Koji su principi i klasifikacije infracrvenih termometara
1. Infracrveni princip
Svaki objekat sa temperaturom iznad apsolutne nule (-273 stepena) emituje toplotno zračenje prema van. Razlike u temperaturi objekta dovode do varijacija u energiji zračenja i talasnoj dužini zračenja, pri čemu je infracrveno zračenje uvek uključeno u spektar. Za objekte ispod 1000 stepeni, infracrveni talasi predstavljaju dominantne elektromagnetne talase u toplotnom zračenju. Stoga, mjerenje inherentnog infracrvenog zračenja objekta omogućava preciznu detekciju temperature njegove površine, što čini objektivnu osnovu i osnovni princip mjerenja infracrvene temperature.
Crno tijelo je idealan radijator koji apsorbira svu upadnu energiju zračenja preko valnih dužina bez refleksije ili transmisije, sa površinskom emisivnošću od 1. Međutim, praktično svi prirodni objekti nisu crna tijela. Da bi se razjasnili i kvantifikovali zakoni distribucije infracrvenog zračenja, potreban je teorijski model za istraživanje. Planck je predložio model kvantiziranog oscilatora za zračenje šupljine i izveo Plankov zakon zračenja crnog tijela, koji definira spektralni sjaj crnih tijela po talasnoj dužini. Služeći kao kamen temeljac svih teorija infracrvenog zračenja, ovo je također poznato kao zakon o zračenju crnog tijela.
Pored talasne dužine zračenja i temperature objekta, na izlaz zračenja stvarnih objekata utiču tip materijala, metode obrade, termalna istorija, površinski uslovi i faktori okoline. Da bi se zakon o zračenju crnog tijela primijenio na praktične objekte, uvodi se proporcionalni koeficijent vezan za svojstva materijala i površinske uslove, odnosno emisivnost. Ovaj koeficijent pokazuje koliko je toplotno zračenje stvarnog objekta približno onom crnog tijela, u rasponu od 0 do 1. U skladu sa zakonima zračenja, karakteristike infracrvenog zračenja bilo kojeg materijala mogu se odrediti kada se zna njegova emisivnost. Ključni faktori koji utječu na emisivnost uključuju vrstu materijala, hrapavost površine, fizičko-hemijsku strukturu i debljinu materijala.
2. Princip rada i struktura infracrvenih termometara
U prirodi, svi objekti iznad apsolutne nule neprekidno emituju infracrveno zračenje u okolni prostor. Magnituda i distribucija talasne dužine infracrvenog zračenja objekta su u bliskoj korelaciji sa temperaturom njegove površine. Stoga se precizno mjerenje površinske temperature može postići hvatanjem infracrvene energije samog objekta, što je temeljna osnova termometrije infracrvenog zračenja.
Princip rada infracrvenih termometara je pretvaranje infracrvene energije zračenja koju emituju mjereni objekti (npr. rastopljeni čelik) u električne signale. Intenzitet infracrvenog zračenja direktno odgovara temperaturi objekta, a izmjerena temperatura se određuje na osnovu konvertovane jačine električnog signala.
Infracrveni termometar se sastoji od optičkog sistema, fotoelektričnog detektora, pojačala signala, jedinice za obradu signala i izlaznog modula za prikaz. Optički sistem prikuplja energiju infracrvenog zračenja od mete unutar vidnog polja, čija je pokrivenost određena optičkim komponentama i rasporedom termometra. Fokusirana infracrvena energija se pretvara u proporcionalne električne signale pomoću fotoelektričnog detektora. Nakon pojačanja i obrade u namjenskim krugovima, signali se kalibriraju putem ugrađenih algoritama i ciljanih parametara emisivnosti kako bi se dobila konačna izmjerena vrijednost temperature.
Kada mjeri ciljnu temperaturu infracrvenim termometrom, uređaj prvo hvata infracrveno zračenje unutar postavljenog spektralnog opsega i u skladu s tim izračunava ciljnu temperaturu. Na osnovu principa rada, infracrveni termometri se dijele na jednobojne termometre i dvobojne termometre (termometri omjera zračenja). Jednobojni termometri mjere temperaturu proporcionalnu intenzitetu zračenja unutar jednog pojasa, dok dvobojni termometri izračunavaju temperaturu na osnovu omjera zračenja dva odvojena spektralna pojasa.
3. Razvoj i klasifikacija infracrvenih termometara
Moderna tehnologija infracrvenog mjerenja temperature podržava termičku detekciju skeniranja na površinama s promjenjivom temperaturom kako bi se stvorile slike raspodjele temperature i efikasno identificirale skrivene temperaturne razlike, što je funkcija koju realizuju infracrveni termalni snimači.
Tehnologija infracrvenog termičkog snimanja prvobitno je primijenjena na vojnu opremu. Texas Instruments (TI) je razvio prvi svjetski sistem za detekciju infracrvenog skeniranja. Od tada su zapadne zemlje naširoko usvojile tehnologiju infracrvenog termičkog snimanja za vojne platforme, uključujući avione, tenkove i ratne brodove, kao sisteme za termičko ciljanje, uvelike poboljšavajući mogućnosti pretraživanja i udaranja ciljeva.
Oprema za infracrveno mjerenje temperature općenito je kategorizirana u tri tipa:
(1) Infracrveni tačkasti termometri: uključujući prenosne i fiksne modele za montažu;
(2) Infracrveni skeneri;
(3) Infracrveni termalni aparati.
