Пирометр – это бесконтактный измеритель температуры объектов. Принцип его работы основывается на том, что все тела при нагревании излучают волны в ИК и световом диапазоне, интенсивность этого излучения и регистрирует прибор соотнося с температурой, для которой свойственно это излучение.
Аналогично работают тепловизоры.
Выделяют оптические, радиационные и спектральные виды пирометров. Оптический способ подходит для тел, нагретых для очень высоких температур, тогда их цвет можно сравнить с эталонами. Аналогично работают спектральные (сравнивают полученный результат с эталонами в разных спектрах).
В бытовых пирометрах (в том числе и в медицинских ИК-термометрах) чаще всего используются радиационные датчики, измеряющие мощность излучения от тела в ИК-диапазоне.
В каких случаях будет полезен пирометр
Ввиду того, что измерение температуры с помощью пирометров происходит очень быстро и без контакта с объектом, то сфер применения таких приборов масса:
1. Промышленное производство, связанное с высокими температурами, где классические контактные датчики могут просто расплавиться или их применение не оправдано технически (сталелитейное производство, теплоэнергетика, железнодорожные работы и т.п.);
2. Системы пожаротушения и безопасности (в датчиках возгорания и др.);
3. Строительные технологии (например, измерение теплопотерь);
4. В быту (температура тела, пищи в процессе приготовления);
5. Исследовательские лаборатории и медицинские учреждения;
Устройство пирометра и типовые реализации
Сразу стоит обозначить, что, если вам нужен точный пирометр для узких задач, лучше купить готовую модель, подходящую для ваших целей и протестировать его в работе на эталонах.
Если задача "поиграться", то можно даже купить специальные модули для смартфонов (например, приставки Seek Thermal, подключаемые через USB-разъем), они сделают из вашего телефона настоящий тепловизор.
Но если вам нужно специфичное устройство, спроектированное с нуля и собранное своими руками, то этот материал для вас.
Производители радиодеталей предоставляют большое количество сенсоров, детектирующих уровень излучения в ИК-диапазоне. Это такие датчики температуры как:
3. ФТ-3 (подойдет только для сильно разогретых объектов);
Все они имеют определенные границы и точность измерения, требуют специальных условий включения в схему.
Основная проблема – правильная калибровка (соотнесение сигнала с датчика с уровнем реальной температуры тела) и отображение результата.
Пирометр своими руками
Наиболее точный и универсальный в плане применения способ – реализация пирометра на программируемых микроконтроллерах, таких как Arduino.
Ниже будет рассмотрен пример на датчике MLX90614 (диапазон измерения от -70 до +382 °C) и Arduino Nano.
Все что понадобится:
2. MLX90614-BCI (приставка BCI означает исполнение с узконаправленным датчиком);
3. 2 резистора по 4,7 кОм;
4. Дисплей Nokia 5110;
5. Аккумуляторы или батареи питания;
6. Кнопка или выключатель.
1. Прошивается микросхема
2. Датчик подключается к плате через 2 резистора (схема ниже);
3. Подключается дисплей;
Схема подключения датчика.
Рис. 1. Схема подключения датчика
Дисплей Nokia так:
- 7 пин – SCLK;
- 6 пин – DIN;
- 5 пин — D/C;
- 4 пин – CS;
- 3 пин – RST.
В цепь питания включается выключатель.
Устройство в готовом собранном виде может выглядеть, например, так.
Рис. 2. Устройство в готовом собранном вид
Самый ответственный шаг – прошивка.
Все необходимые файлы (в том числе и драйвера для LCD дисплея от Нокии) можно скачать с открытого проекта на GitHub здесь — https://github.com/cxemnet/Arduino_IR_Temp
В листинге команд для Arduino примечания на английском и русском языках. При необходимости может быть изменена логика работы или используемые выводы платы.
Мнения читателей
Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:
Для изготовления нашего бесконтактного термометра будем использовать датчик-пирометр MLX90614 — это инфракрасный датчик, позволяющий определять температуру бесконтактным методом.
Такой датчик позволяет практически моментально считывать температуру тела, измеряя инфракрасное излучение объекта. Сейчас познакомимся с ним поближе и разберем работу в Bascom-AVR.
Для начала разберемся с тем, какие модификации датчика существуют.
Во-первых, они различаются по напряжению питания, бывают 3-х и 5-и вольтовые версии.
Во-вторых, различаются количеством сенсоров внутри датчика: бывают с одним сенсором и двумя:
Также есть версия датчика, в которой два сенсора, но показания с них суммируются и усредняются. Именно такой датчик и попал ко мне.
В-третьих, различие в угле обзора. Бывают, как на картинке выше, с открытым окном, у которых угол обзора стремится к 180°. А есть версии с уменьшенным до 35°, 10° и 5° углом. Я приобрел датчик с углом обзора 10°, но как оказалось ничего хитрого там нет, просто на корпус датчика запрессована черная трубка, обрезающая часть обзора. Поэтому можно брать открытые датчики, они дешевле, и уже самим приклеить трубочку. Но интересней было бы добавить пару линз, только найти такие, чтобы пропускали инфракрасное излучение наверно будет не просто.
Все датчики подключаются по стандартному интерфейсу I2C. Распиновка со стороны ножек.
На шине I2C датчик имеет настраиваемый адрес, по умолчанию отзывается на &hB4 (&b10110100) Для считывания температуры измеряемого объекта нужно обратится по адресу &h07 (&b00000111) для первого сенсора, и &h08 (&b00001000) для второго (если датчик имеет два отдельных сенсора).
Для моего варианта, в котором два сенсора объединены, показания считываются только с первого сенсора. Также датчик может измерить собственную температуру, ее значение хранится по адресу &h06 (&b00000110)
К слову об измеряемых температурах. Предел температур для измеряемого объекта составляет -70 ÷ 380 °C, а для самого датчика -40 ÷ 125°C.
Данные в датчике хранятся в сыром виде и занимают два байта, поэтому для перевода их в градусы Цельсия необходимо преобразование: поделить значение на 50 и затем вычесть из результата 273,15. Еще нужно учитывать одну особенность — датчик сперва отправляет младший байт, а затем старший. Поэтому полученные данные перед преобразованием приходится «переворачивать».
Выше схема на микроконтроллере ATmega8, показания будут выводиться на жк дисплей. Датчик у меня приехал в пятивольтовой версии, поэтому никаких преобразователей между ним и схемой не нужно. Только подтяжка резисторами к плюсу согласно стандарту протокола I2C
Программа в Bascom-AVR:
‘конфигурация дисплея
Config Lcd = 16 * 2
Config Lcdpin = Pin , Rs = Portb . 5 , E = Portb . 4 , Db4 = Portb . 3 , Db5 = Portb . 2 , Db6 = Portb . 1 , Db7 = Portb . 0
‘подключение датчика
Config Scl = Portc . 0
Config Sda = Portc . 1
Dim Value As Byte ‘принимаемый байт
Dim Temp As Single ‘температура
Dim Tempword As Word ‘вспомогательная переменная
Dim Irtemp As String * 8 ‘температура объекта
Dim Senstemp As String * 8 ‘температура датчика
Dim Cmd As Byte ‘команды для датчика
Cmd = & B00000111 ‘адрес чтения температуры объекта
Gosub Read_mlx ‘опрашиваем датчик
Irtemp = Fusing ( temp , "##.##" )
Cmd = & B00000110 ‘адрес чтения температуры датчика
Gosub Read_mlx ‘опрашиваем датчик
Senstemp = Fusing ( temp , "##.##" )
Cls
Locate 1 , 1
Lcd "To " ; Irtemp ; "°C" ‘выводим температуру объекта
Lowerline
Lcd "Ts " ; Senstemp ; "°C" ‘выводим температуру датчика
‘подпрограмма опроса датчика
Read_mlx :
I2cstart
I2cwbyte & B10110100 &nbsnbsp; ‘отправляем адрес датчика
I2cwbyte Cmd ‘отправляем команду с адресом
I2cstart
I2cwbyte & B10110101 ‘отправляем адрес датчика с битом чтения
I2crbyte Value , Ack ‘принимаем первый байт
Tempword = Value
Shift Tempword , Left , 8
I2crbyte Value , Ack ‘принимаем второй байт
Tempword = Tempword Or Value ‘складываем два байта
I2cstop ‘окончание опроса датчика
Rotate Tempword , Left , 8 ‘меняем местами два байта в переменной
Temp = Tempword * 0 . 02 ‘преобразование данных в температуру по Цельсию
Temp = Temp — 273 . 15
Программа выводит на дисплей две температуры. В верхней строке температуру измеряемого объекта, в нижней — температуру самого датчика.
Фото с экспериментов
Температура горячего чайника
Чайник только вскипел, но температура пластикового корпуса выше 80 не поднималась.
Температура в морозилке
А вот интересная картинка из даташита, показывающая погрешность датчика в зависимости от внешних факторов.
To — измеряемая температура объекта, Ts — температура окружающей среды
В ходе тестирования заметил одну особенность, для более точного измерения температуры, датчик нужно подносить как можно ближе, чтобы объект перекрывал весь угол обзора датчика. В общем датчик интересный и мне понравился.
Датчик недорого можно купить в Китае.
П О П У Л Я Р Н О Е:
В разных местах приходится ловить рыбу. Бывает и там, где теплоцентрали или другие хозяйственные службы сбрасывают воду, используемую для охлаждения агрегатов тепловых электростанций, а несколько дополнительных градусов иногда приводят к повышенной концентрации рыбы некоторых пород именно в таких местах.
Общеизвестно, что при температуре выше 25 °С в малоподвижных и неглубоких водах степень насыщенности кислородом практически равна нулю, а это создает условия, в которых сложно выжить рыбам определенных пород.
МЕТАЛЛОДЕТЕКТОР
МЕТАЛЛОДЕТЕКТОРМеталлоискатели широко используются в самых разных видах человеческой деятельности, — от поиска мин и кладов до обнаружения гвоздика в стене под слоем обоев. Этот металлоискатель очень простой, с его помощью вряд ли можно найти клад (разве что, «заначку»), но гвоздик под обоями, провод или связку ключей в кармане он обнаружить может. Подробнее…
Аттенюа́тор — это устройство, предназначенное для ослабления электрических или электромагнитных колебаний.
Его можно использовать как средство измерения для плавного, ступенчатого или фиксированного ослабления сигнала.
Существует недорогой прибор MLX90614 (Даташит PDF), который представляет из себя цифровой инфракрасный термометр и предназначен для измерения температуры в диапазоне от -20ºС до +120ºС. Точность измерения составляет
0.5ºС. Шина связи: SMBus. Существуют различные версии сенсора отличающиеся напряжением питания (3 и 5 Вольт), углом охвата и др. Цена сенсора на eBay и в др. зарубежных интернет-магазинах составляет 15-20$.
Схема подключения к Arduino очень простая:
Умные ребята из bildr написали библиотеку для подключения к Arduino, тем самым облегчив задачу, за что им большое спасибо.
Мной же было просто собрано небольшое устройство в корпусе с выводом информации на LCD-дисплей от Nokia 5110.
Выводы MLX90614 сенсора и подтягивающие резисторы 4.7 кОм были аккуратно уложены в термоусадочную трубку.
Плата Arduino была запитана от двух Li-Ion аккумуляторов 3.7В. И датчик и LCD питаются напряжением 3.3В, которое берется с платы Arduino.
Nokia 5110 подключается так:
— pin 7 — Serial clock out (SCLK)
— pin 6 — Serial data out (DIN)
— pin 5 — Data/Command select (D/C)
— pin 4 — LCD chip select (CS)
— pin 3 — LCD reset (RST)
При подключении дисплея к другим пинам, необходимо изменить номера выводов в функции инициализации LCD.
Был добавлен тумблер питания и все было укомплектовано в корпус, который у меня остался от предыдущего проекта.