karakteristi~no e deka ovoj tip

pirometri se proizveduvaat za branovi

dolìni od 1 µm i 1,6 µm i za rabotni

temperaturi do 250OC.

9.2 Dvobojni pirometri

Ovie pirometri se isto taka poznati i kako pirometri so soodnos (ratio

pyrometers) ili pirometri so dvojna branova dolìna (dual wavelength

pyrometers). Tie imaat dva opti~ki i elektri~ni merni kanali koi se identi~ni

po struktura. Obata opsezi na branovi dolìni se postaveni [to e mo`no

poblisku eden do drug i setirani na mnogu tesen band, taka [to efektot na

specifi~nite zna~ajki na materijalot (reflektansa, emisivnost) od metata e

blisko-identi~na na obete branovi dolìni. So pomo[ na matemati~ka

presmetka na soodnosot, moàt da se eliminiraat odredeni vlijanija vo

mereweto. Imeno, ako za prviot kanal na pirometarot ja ozna~ime branovata

dolìna λ1 a za vtoriot kanal branovata dolìna λ2, toga[ se dobiva slednata

ravenka za izmerenata temperatura Tizm (spored literaturata 4):

1

2

122

21 ln)(

11εε

λλλλ

⋅−⋅

⋅+=

cTT metaizm

....................................... (5)

Dokolku emisivnosta na dvata kanali e ista, toga[ delot od izrazot (5)

posle znakot plus stanuva nula, a izmerenata temperatura soodvetstvuva na

temperaturata na metata Tmeta. Konstantata c2 [µm·K] e vtorata radijaciona

konstanta.

Istiot izraz moè da se primeni i vo slu~aj na povr[ina A na metata:

1

2

122

21 ln)(

11AA

cTT metaizm

⋅−⋅

⋅+=

λλλλ

....................................... (6)

Vo ovoj slu~aj povr[inite A2 i A1 ]e bidat identi~ni za obata kanali,

[to zna~i deka povtorno izostanuva delot od izrazot (6) posle znakot plus.

Ova zna~i deka mereweto e nezavisno od goleminata na metata. U[te pove]e,



zra~eweto koe stignuva od objektot do pirometarot stanuva proporcionalno

reducirano ne samo koga postoi mala merna povr[ina tuku i koga pirometarot

uspeva samo nakratko ,,da ja vidi” metata. So ova svojstvo na aparaturata,

moàt da se merat i temperaturite na metite koi se vo vidnoto pole na

pirometarot pokuso od vremeto na odyiv na samiot pirometar.

slika 41 dvoboen pirometar tip Raytek MR

slika 42 dvoboen pirometar tip LAND

Promenite na karakteristikite na proyirnosta (transmitansata) vo

mernata pateka se eliminiraat na ist na~in. Imeno, uredite moàt da se

koristat na mesta kade[to postoi ~ad ili pra[ina, ili bilo kakov drug

faktor na interferencija koj go reducira zra~eweto od metata. Nekoi od

sovremenite merni uredi imaat i vgraden sklop vo svojata optika koj go meri

slabeeweto na dojdovniot signal. Ovoj dodaten sklop moè da isprati alarmen

signal pri odredeno nivo na kontaminacija na opremata (optikata) so [to ]e

se aktivira sistemot za vozdu[no bri[ewe (vozdu[no duvawe). Vo nekoi

aplikacii kade[to prirodata na samata tehnologija zna~i postoewe na

odredena gustina na ~esti~ki okolu metata, dvobojniot pirometar so vgraden

sklop za opti~ko slabeewe moè da ovozmoì i dopolnitelni informacii.

10. PRAKTI^NA APLIKACIJA

Pri izrabotkata na ovoj trud be[e iskoristen i momentot koga vo

proizvodnite pogoni na Makstil A.D. - Skopje be[e izvr[ena prakti~na

demonstracija so instalacija na beskontaktni pirometri od proizvodnata

programa na firmata Raytek (Germanija). Pritoa bea potencirani nekoi mo`ni

primeni na ovaa oprema na nekolku razli~ni lokacii na proizvodnite linii

na Makstil, dodeka prakti~nata demonstracija be[e izvr[ena vo pogonot

êli~arnica pri aktivna rabota na proizvodnata linija.



Celta na demonstracijata be[e da se pokaè rabotata na pirometrite i

prikaànite rezultati za izmerenite temperaturi da se sporedat so

potrebnite temperaturi za proizvodniot proces. So toa tehnolozite vo

Makstil direktno moèa da ja sledat ispravnosta na tehnologijata na valawe

na limovite, a demonstracijata dokaà deka e neophodno instalirawe na ovoj

tip oprema zaradi kontinuirano sledewe na tehnolo[kiot proces.

Na slednite nekolku sliki se pomesteni odredeni momenti od

prakti~nata demonstracija na ovaa oprema vo Makstil A.D.

slika 43 slika 44 Makstil A.D. - Skopje, linija za valawe vo pogon êli~arnica

slika 45 slika 46

Makstil A.D. - Skopje, pogled kon vè[teniot slab podgotven za valawe



11. ZAKLUÔK

Temperaturata e naj~esto merena fizi~ka golemina, vedna[ po vremeto.

Taa igra va`na uloga kako indikator na sostojbata na proizvodot ili par~eto

ma[inerija vo proizvodstvoto i vo odrùvaweto. Monitoringot na

temperaturata go zgolemuva kvalitetot na proizvodstvoto i ja podobruva

produktivnosta.

Infracrvenata tehnologija ne e nov fenomen; taa uspe[no se koristi so

decenii vo industrijata i vo naukata. Me\utoa nekolku inovacii vo ovaa

tehnologija dovedoa do drasti~en pad na cenite, a toa dovede do [iroka

komercijalna dostapnost na IC tehnologijata, namaluvawe na gabaritot na

uredite, nivna golema doverlivost itn. Site ovie faktori pomognaa IC

tehnologijata da stane pole na interes za novi vidovi aplikacii i korisnici.

Koi se prednostite na beskontaktnoto merewe na temperaturata?

1. Toa e brzo (vo opsegot na mS), za[teduva vreme, a so toa ovozmoùva

izvr[uvawe na pove]e merewa i akumulacija na podatoci;

2. Go olesnuva mereweto na temperaturata na podvi`ni meti;

3. Merewa moàt da se izvedat na fizi~ki nedostapni ili opasni mesta

(visokonaponski delovi, golemi merni rastojanija i sli~no);

4. Mereweto na visoki temperaturi (nad 1300OC) ne pretstavuva problem. Vo

sli~ni situacii kontaktnite termometri se neupotreblivi ili imaat

ograni~en raboten vek;

5. Nema pre~ki vo mereweto i nema zaguba na energija od metata. Na primer, vo

slu~aj na slab sprovodnik na toplina kako [to se drvoto ili plastikata,

merewata se ekstremno to~ni bez izobli~uvawe na mernite vrednosti, vo

sporedba so kontaktnite termometri;

6. Ne postoi rizik od kontaminacija ili mehani~ki efekt na povr[inata na

merniot objekt. Lakiranite povr[ini, na primer, ne se grebat, a moàt da se

merat i meki povr[ini.

Od ovde moè da se izvle~e zaklu~ok deka se brojni prednostite na

beskontaktnoto nad kontaktnoto (klasi~no) merewe na temperaturata,

osobeno tamu kade [to predmetite se dviàt, premnogu se è[ki i/ili se

nepristapni. Beskontaktnite mera~i na temperatura (IC toplomeri,



termometri, pirometri) so svojata podvi`nost, ednostavnost na upotreba,

stanuvaat nezamenlivi kaj tretiraweto predmeti od plastika, staklo, vo

procesite na pe~atewe, obrabotka na metali, izrabotka i primena na

polusprovodni~ki elementi, grade`ni materijali, prehranbenata industrija,

kako i vo preventivnoto nabquduvawe i odrùvawe (na primer vo

elektroinstalaciite, toplovodite itn.) i sè pove]e ja zamenuvaat skapata

termovizija. Mereweto na temperaturata so beskontaktni termometri go ~ini

mereweto bezopasno, bezbedno i sigurno za samite operatori bidej]i ne e

neophodno pribliùvawe do opasnite objekti koi zra~at toplina. Osven toa,

samiot proces ~ija temperatura se kontrolira vo poedini to~ki, ne mora da se

prekinuva (na primer pri kontrolata na temperaturata vo poedini to~ki na

edna VN transformatorska postrojka, istata ne e potrebno da se isklu~uva). I

kone~no ona [to e moèbi najva`no, brzinata na mereweto kaj beskontaktnoto

merewe na temperaturata e zna~itelno pogolema otkolku vo slu~aj so

kontaktnoto merewe. Pritoa povtorlivosta i doverlivosta na mereweto

sigurno se na strana na IC termometrite bidej]i setiloto (IC detektorot) i

samiot predmet na mereweto ne doa\aat vo fizi~ki kontakt, a so toa mo`nosta

za obostrano negativno vlijanie e zanemarena. IC pirometrite nemaat

potro[ni delovi kako kaj kontaktnite pirometri vo livnicite, [to ukaùva

na dolgove~nost na beskontaktnite mera~i na temperatura.

Maksimalnata univerzalnost na ovie merni uredi mu ovozmoùvaat na

sekoj rakuva~, serviser, inèner i tehni~ar brzo, to~no i sigurno merewe (i

dokumentirawe) na temperaturata na dale~ina. Izraboteni vo soglasnost so

site svetski standardi, ovie uredi se idnite garanti za kvalitetot vo

proizvodstvoto, odrùvaweto, kontrolata na toplinskite instalacii i

procesi. Primenata na ednostavni Windows orientirani programski paketi i

instaliranite RS-232, RS-485 ili USB porti ovozmoùvaat lesna i brza

akvizicija na podatocite od merewata, dale~insko upravuvawe, sobirawe na

podatoci (data logging), dale~insko setirawe na parametrite, ednostavna

dijagnostika, mo`nost za izrabotka na atestna dokumentacija i stru~ni

izve[tai itn. Ako kon ova se dodadat i integriranite analogni i digitalni

izlezi koi ovozmoùvaat i upravuvawe so procesi vo koi temperaturata e

vaèn parametar, toga[ korisnikot ima potpolna kontrola na svojot proces.



12. LITERATURA

1. Petre Risteski dipl.el.in`., Najnovi tehnologii vo elektroenergetikata,

diplomska rabota, Skopje, 2003

2. Klaus-Dieter Gruner, Principles of Non-Contact Temperature Measurement, Raytek,

Germany

3. Dr. Željko Novinc, dipl.ing.el., Beskontaktno mjerenje temperature i termovizija u

industriji, skripta, Elektrotehničko društvo, Zagreb

4. Wolfe, Zissis, The Infrared Handbook, Washington DC: Office of Naval Research,

Department of the Navy, 1978

5. Principles of infrared thermometry, Sensors Magazine

6. Prezentacija Raytek – Ircon, Sarajevo, 2008

7. Demonstracija na Raytek pirometri vo Makstil A.D.- Skopje, maj 2008

8. Katalozi na proizvoditelite Raytek, FLUKE, Ahlborn, Ircon, Land, GuideIR

9. Internet stranici so adresa:

• http://www.raytek.com

• http://www.fluke.com

• http://www.land.com

• http://www.ircon.com

• http://www.ahlborn.com

• http://www.guide-infrared.com


Documents

Setila i preobrazuvaci - infracrvena termometrija Сетила и преобразувачи...pretstavuva fizi~ka ili hemiska golemina koja treba da se izmeri (na primer pritisok,