Обзор инфракрасного термометра (пирометра) GM1150

Инфракрасные термометры (или по другому пирометры) предназначены для измерения температуры бесконтактным способом. Принцип действия пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта в инфракрасном диапазоне. Англоязычное написание: pyrometer, infrared thermometer.
Объектами измерения пирометра могут быть как твердые предметы, так и сыпучие, а также жидкости. Применение пирометров возможно не только в промышленности, но и в радиолюбительской практике, а также быту. 

Перечислим лишь некоторые из задач, где может пригодится пирометр:

• измерение нагрева корпусов микросхем, транзисторов, теплоотводов, трансформаторов;
• определение места перегревания выключателей, контакторов и пускателей;
• определение местонахождения перегрева подшипников;
• определение места проводки, скруток и соединений;
• проверка оконных и дверных рам на предмет утечки тепла;
• выявление горячих и холодных труб;
• проверка потерь тепла через изоляцию, обнаружение плохой изоляции в стенах зданий;
• определение температуры пищи

Пирометры незаменимы там, где необходимо измерить уровень температуры в труднодоступном или опасном месте, на движущемся объекте. Еще одним достоинством бесконтактного способа измерения температуры является то, что пирометр не вступает в непосредственный контакт с измеряемым объектом, и в следствии этого отсутствует влияние измерителя на температурное поле нагретого тела. Ну и конечно же немаловажным фактором является скорость измерения температуры - не более 1-2 секунд.

Основные параметры пирометров

Одной из основных характеристик бытовых пирометров является диапазон измеряемых температур. Даже недорогие пирометры способны измерять в диапазоне от -50 до 1000 градусов С, что позволяет перекрыть самый широкий спектр задач.

Немаловажным параметром является точность измерения. Как правило, в Китайских пирометрах среднего ценового диапазона (продающихся на AliExpress, DealExtreme, TinyDeal и др. площадках) точность составляет 1ºC. При чем точность может зависеть от диапазона, скажем в диапазоне 0...1000 градусов точность будет 1.5ºC, а в отрицательном диапазоне -50...0 точность будет уже ниже: 3ºC.
Хочу обратить особое внимание, что некоторые путают точность (accuracy) с разрешением (resolution). Нечестные продавцы таким образом также могут ввести покупателя в заблуждение, сделав в описании акцент на разрешении 0.1ºC, и при этом где-нибудь маленьким шрифтом упомянуть точность в 5%. Поэтому при покупке пирометра следует различать и не путать эти две характеристики.

Время измерения - в целом все пирометры достаточно быстродейственны и измеряют температуру за 0.5-1 сек.

Возможность настройки коэффициента излучения EMS (Emissivity). Материалы с разной структурой поверхности имеют разные способности излучать и поглощать энергию. А т.к. пирометр измеряет температуру бесконтактным способом, то к примеру для отражающих материалов - алюминий, золото, вольфрам, металл, способность отражения будет 70-80%, а для бумаги, воды, кирпича 10-20%. Коэффициент излучения определяется отношением энергии, излучаемой объектом при заданной температуре к энергии, испускаемой абсолютным излучателем при той же температуре. Коэффициенты излучения колеблются в пределах от 0.1 до 1.0. И если в приобретаемом пирометре нед возможности подстройки EMS, то для отражающих материалов температура будет сильно отличаться от реальной. В интернете существуют специальные таблицы коэффициентов излучения для основных материалов.

Немаловажной характеристикой всех инфракрасных измерителей температуры является  оптическое разрешение (более корректное название: показатель визирования). В англ. варианте называется FOV - Field of Vision или distance-to-spot ratio (D:S ratio). Бывает 12:1, 16:1, 20:1 и т.д. При увеличении расстояния до объекта измерения (D) диаметр пятна (S), на площади которого прибор измеряет температуру, становится больше. Зависимость диаметра пятна от расстояния до объекта для прибора показана на следующем рисунке:

Т.е. чем больше величина показателя визирования, тем уже пятно. Как правило, рисунок с значениями D:S указывается на корпусе пирометра. Пирометры с большей величиной показателя визирования стоят дороже. Пирометр с показателем визирования 20:1, при прочих равных  будет существенно дороже чем пирометр с величиной 10:1.

С параметрами разобрались, идем далее...

Некоторые люди путают пирометры с тепловизорами. Это 2 совершенно разных класса устройств, хотя оба в той или иной степени предназначены для анализа данных о температуре объекта. Тепловизор используется для измерения и отображения распределения температуры на исследуемой поверхности объекта. Т.е. он позволяет визуализировать картину теплового излучения наблюдаемого объекта.

Если в пирометре для снятия показания температуры с объекта используется лишь один ИК датчик, то в тепловизорах это целая матрица датчиков чувствительных к инфракрасному излучению. Плюс сложная конструкция линзы, электроника для обработки сигналов с датчиков в реальном времени и устройство отображения.

Самые известные фирмы на рынке тепловизоров: Flir и Fluke. Стоимость тепловизоров как правило начинается от 1000$. Хотя относительно недавно появилась недорогая модель Flir One - приставка к IPhone, которая стоит около 400$. А также Seek Thermal стоимостью 200$, с вариантами и для iPhone и для Android.
Если не стоит задача визуализировать температуру движущихся объектов, или объектов у которых быстро меняется температура поверхности, то можно сделать сканирующий тепловизор своими руками, на основе веб-камеры, датчика MLX90614, платы Arduino и пары серво. Подключение к ПК или ноутбуку для обработки и отображения. Обработка данных происходит при помощи кросплатформенного программного обеспечения написанного на Java. Обойдется такой DIY-вариант весьма недорого - стоимость комплектующих в районе 100$. Статья: сканирующий тепловизор своими руками

Найти пирометры к примеру на площадке AliExpress можно в разделе "Temperature Instruments". Небольшая таблица популярных моделей инфракрасных термометров:

Точность в 3°C - при отрицательном значении температур. А 1.5°C - при положительном

В данном обзоре мы рассмотрим пирометр GM1150. Это достаточно популярная модель. Хотя и не самая дешевая. Отличается тем, что имеет показатель визирования 20:1, ну и конечно же увеличенный диапазон рабочих температур. Хотя максимальный потолок 1150°C, не всем нужен в быту.

Характеристики модели GM1150

Как правило, пирометры "GM" выпускаются под брендом "Benetech". У некоторых продавцов в описании товара можно найти картинки с отличием оригинала от подделки (да-да! Китайцы тоже подделывают Китайцев!). Хотя скорее всего они ничем существенным не различаются, качество скорее всего будет и там и там одинаково средним.

Датчик для измерения температуры и лазерный целеуказатель как правило у пирометров разделены. На фото выше то, что находится выше представляет собой лазерный целеуказатель, а ниже находится сенсор для измерения температуры. При наведении пирометра на измеряемый объект следует учитывать расстояние между ними, т.к. как правило сенсор будет "смотреть" на 2-4 см ниже отметки лазерного указателя. А еще лучше, предварительно потестировать на трубах отопления или других подходящих объектах, чтобы выявить точное место куда смотрит сенсор относительно точки целеуказателя. К примеру в моем экземпляре сенсор смотрел не только ниже, но и левее на 3-4 см.

Назначение кнопок управления интуитивно понятно, и стандартны для этого типа устройств. Есть инструкция с описанием назначения кнопок, а также множество мануалов в интернете. Хотя лично мне это ничего не понадобилось, взяв в руки первый раз этот прибор я разобрался со всеми функциями сразу же.

Пирометр эргономически достаточно удобен и хорошо лежит в руке. Снизу есть закладная с резьбой позволяющая закрепить прибор на штативе. Хотя ось измерения при этом будет смотреть под углом вверх, а не строго горизонтально. В батарейном отсеке есть переключатель градусов: Фаренгейт - Цельсия.

При практическом использовании пирометр показал достаточно хорошую точность измерения температуры. Показания сравнивались с контактным датчиком на основе DS18B20, а также с ручным цифровым термометром на основе термопары. Единственное уточнение - что показания температуры на отражающих поверхностях (сталь, алюминий и т.д.) скачут до 20%. Зависит это от угла, под которым производится измерения.

Насколько такой прибор может быть полезен радиолюбителю? Давайте поставим задачу измерить нагрев SMD-транзистора на плате. Возьмем пирометр модели GM330 с D:S ratio 12:1 и посчитаем диаметр пятна на расстоянии 100мм. Диаметр будет 100/12 = 8.3мм. Т.е. под измерение попадет не только сам транзистор, но и плата, а может быть и близлежащие компоненты. У пирометра с показателем визирования 20:1 ситуация будет чуть получше: 100/20 = 5мм, но как видно для SMD это все равно недостаточно. Если взять пирометр 50:1, то диаметр пятна составит 2мм, но и стоимость такого прибора будет составлять почти 100$. Прибавьте еще сюда тот фактор, что нужно в уме постоянно корректировать точку лазерного указателя и реальное расположение пятна измерения.

Давайте разберем пирометр и посмотрим на его начинку.

Накладка на LCD-экран снимается достаточно легко. Также как и накладка сенсора и целеуказателя.

На фото выше видно, что модуль лазерного целеуказателя просто вставлен в пластиковую накладку. Причем посадочное отверстие в пластике не сильно длинное. Соответственно никакой сверхточности там не может быть. Из-за этого он и косит влево. С другой стороны есть поле для деятельности и можно самому отцентрировать и настроить как нужно.

Сердцем пирометра является микроконтроллер C8051F310 компании Silicon Labs, в основе которого как видно из названия лежит ядро 8051. Даташит (PDF)

Дополнение 01.11.2017

Через три года использования обнаружился следующий "косяк" - при длительном измерении температуры (к примеру 2-3 минуты и более) пирометр начинает занижать температуру, видимо из-за внутреннего нагрева датчика. К примеру при включении пирометра точка А показывала 20 градусов, после этого измеряем другие точки 1 мин и более и возвращаемся вновь к точке А, а она уже показывает 18 градусов. И чем больше измеряем, тем больше разница с первоначальным измерением. По видимому в приборе отсутствует компенсация нагрева датчика. К сожалению не знаю, то ли эта проблема сразу была, то ли появилась со временем, поэтому когда покупаете подобный прибор- хорошо погоняйте его в режиме непрерывных измерений и потом сравните с первоначальной точкой с известной температурой.

В видео вы можете посмотреть на пирометр в работе.

Теги:

• Термометр
• Обзор