Часы heart rate. Как работает монитор сердечного ритма на умных часах Давайте вместе разберемся, как работает монитор сердечного ритма Apple Watch

Пирометр – это аппарат для определения теплового состояния тел бесконтактным способом. Появились эти приборы в середине 60-х годов ХХ века. Принцип их работы основан на инфракрасном приёмнике, который производит измерения количества тепловой энергии, излучаемой телом, путём построения сравнительных параллелей. Результатом анализа являются величины температуры нагрева или охлаждения объектов исследования. Открытие этого метода позволило расширить диапазон для измерения температур как твёрдых, так и жидких тел.

Пирометры и принцип их работы

Изначально под пиротермометрами (пирометрами) для измерения температуры бесконтактным методом подразумевались приспособления, предназначенные для определения теплового состояния сильно нагретых предметов визуально, по яркости и цвету . Со временем эти приборы претерпели качественные изменения. Появились инфракрасные радиометры, которые могут диагностировать не только высокие, но и достаточно низкие (от 0º С и ниже) температуры. Они определяют мощность излучения тепла объектом в зоне инфракрасных электромагнитных волн и видимого света.

Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом принято классифицировать как:

• оптические – определяют температуру разогретого тела визуально, без вспомогательных устройств, сравнивая его цвет с цветом нити эталона;
• цветовые или мультиспектральные — определяют температуру методом сравнения теплового излучения тела в различных спектрах;
• радиационные – используют пересчитанный показатель мощности теплового излучения для определения температур. Пирометры, производящие измерения в пределах широкой полосы спектральных излучений, называются пирометрами полного излучения.

Тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, являются источником тепла. Оптические (яркостные) пирометры дистанционно определяют температуру сильно нагретых (до свечения) объектов, ориентируясь на их тепловое излучение в видимой части спектра. Оптическая часть этих приборов состоит из телескопа с объективом и окуляра. Перед окуляром находится красный световой фильтр. Вольфрамовая нить лампочки термометра расположена в фокусе объектива.

Степень нагрева объекта сообщает определённый цвет его излучению, что и даёт возможность диагностировать тепловое состояние объекта путём сравнения цвета его излучения с цветом накала нити в окуляре прибора. Ориентиром для контроля температуры по тепловому излучению принято считать «чёрное тело», которое имеет наибольшую энергию излучения при данной температуре по сравнению с другими телами. Такими пирометрами, в основном, пользуются для измерения температур тел от 300ºС до 6000ºС, хотя для этого метода верхний предел не ограничен.

Принцип действия цветовых (мультиспектральных) пирометров основан на сравнении количества энергии излучения двух узких монохроматических видимых участков спектра. В отличие от оптических, показатели цветовых аппаратов практически не зависят от колебаний коэффициента излучающих возможностей тел, зависящих от их температуры, состава и качества поверхности. Наиболее интересными на сегодняшний день являются цветовые пирометры на фотоэлементах.

Если вас интересует покупка инфракрасных пирометров то советую обратить внимание на компанию Конрад, одного из лидеров измерительной электроники.

Самыми широко используемыми аппаратами в сфере пирометрии являются инфракрасные пирометры или радиометры, в которых взят за основу метод радиационной пирометрии. Они более чувствительны, хотя менее точны, находят все длины волн видимого света. Их технические характеристики определяются:

• оптическим разрешением;
• диапазоном определяемых температур;
• измеряемым разрешением;
• быстротой действия;
• точностью измерений;
• коэффициентом излучения (переменный – фиксированный);
• способом нацеливания (прицел оптический или лазерный).

Чтобы получить точную величину теплового состояния исследуемого объекта, пользователь должен всего лишь навести аппарат на объект и нажать на кнопку. Тепловой луч фокусируется системой при помощи оптики и попадает на первичный термический конвертер. Электрический сигнал, который образуется на выходе, пропорционален температуре исследуемого объекта. Изменённый в электронном преобразователе (вторичном термическом конвертере), этот сигнал обрабатывается измерительно-счётным устройством и подаётся в виде цифрового результата на дисплей.

Измерения могут проводиться на любом расстоянии. Однако не следует забывать о погрешностях, которые могут возникнуть в случае несоответствия прозрачности среды или площади измеряемого пятна. Если диаметр пятна измерительного прибора меньше измеряемого предмета, то расстояние до объекта не влияет на точность измерений. Когда же диаметр пятна превосходит величину объекта, прибор может принимать излучения окружающих предметов, что снижает результативность его температурных показателей.

Визуализация температурных величин может выражаться в текстово-цифровом варианте, когда на дисплей выводятся показатели температуры в градусах, и графическим методом, когда элемент наблюдения виден в разложенном спектре температур (высокой, средней и низкой), выраженных различными цветами.

Бесконтактные пирометры различают по температурному диапазону на низко- и высокотемпературные . Низкотемпературные предназначены для измерения температур тел даже в области отрицательных значений. Высокотемпературные бесконтактные термометры используются в случаях, когда накал сильно нагретых предметов нельзя оценить «на глаз». Их возможности сильно смещены в сторону верхних границ измерений.

Пирометрия в нашей жизни

Современное производство контрольно-измерительных приборов может предложить покупателю пирометры для измерения температуры бесконтактным методом — стационарные и переносные.

Переносные пирометры часто предназначены для работы в тяжёлых промышленных и климатических условиях . Они обладают большим оптическим разрешением, что даёт возможность мониторинга теплового состояния объектов величиной от 5 мм. Пиротермометры переносные могут использоваться в любой промышленной сфере, как для контроля температуры, так и для отслеживания сложных технологических циклов, связанных с определёнными температурными режимами. Как правило, датчики стационарных пиротермометров имеют выход на ПК.

Обычно их применяют:

• в тепловой энергетике;
• в электроэнергетике;
• на железнодорожном транспорте;
• в пожарной безопасности и контроле;
• в лабораторных исследованиях;
• с целью сканирования холодных и горячих точек;
• для контроля температур труднодоступных для человека объектов;
• для определения температур объектов, пребывающих в движении;
• в мониторинге систем кондиционирования, вентиляции и отопления.

Стационарные пирометры предназначены для эксплуатации в крупной промышленности, с целью непрерывного контроля за технологическим процессом в производстве металлов и пластиков . Их устанавливают там, где трудно или невозможно использовать контактные датчики температуры по соображениям безопасности персонала.

Областью их применения являются:

• металлообработка;
• металлургия, сталелитейное производство;
• нефтеперерабатывающая отрасль;
• керамическое и стекольное производство;
• производство цемента.

Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом в теплоэнергетике необходимы для точного и быстрого измерения температур в местах, где неэффективны другие способы измерений.

В электроэнергетике эти аппараты применяют для оценки нагрузки на кабельные линии, трансформаторы, качества теплоизоляции бойлеров, котлов, с целью контроля за пожарной безопасностью. Используют их также для контроля за температурой букс, важных узлов грузовых и пассажирских вагонов на железной дороге.

В металлообрабатывающей промышленности пирометры контролируют температуры прокатных станов, печей.

В строительстве пирометры определяют порывы в теплоизоляционных оболочках на теплотрассах, потери тепла в зданиях.

Способность пирометров реагировать на изменения инфракрасных излучений успешно используется для охраны зданий в датчиках движения.

При грузоперевозках они осуществляют контроль за хранением пищевых продуктов.

Благодаря компактности, удобству в эксплуатации и невысокой стоимости пиротермометры нашли своё место даже в быту. С их помощью можно измерить температуру тела, степень нагрева приготовляемых блюд, кухонной посуды.

Применяются достижения пирометрии и в космонавтике с целью контроля за опытами.

Сфера использования приборов для бесконтактного измерения температуры, так называемых пирометров, очень велика, они применяются на железнодорожном транспорте, в металлургии, энергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве, медицине, строительстве, научных исследованиях, энергосбережении. Но нам особенно интересна именно строительная индустрия, где уже давно заметна тенденция к энергосбережению, сокращению теплопотерь зданий и сооружений.

Пирометры помогают решать эту задачу - ими удобно искать «мостики холода», участки с плохой теплоизоляцией, щели на стыках оконных и дверных блоков, диагностировать системы отопления и вентиляции бесконтактным методом. Конечно, есть и куда более удобные приборы - тепловизоры, но «частнику» они явно не по карману. А вот пирометр стоит недорого, и пусть работает он не столь наглядно, однако со своими задачами справляется.

Принцип действия любого пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения с любой непрозрачной поверхности, преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света. У IR-T1 высокий показатель визирования (10:1, на практике это означает, что на расстоянии 10 м он измеряет температуру в области диаметром 1 м) и широкий диапазон измеряемых температур, включающий и область отрицательных значений. При таких показателях его цена выглядит весьма умеренной.

Инфракрасный пирометр FLIR TG165 (бесконтактный термометр)

Разница между пирометрами и тепловизорами проста. Первые способны получить только одно значение температуры за одно измерение, а вторые сразу выдают инфракрасный снимок объекта со множеством замеренных значений. Но дело в том, что для замера температуры каждой точки нужен отдельный датчик. Сколько точек замеряется - столько датчиков и должно быть (некоторые электронные «ухищрения», которыми иногда оснащают тепловизоры, принципиально проблему не решают).

И как раз от количества датчиков, собранных в компактную матрицу, больше всего зависит цена любого тепловизора. Даже самые дешёвые их модели обходятся в десятки тысяч рублей, а профессиональные вполне могут стоить и несколько сотен тысяч. Тепловизор, даже самый простой, оснащается полноценным ЖК-экраном, может сохранять данные в памяти и подключаться к компьютеру для передачи и анализа изображений.

В настоящее время наряду с контактными средствами измерения все более широкое применение в промышленности находят средства бесконтактного измерения температуры - пирометры и тепловизоры.

Пирометр
- это средство измерения температуры по тепловому излучению объекта, предназначенное для отображения значения температуры на индикаторе прибора или преобразования в аналоговый или цифровой сигнал. Пирометры способны измерять температуру круговой зоны, ограниченной полем зрения прибора и усредняют температуру в пределах данной зоны. Зона видимости пирометра зависит от расстояния до объекта и от оптического разрешения пирометра, таким образом варьируя эти два параметра, с помощью пирометра можно измерять как температуру тонкой проволоки, так и среднюю температуру поверхности кузова автомобиля перед покраской.

Тепловизор
- это средство измерения температуры по тепловому излучению объекта, предназначенное для определения значения температуры и преобразования её в визуальную картину распределения тепловых полей по поверхности объекта. Тепловизор позволяет получить обобщенную информацию - тепловую картину некоторой области и конкретное значение температуры интересуемого объекта, размер которого равен или больше размера элементарной ячейки поля зрения тепловизора.

С 2000 года для тех приложений, где применение контактных датчиков температуры серии Метран-200 затруднительно или невозможно, ПГ «Метран» предлагает бесконтактные средства измерения температуры производства фирмы Raytek (Германия). Компания Raytek, одна из ведущих фирм мира, специализирующихся на разработке и изготовлении приборов для бесконтактного измерения температуры. В будущем ПГ «Метран» планируется совместное с компанией Raytek производство бесконтактных средств измерения температуры на собственной производственной базе.

Применение бесконтактных средств измерений позволяет производить измерения температуры движущихся объектов; объектов, расположенных в труднодоступных местах; избегать повреждений средства измерения при контроле высоких температур; предотвращать возможные загрязнения и повреждения измеряемого объекта, при измерении температуры объекта, целостность или стерильность которого нельзя нарушать. В случае, когда необходимо измерить температуру микроскопических объектов, теплоемкость которых мала, бесконтакный способ измерения позволяет избежать искажений температуры объекта, вносимых контактным средством. Неоспоримыми преимуществами бесконтактных средств измерения температуры перед контактными являются следующие:
высокое быстродействие (до 1 мс) - необходимо в случае измерения температуры быстропротекающих процессов;
возможность измерения температуры объекта без его отключения от технологического процесса - обнаружение точек перегрева, которые возникают только во время работы объекта;
обеспечение безопасности персонала, проводящего измерение температуры объектов, находящихся под напряжением, так как работы производятся на расстоянии и не требуют отключения электроэнергии.

Существует ряд технологических процессов, когда применение контактных датчиков невозможно, в таких случаях применение пирометров - это единственно возможный способ контроля температуры. В случае, когда, например, необходимо замерить температуру от 1800 °С до 3000 °С, контактные средства измерения применить невозможно, но бесконтактные приборы легко решают эту задачу.

Функциональные возможности пирометров позволяют, кроме текущего значения температуры, фиксировать максимальную, минимальную температуру объекта, их разницу, а также среднюю температуру за промежуток времени. Наличие цифрового интерфейса у пирометров (RS-232, RS-485, Hart-протокол) позволяет перенастраивать прибор и контролировать значение измеряемой температуры непосредственно с персонального компьютера. Специальное программное обеспечение пирометров позволяет создавать отчеты в виде графиков и формировать базы данных.

Пирометры и тепловизоры имеют перед контактными датчиками температуры, как ряд преимуществ, так и некоторые недостатки - зависимость показаний от расстояния до измеряемого объекта, от отражательных свойств измеряемой поверхности, от излучения прямо не попадающих в поле зрения пирометра областей измеряемого объекта. Для того чтобы выбрать способ измерения, нужно оценить все за и против.

ПГ «Метран» предлагает сегодня большой выбор портативных переносных и стационарных пирометров для различных применений, а также доступный по цене тепловизор. Предлагаемые приборы имеют сертификаты России, Украины и Белорусии, руководства по эксплуатации и методики поверки на русском языке. ПГ «Метран» обеспечивает квалифицированную техническую поддержку, сервисное обслуживание продукции, предлагает услуги по ремонту, периодической поверке и калибровке.

Переносные пирометры измеряют температуру в диапазоне от -30°С до 3000°С с погрешностью до 0,75% от измеряемой величины, могут запоминать до 100 значений температуры, передавать данные измерений по цифровому выходу на персональный компьютер.

Стационарные пирометры измеряют температуру от -40°С до 3000°С с погрешностью до 0,3% от измеряемой величины, имеют оптическое разрешение до 300:1, время отклика до 1 мс и выходные сигналы - термопары типа J/K/E/N/T/R/S, 0-5 В, 4-20 мА, интерфейсы RS-485 или RS-232, механическое реле.

Тепловизор имеет следующие технические характеристики:
неохлаждаемая микроболометрическая матрица 160 x 120 ячеек;
диапазон измеряемых температур от 0 оС до 250 оС;
спектральный диапазон 7-14 мкм;
ЖКИ дисплей с тремя градациями яркости изображения для разных условий работы;
оптическое разрешение 90:1, минимальное расстояние до объекта измерения 60 см;
лазерный прицел - указатель центра зоны съемки;
память до 100 снимков и данных;
время непрерывной работы без перезарядки - 5 часов;
связь с персональным компьютером по USB-порту.

Все эти приборы специально разработаны и откалиброваны для решения проблем измерения температуры в промышленности. В настоящее время бесконтактный метод измерения температуры широко востребован в энергетике. Он применяется для диагностики электрооборудования под напряжением, для технического обслуживания энергооборудования. С помощью пирометров и тепловизоров можно быстро и безопасно контролировать температуру электрических двигателей, корпусов трансформаторов, кожухов шинопроводов, оборудования электрических подстанций, обнаруживать осушенные участки высоковольтных кабельных линий, котролировать температуру электроизоляторов. В жилищно-коммунальном хозяйстве с помощью пирометров и тепловизоров производят контроль температуры труб подачи и забора воздуха, измеряют температуру теплотрасс, определяют места утечек тепла, проводят инспекцию кровли. Бесконтактный метод измерения температуры позволяет сократить время проведения измерений и обезопасить персонал, продлить срок службы средства измерения и расширить диапазон измеряемых температур. Дешевизна бесконтактного метода контроля температуры, его оперативность и доступность позволяют использовать пирометры и тепловизоры практически на любом предприятии.

Благодаря своей простоте в работе, широкому диапазону измеряемых температур, малому времени отклика, отсутствию необходимости контактировать с объектом, своим функциональным возможностям бесконтактные средства измерения температуры находят широкое применение не только там, где это единственно возможное средство измерения, но и постепенно начинают вытеснять контактные датчики температуры.