Введение
В промышленной диагностике часто путают пирометры и ИК-камеры (тепловизоры). Оба устройства работают с инфракрасным излучением, но решают разные задачи и предъявляют разные требования к установке, калибровке и т.д. Ниже — техническое сравнение, с акцентом на точность, диапазоны, скорость, оптику и типичные применения.
Термины и диапазоны
- Пирометр (инфракрасный термометр): бесконтактно измеряет температуру в точке (пятну) по ик-излучению объекта
- ИК-камера (тепловизор): формирует изображение (термограмму) — массив пикселей, каждый с температурной оценкой (если камера радиометрическая).
· Узкополосный NIR/SWIR (≈0.8–2.5 μm): высокотемпературные процессы (металлы, стекло).
· MWIR (≈3–5 μm) и LWIR (≈8–14 μm): средние/низкие температуры, материалы с высоким коэффициентом излучения.
· Двухспектральный (двухцветный) пирометр: два близких узких канала → компенсируют неизвестный коэффициент излучения/загрязнение смотрового окна/частичное перекрытие пятна.
· MWIR и LWIR — основные диапазоны для камер.
· NIR/SWIR-камеры чаще используются для отражательной визуализации/материаловедения, но могут применяться и для пирометрии в узких полосах при высоких T.
Физика измерений (кратко)
Любое дистанционное измерение температуры опирается на излучательную способность объекта измерения (коэффициент излучения, ε), спектральный диапазон приемника излучения, оптический путь и калибровку по модели черного тела. Ошибка складывается из:
- неопределённости ε и отражённых фонов,
- пропускания атмосферы/отражений/фильтра,
- калибровочной погрешности,
- геометрии пятна/пикселя и фокуса,
- атмосферных явлений
- Окружающей среды (температуры влажности и т.д.)
Сильные и слабые стороны
Пирометр
Плюсы:
- Высокая точность и быстрое время отклика (обычно в мсек) по одной точке (пятну),
- Узкополосные/двухцветные модели устойчивы к изменению коэффициента излучения,
- Максимально измеряемая температура: до 3000 градусов для некоторых моделей,
- Простой монтаж, небольшой трафик данных.
Минусы:
- Измерение в точке (пятне) требует точного наведения
- Для сложных применений требуется сканер или много датчиков.
- Нужны знания по ε/окнам/фону; иногда — матирование поверхности.
ИК-камера (тепловизор)
Плюсы:
- Широкое поле зрения позволяет строить температурное изображение объекта
- Диагностика сложных объектов: неравномерность, теплопотери, мостики холода, локальные дефекты.
- Наглядная отчётность: термограммы, регистрация данных, аннотации и т.д.
Минусы:
- Чаще более низкая скорость работы/дольше интеграция; дороже при высокой точности.
- Коэффициенты излучения и отражения влияют на каждый пиксель;
- Большие данные/экспорт/ПО; калибровка и поверка сложнее.
Ключевые параметры для выбора
| Параметр |
Пирометр |
ИК-камера (тепловизор) |
| Тип данных |
Одна точка (пятно) |
2D-карта (термограмма) |
| Скорость |
Очень высокая (мсек), некоторые модели - микросекунды |
От десятков мсек до сотен мсек/ккадр |
| Точность |
Высокая при корректной модели ε/окне/калибровке |
Сопоставима, но чувствительна к ε/фону для каждого пикселя |
| Диапазон T |
NIR/SWIR — высокие T; MWIR/LWIR — средние/низкие |
Обычно MWIR/LWIR (широкий охват) |
| Оптика |
Отношение расстояние:пятно (D:S), визир/лазер |
FOV, IFOV (угл. размер пикселя), фокус |
| Интеграция |
Проста в ПИД/ПЛК |
Лучше для диагностики/аудита/отчётности |
| Стоимость |
Дешевле чем ИК-камера |
Дороже, но даёт полноту картины |
|
|
|
Позволяет измерять в нескольких точках одним прибором |
Чек-лист
- Цель: нужны числа по одной критичной зоне (контроль процесса) или поиск/картирование дефектов?
- Материалы, применение:
- Оптика и геометрия:
- Коэффициент излучения и фон:
- Окна/фильтры/среда:
- Калибровка и поверка:
· Контур/быстрая обратная связь → пирометр.
· Обследование/аудит/диагностика → ИК-камера.
· металлы/стекло/другие высокотемпературные процессы, яркое излучение → NIR/SWIR пирометр, лучше двухцветный, SWIR камера
· строительные конструкции, электроника, кожухи → LWIR-камера.
· окрашенные/матовые поверхности → часто MWIR (пирометр или камера).
· Для пирометра: D:S, размер пятна < размера цели, стабильная наводка.
· Для камеры: FOV/IFOV, рабочая дистанция, фокус, минимальный обнаружимый размер дефекта.
· Неизвестный/плавающий ε, блеск → двухспектральный пирометр или подготовка поверхности (краска/лента).
· Для камер — корректная установка ε/фоновой T для области интереса ROI, избегание отражений.
· Подбирайте материал окна под спектр (например, германий для LWIR, кварц/сапфир для MWIR, CaF₂/Si для SWIR).
· Учитывайте дым/пар/пыль и пропускание атмосферы.
· Ежегодная поверка при помощи эталалонной модели черного тела
Типовые сценарии
- Промышленный процесс-контроль (пайка, сварка, прокат): быстрый отклик, маленькая зона → NIR/SWIR двухцветный пирометр.
- Энергоаудит, строительная диагностика (утечки/изоляция/мостики холода): требуется карта → LWIR-камера.
- Электрика/подшипники/моторы/трансформаторы: поиск локальных перегревов → ИК-камера; точечная верификация уставок → пирометр.
- Стекольное производство/металлургия: высокая T, яркое излучение → SWIR пирометр/камера с узкополосными фильтрами. двухспектральный пирометр.
- Медицинская термография: распределение температуры → LWIR-камера (с оговорками по диагностике).
Частые ошибки и как их избежать
- Игнорирование коэффициента излучения: настройте ε по материалу/покрытию; для материалов с неизвестным/меняющимся коэффициентом излучения применяйте двухспектральный пирометр.
- Неверная геометрия: у пирометров пятно на расстояний и при изменений угла зрения может быть больше ожидаемого; у камер IFOV «съедает» мелкие дефекты.
- Материалы смотровых окон: учитывайте спектр камеры и пирометра при подборе смотрового окна. Окно должно пропускать излучение в соответствующем спектре.
- Расчёты ИК-камеры/измерение односпектральным пирометром: требует корректного коэффициента излучения, фоновой температуры, расстояния, учета пропускания материала окна.