Pomiary pirometrem - Najczęstsze błędy i prawidłowe użytkowanie

Pirometry, czyli mierniki temperatury na podczerwień, są obecnie jednymi z najbardziej popularnych przyrządów do pomiaru temperatury. Głównym powodem popularności są przystępne ceny oraz bardzo szybka metoda pomiaru temperatury. Warto już na wstępie wspomnieć i pamiętać, że pomiary pirometrami obarczone są pewnym błędem, który często zwiększany jest kilkukrotnie przez niewłaściwe użycie przyrządu.

Niestety wielu użytkowników tych przyrządów nie do końca zdaje sobie sprawę jaka jest zasada działania i pomiaru temperatury, co skutkuje często błędami podczas pomiaru i w konsekwencji niewłaściwym odczytem temperatury.

W poniższym artykule spróbujemy opisać zasadę działania miernika temperatury na podczerwień oraz opowiemy na co szczególnie należy zwrócić uwagę używając miernik temperatury na podczerwień.

Zasada działania pirometru

Co do zasady, każde ciało stałe posiadające określoną temperaturę, emituje falę światła podczerwonego, której długość powiązana jest z temperaturą. Pirometry, jak już wspomnieliśmy są to mierniki temperatury na podczerwień. Ich zasada działania polega na tym, że wykonują pomiar długości fali promieniowania podczerwonego, które emitowane jest przez jakieś ciało stałe, a następnie przeliczają je na temperaturę.

Niestety bardzo często mierniki te błędnie nazywane są miernikami laserowymi temperatury. Wynika to z faktu, że pirometry wyposażone są w celownik (inaczej: marker) laserowy pomagający wskazać powierzchnię, której temperaturę mierzy aktualnie taki przyrząd, a wiele osób sądzi, że to jest właśnie metoda pomiaru.

Określenie laserowy miernik temperatury jest więc błędne i nie powinno być stosowane.

Pojęcie emisyjności w kontekście pomiarów temperatury

Jak już powiedzieliśmy: każde ciało stałe emituje światło podczerwone, którego długość fali uzależniona jest od temperatury. Jednakże niektóre ciała stałe posiadają różną emisyjność decydującą o tym jaka długość fali oznacza jaką temperaturę.

Wykonywanie pirometrem pomiaru temperatury ciała stałego, którego emisyjność została nieprawidłowo ustawiona, spowoduje powstanie błędów w pomiarze temperatury. W instrukcji obsługi każdego pirometru umożliwiającego zmianę emisyjności, zamieszczona jest tabela wyjaśniająca jak różnią się poszczególne emisyjności dla ciał stałych. Szczególną uwagę należy zwrócić na takie ciała stałe jak: metal, blacha, asfalt, ponieważ ich charakterystyka emisyjności znacząco odbiega od standardowej emisyjności 0,95 podobnej dla większości ciał stałych. 

Optyka pirometrów

Optyka jest niezwykle ważnym elementem pirometru. Dzięki temu parametrowi wiemy, że wykonując pomiar z określonej odległości, rzeczywiście mierzy on temperaturę powierzchni o ustalonej wielkości. Przykładowo, jeśli pirometr z optyką D:S 50 : 1 wykonuje pomiar z odległości 50 cali od celu, na który jest skierowany, to mierzy on temperaturę powierzchni o średnicy (czyli okręgu) równej 1 cal.

W przypadku takiego pomiaru oddalając się powierzchnia jakiej pomiar temperatury wykonujemy, będzie stopniowo zwiększać się.



Najłatwiej wyobrazić sobie to na przykładzie włączonej w ciemnym pokoju latarki, której światło pada na ścianę, a wraz z oddalaniem się od tej ściany oświetlana przez latarkę powierzchnia (okrąg) zwiększa się. Działa to analogicznie w przypadku pirometru.

Niestety wielu użytkowników pirometrów nie jest tego świadoma i nie bierze pod uwagę jaka optyka znajduje się w ich przyrządzie. W takim przypadku wykonując pomiar z większej odległości mierzymy w rzeczywistości temperaturę dość dużej powierzchni, a nie jednego punktu, na który akurat skierowany jest celownik laserowy pirometru.

Warto zaznaczyć, że na rynku znajdują się pirometry z pojedynczym i z podwójnym celownikiem laserowym. Zaletą podwójnego celownika laserowego jest to, że pokazuje nam dwa przeciwległe punkty okręgu (powierzchni) jakiej pomiar temperatury wykonuje. Takim pirometrem z podwójnym celownikiem dużo prościej wykonuje się pomiary i ogranicza on możliwość wykonania pomiaru powierzchni, której nie planowaliśmy. Tym samym ograniczając błąd pomiaru.

Pirometry w służbie zdrowia

Pirometry spotykane są coraz częściej w szpitalach i różnych placówkach służby zdrowia. Niestety wiele osób używających pirometrów nie wie o podstawowych zasadach dotyczących optyki i mierzonej powierzchni. Często w takich przyrządach jest to skutkiem wielu przekłamań i błędów pomiaru temperatury. W przypadku tego typu przyrządów stosowanych w medycynie należy pamiętać, że sumaryczny błąd pomiarowy takiego przyrządu jest zbliżony do 1 stopnia (uwzględniając wszystkie czynniki mogące go powiększyć jak błąd operatora, błąd przyrządu itp.) bez względu na to co piszą producenci w danych technicznych instrukcji obsługi. Dodatkowo, pomiar taki powinien być wykonywany z bardzo bliskiej odległości od skóry pacjenta, która nie powinna być tłusta, a tym bardziej pokryta, np. makijażem. Niestety zdarza się, że personel medyczny wykonuje taki pomiar z dużej odległości - dodatkowo ustawiając celownik przyrządu w pobliżu oczu.

Lepszą dokładnością charakteryzują się pirometry przystosowane do pomiaru temperatury w uchu, których dokładność jest większa, pod warunkiem że faktycznie będziemy wykonywać pomiar bębenka, a nie innej wewnętrznej części ucha (istotne jest prawidłowe umiejscowienie). Powyższe informacje są szczególnie ważne, w przypadku temperatur granicznych (od 38,5) gdzie różnica 1 stopnia może mieć istotny wpływ na reakcję personelu medycznego.

Pozostałe funkcje pirometrów

Dostępne są także pirometry wyposażone w możliwość pomiaru temperatury zewnętrznym czujnikiem. Najczęściej jest to czujnik w postaci sondy termoparowej typu K. Spośród innych dostępnych funkcji w pirometrach można również spotkać modele z wyświetlaczem graficznym. Jest to rozwiązanie pośrednie pomiędzy kamerą termowizyjną, a pirometrem, gdzie na wyświetlaczu pirometru widzimy kolorowy obraz jak w kamerze. Tutaj jednak nie jest dostępny obraz termowizyjny. Pomiar odbywa się w sposób analogiczny jak w normalnym pirometrze. Niektóre pirometry posiadają również możliwość współpracy z komputerem PC za pomocą dodatkowego oprogramowania.

Pirometr: Jak uniknąć błędów pomiarowych i uzyskać wiarygodny wynik?

Pirometry są bardzo funkcjonalnymi i popularnymi przyrządami do pomiaru temperatury. Należy jednak pamiętać i znać zasady działania i wykonywania pomiarów takim przyrządem w celu ograniczenia i wyeliminowania najczęściej popełnianych błędów. Przyrządy te sprawdzą się wszędzie tam gdzie błąd rzędu 1 - 5 stopni (przy temperaturach powyżej 500 st. C) nie stanowi dla nas znaczącego problemu. Jeśli zdarzają także takie pomiary, co do których chcielibyśmy być bardziej pewni, warto rozważyć nabycie modelu pozwalającego na pomiar zewnętrznym czujnikiem. Bezsprzecznie zalecamy wybór tych modeli, które dysponują podwójnym celownikiem. Należy także pamiętać o okresowym wzorcowaniu (kalibracji) tego typu przyrządów, ponieważ ich dokładność pomiarowych z czasem (np. na skutek zabrudzenia się optyki) może ulec zmianie, wprowadzając dodatkowe błędy.

Antoni Klonowski

Masz pytania lub potrzebujesz doboru rozwiązania kontrolno-pomiarowego?