Pirometry, czyli urządzenia do bezkontaktowego pomiaru temperatury, zrewolucjonizowały utrzymanie ruchu, kontrolę jakości i procesy produkcyjne. Możliwość natychmiastowego odczytu z bezpiecznej odległości sprawia, że są niezastąpione tam, gdzie obiekt jest w ruchu, pod napięciem lub jest zbyt gorący. Jednak łatwość obsługi bywa myląca. Wielu użytkowników traktuje taki rodzaj pomiaru bezkrytycznie. Niestety, fizyka promieniowania podczerwonego jest bezlitosna, a błędy w doborze urządzenia lub technice pomiaru mogą kosztować firmę fortunę.

Jak to działa? Niewidzialne promieniowanie

Aby uniknąć błędów, trzeba zrozumieć zasadę działania urządzenia. Każdy obiekt o temperaturze powyżej zera absolutnego emituje energię. Układ optyczny pirometru działa jak soczewka w aparacie – wychwytuje to promieniowanie, skupia je na detektorze, a elektronika zamienia sygnał na cyfrowy wynik temperatury.

Problem polega na tym, że nie wszystkie materiały emitują energię tak samo chętnie. Tu dochodzimy do najważniejszego parametru, który jest najczęstszą przyczyną pomyłek – emisyjności.

Pułapka emisyjności – dlaczego pomiar metalu jest problematyczny?

Emisyjność (ε) to zdolność materiału do oddawania promieniowania podczerwonego. Ciało doskonale czarne ma emisyjność równą 1.0. Większość materiałów niemetalicznych (drewno, guma, plastik, papier, beton) ma wysoką emisyjność, na poziomie około 0.95. Dlatego tanie, uniwersalne pirometry są ustawione „na sztywno” na tę wartość.

Schody zaczynają się przy metalach. Błyszcząca stal, aluminium czy miedź mają bardzo niską emisyjność. Działają one jak lustro – zamiast emitować własne ciepło, odbijają promieniowanie otoczenia.

Przykład błędu: mierzysz temperaturę błyszczącego wału stalowego pirometrem ustawionym na emisyjność 0.95. Wał ma 200°C, ale pirometr pokazuje 40°C, bo w rzeczywistości zmierzył odbicie chłodniejszej ściany naprzeciwko. Aby uniknąć tego błędu, konieczna jest regulacja emisyjności w urządzeniu oraz – co kluczowe – dobór odpowiedniego pasma spektralnego. Dla metali stosuje się fale krótkie (np. 1 µm, 1.6 µm lub 2.3 µm), ponieważ w tych zakresach błąd wynikający ze źle dobranej emisyjności jest najmniejszy.

Błąd paralaksy i optyka (Stosunek D:S)

Kolejnym problemem jest mierzenie małych obiektów ze zbyt dużej odległości. Każdy pirometr posiada parametr zwany rozdzielczością optyczną (D:S – Distance to Spot). Określa on, jak rośnie średnica plamki pomiarowej wraz z oddalaniem się od obiektu.

Jeśli Twój pirometr ma D:S 20:1, to z odległości 20 cm mierzy punkt o średnicy 1 cm. Ale z odległości 2 metrów plamka ma już 10 cm! Jeśli mierzysz mały element (np. śrubę) z dużej odległości, pirometr widzi nie tylko śrubę, ale i chłodne tło wokół niej. Wynik? Uśredniona, zaniżona temperatura. Dlatego mierzony obiekt powinien być zawsze co najmniej równy, a najlepiej nieco większy niż średnica plamki pomiarowej urządzenia.

Niewidzialne bariery – para, pył i szkło

Nawet jeśli emisyjność jest ustawiona poprawnie, a odległość jest dobra, wynik może zafałszować środowisko.

• Atmosfera: W hutach szkła czy przy produkcji kół kolejowych (gdzie stal rozgrzewa się do 1300°C), na drodze pomiaru często stoi pył, dym lub para wodna. Działają one jak zasłona, osłabiając sygnał docierający do detektora. W takich warunkach standardowe pirometry zawodzą – konieczne jest użycie pirometrów dwubarwowych, które potrafią kompensować wpływ zanieczyszczeń.
• Szkło i folia: Próba zmierzenia temperatury szyby zwykłym pirometrem (8-14 µm) zazwyczaj kończy się pomiarem tego, co jest za szybą. Szkło w tym paśmie przepuszcza promieniowanie. Aby zmierzyć powierzchnię szkła, musisz użyć urządzenia pracującego w wąskim paśmie 5.0 µm. Podobnie jest z cienkimi foliami – wymagają one pasm 3.43 µm lub 7.9 µm, aby pirometr „zatrzymał się” na folii, a nie patrzył przez nią na grzałki maszyny.

Podsumowanie

Bezkontaktowy pomiar temperatury to potężne narzędzie, ale wymaga wiedzy i świadomego doboru sprzętu. Kluczem jest dopasowanie zakresu spektralnego (długości fali) do materiału oraz dobranie odpowiedniej optyki do odległości montażowej.

Więcej informacji technicznych na temat teorii pomiarów bezkontaktowych oraz doboru odpowiednich urządzeń znajdziesz tutaj: https://www.test-therm.pl/?view=article&id=96&catid=53