Бесконтактное измерение температуры в промышленности: как выбрать технологию и оборудование

Автор: Дмитрий Слесарев Время прочтения: 13 мин.

Во многих производственных процессах объект нагревается до температур, при которых стандартные термопары выходят из строя. Заготовки движутся с высокой скоростью, поверхности находятся под напряжением, окружающая атмосфера может включать пары реагентов. В таких ситуациях важна возможность измерять температуру дистанционно, без риска повреждения оборудования или вмешательства в технологический цикл.

Бесконтактное измерение температуры — это способ получения температурных данных без физического соприкосновения с объектом. Метод основан на анализе инфракрасного излучения, которое любое тело передает в окружающее пространство. Для промышленных условий такой подход стал ключевым инструментом контроля, поскольку контактные датчики далеко не всегда могут работать в нужном диапазоне или выдерживать воздействие среды.

Бесконтактные приборы дают быстрый результат, обеспечивают неразрушающий контроль, позволяют фиксировать тепловые аномалии и отслеживать динамику различных процессов в реальном времени. В статье разбираем:

• бесконтактную технологию измерения,
• виды и особенности приборов с этим принципом действия,
• критерии выбора таких решений для промышленности.

Она позволит определиться, какой тип прибора подойдет для применения в вашей отрасли, познакомиться с конкретными решениями и не ошибиться с технологией.

Как работает бесконтактное измерение температуры?

Любой объект с температурой выше абсолютного нуля испускает инфракрасное излучение. Его интенсивность и распределение по спектру меняются с ростом нагрева: чем горячее тело, тем сильнее поток излучения и тем короче длина волны максимума.

Именно на этом основаны законы Стефана–Больцмана и Вина, которые описывают связь температуры с характеристиками излучения. В промышленных приборах эти зависимости используются для вычисления температуры поверхности по измеренному сигналу.

Важное значение имеет коэффициент излучения — свойство материала отражать или поглощать тепловой поток. Сталь, керамика и стекло имеют разные значения эмиссии, которые заметно влияют на итоговое измерение. На результат также воздействуют цвет покрытия, степень окисления, шероховатость и даже наличие окалины. Прибор, настроенный под объект с неправильным коэффициентом, покажет заниженную или завышенную температуру, поэтому настройка всегда проводится с учетом материала и условий работы.

Основные технологии бесконтактного измерения

1. Инфракрасные пирометры

Пирометр инфракрасный является прибором, который оценивает температуру по уровню инфракрасного излучения. В промышленности применяются:

• яркостные модели — фиксируют излучение отдельных участков спектра;
• радиационные — оценивают общий поток;
• спектральные — используют два диапазона (работа по принципу двух спектральных каналов) для повышения точности на сложных поверхностях.

Промышленные пирометры работают в широком температурном диапазоне — от минимальных отрицательных значений до максимальных +3000 °C. Расстояние до объекта определяется оптическим разрешением D:S: чем выше параметр, тем меньше размер измеряемого пятна на большой дистанции.
Использование лазерного прицела облегчает точное наведение на измеряемую область.

2. Тепловизионные системы

Тепловизор для контроля оборудования формирует тепловое изображение — карту распределения температуры по площади. Такие системы помогают отслеживать зоны перегрева, выявлять дефекты изоляции, определять тепловые аномалии в двигателях, подшипниках, трансформаторах. Приборы подходят для диагностики сложных установок, где важно видеть всю картину, а не одну измерительную точку.

3. Сканирующие ИК-системы

Эти системы работают в режиме непрерывного обзора широкой полосы. Они применяются на конвейерах, прокатных линиях, участках формования стекла и керамических изделий. Сканирование позволяет создать температурный профиль объекта в движении, контролировать равномерность нагрева и фиксировать дефекты процесса в потоке.

4. Инфракрасные бесконтактные датчики

Бесконтактный контроль температуры на производстве ориентирован на процессы, где требуется множество точечных измерений и простая интеграция. Этим требованиям отвечают инфракрасные бесконтактные датчики. Они измеряют температуру поверхности по интенсивности инфракрасного излучения и формируют стандартный выходной сигнал для передачи данных в АСУ ТП. Благодаря этому они напрямую интегрируются в системы управления, регистраторы и средства визуализации без дополнительной обработки измерительной информации.

Линейки инфракрасных бесконтактных датчиков включают широкий набор модификаций, отличающихся диапазоном измеряемых температур, временем отклика, оптическим разрешением, спектральным диапазоном и исполнением корпуса. В рамках одной серии могут быть доступны варианты для низких и высоких температур, быстропротекающих процессов, работы на различном расстоянии до объекта или в сложных условиях эксплуатации.

В отличие от ручных пирометров и тепловизоров такие устройства ориентированы на стационарную установку и непрерывную работу в составе технологического оборудования. Ниже в статье приведен пример одного из инфракрасных бесконтактных датчиков, представленных в каталоге, — для наглядного пояснения конструкции и принципа работы. При необходимости наши инженеры помогут подобрать конфигурацию под параметры конкретного технологического процесса, включая температурный диапазон, скорость измерения, оптические характеристики и условия установки.

Инфракрасные бесконтактные датчики температуры на примере Dobeny

ИК-измерение температуры в агрессивных средах можно проводить с помощью приборов производителя Dobeny серии IRT. Компактные ИК-приборы выполнены в различных типах корпусов из нержавеющей стали диаметром от 14 до 18 мм и длиной от 28мм до 145 мм. Конструкция обеспечивает защиту сенсора от внешних воздействий. Настраиваемый коэффициент излучения упрощает подбор: датчики легко подстраиваются под определенные условия работы и сохраняют стабильность показаний долгое время.

Принцип работы Dobeny IRT

1. Нагретый объект излучает энергию в ИК-диапазоне.
2. Сенсор внутри датчика принимает этот поток, после чего электрическая схема преобразует сигнал в линеаризованную форму.
3. Результат выводится в виде стандартного промышленного сигнала 4…20 мА, что позволяет подключать датчики к ПЛК, индикаторам, регистраторам и другим электронным средствам АСУ ТП.

Бесконтактный измеритель температуры пирометр Dobeny используется на линиях с движущимися изделиями, в сборочных автоматах, на участках с ограниченным доступом, в системах контроля температуры оборудования и технологических сред. Области применения: обработка металлов, энергетика, пищевые линии, пластмассовое производство и задачи других технологических процессов. Например, компактная модификация для низких и средних температур IRT/.01-50A имеет повышенную повторяемость, устойчивость к длительной работе без дрейфа. Подробные технические параметры товара доступны в карточке модели на сайте.

Бесконтактный датчик температуры для металлургии Dobeny предназначен для дистанционного контроля температур поверхностей, которые недоступны для контактных методов.

Пример применения Dobeny на критических узлах дробильной установки при обработке горных пород

Выбрать и купить промышленный пирометр Dobeny в каталоге «РусАвтоматизации» >>

Где применяется бесконтактное измерение температуры?

В каждой сфере использование тепловизионного контроля решает ключевые задачи по обеспечению качества, предотвращению аварий, оптимизации энергозатрат и поддержанию технологических параметров:

• Металлургия — контроль температуры расплавов, ковки, прокатного стана и других мест; наблюдение за охлаждением металлических заготовок.
• Энергетика — мониторинг трансформаторов, турбин, котельного оборудования, паропроводов.
• Машиностроение — контроль нагрева подшипников, тормозных систем, двигателей в тестовых режимах.
• Химическая промышленность — наблюдение за реакторами, трубопроводами, зонами экзотермических процессов.
• Пищевая отрасль — пастеризация, сушка, выпечка без прямого контакта с продуктом.
• Электроника — тестирование печатных плат, анализ распределения тепловыделения, обнаружение горячих точек.

Как выбрать устройства для бесконтактного измерения?

Ниже приведен чек-лист ключевых параметров пирометра бесконтактного промышленного:

• Температурный диапазон. Значения должны соответствовать реальным условиям. Для нагретых металлов требуются коротковолновые диапазоны, для полимеров — длинноволновые.
• Оптическое разрешение (D:S). Чем выше значение, тем меньше зона измерения при большой дистанции. Для мелких объектов требуется D:S ≥ 60:1.
• Спектральный диапазон.
  SWIR — горячие металлы, стекло;
  MWIR — керамика, графит;
  LWIR — полимеры, продукты, низкие температуры.
• Характер поверхности. Цвет, окисление, покрытие и шероховатость влияют на излучение. Важно задать корректный коэффициент.
• Условия эксплуатации. Пыль, пар, вибрации и нагрев корпуса требуют защитных окон, продувки или охлаждающих кожухов.
• Защита корпуса. IP65/67 для стандартных производственных условий; охлаждаемые кожухи — для горячих зон.
• АСУ ТП и интерфейсы. Поддержка 4…20 мА, Modbus, RS-485 или потокового вывода данных для тепловизоров с возможностью передачи информации по промышленным сетям.
• Поверка и калибровка. Необходима регулярная поверка и контроль дрейфа чувствительности.

Распространенные ошибки и как их избежать

Бесконтактные методы измерения температуры — оптические датчики для бесконтактного измерения температуры, пирометры, тепловизоры и сканирующие ИК-системы — чувствительны к условиям измерения и настройкам. Ошибки могут возникать как на этапе выбора технологии, так и при эксплуатации оборудования, поэтому важно учитывать типичные источники искажений.

• Неверный коэффициент излучения. Характерен для всех инфракрасных методов. Некорректное значение эмиссии приводит к систематической погрешности, особенно на металлических и блестящих поверхностях. Решение — корректная настройка коэффициента или применение двухцветных пирометров.
• Измерение через среду, непрозрачную для ИК. Стекло, пар, дым, пыль или горячие газы между прибором и объектом искажают сигнал. Ошибка актуальна как для точечных приборов, так и для тепловизионных систем. Используются специальные ИК-прозрачные окна, продувка или корректный выбор спектрального диапазона.
• Неподходящий спектральный диапазон. Разные материалы излучают энергию в разных участках спектра. Ошибка выбора диапазона приводит к нестабильным показаниям и заниженным значениям температуры, особенно при измерении стекла, расплавов и полимеров.
• Неправильная геометрия измерения. Для пирометров и датчиков важно, чтобы измеряемое пятно полностью перекрывало объект. Частичное попадание на фон формирует погрешность. Для тепловизоров аналогичная ошибка возникает при неправильном выборе дистанции или угла обзора.
• Большой угол визирования. При измерении под значительным углом возрастает доля отраженного излучения. Это влияет на все инфракрасные технологии и особенно критично при контроле металлических поверхностей. Желательно измерять близко к нормали.
• Несоответствие быстродействия процессу. Медленный отклик датчика или тепловизионной системы приводит к усреднению показаний и потере пиковых значений. Для динамичных процессов необходимо выбирать приборы с соответствующим временем отклика и частотой обновления данных.

FAQ о бесконтактном измерении температуры

• Как измерить температуру расплавленного металла без контакта?
  Температуру расплава можно определить с помощью коротковолновых пирометров или специализированных ИК-датчиков, работающих в диапазоне 0,7–1,6 мкм. Инфракрасный термометр для высоких температур минимизирует влияние низкой излучательной способности жидкого металла и отражений. Измерение выполняют через наблюдательный порт или защитное окно без соприкосновения с металлом.
• Можно ли применять один пирометр для разных материалов?
  Нет, необходим подбор спектрального диапазона под материал.
• Почему прибор показывает плавающие значения?
  Часть пятна может попадать на фон или отраженную поверхность.
• Можно ли измерять через обычное стекло?
  Нет — стекло непрозрачно для ИК. Рекомендуется использование германия или сапфира.
• Что делать, если поверхность зеркальная?
  Применять коротковолновые или двухцветные модели.
• Нужна ли калибровка?
  Да, особенно при высоких нагрузках и длительной работе.

Заключение

Бесконтактные методы контроля высокотемпературных объектов позволяют работать в условиях, где контактные датчики неприменимы. Правильный выбор технологии позволяет получить точные данные без вмешательства в рабочий цикл, снижает риски и помогает поддерживать процесс в допустимых пределах. От корректного подбора пирометра, тепловизора или сканирующей системы напрямую зависит качество контроля и безопасность оборудования.

Если перед вами стоит вопрос, как промышленный пирометр купить и интегрировать его в существующую систему, наши инженеры помогут найти информацию и подходящее решение под реальные условия эксплуатации и бюджет.