Teorijski princip i primjena infracrvenog termometra
Postoji mnogo načina za mjerenje temperature. Termometri se mogu podijeliti u dvije vrste: kontaktni instrumenti za mjerenje temperature i beskontaktni instrumenti za mjerenje temperature. Tip kontakta uključuje poznati termometar za tečnost, termoparski termometar i termometar otpora na toplotu, itd. Kao što svi znamo, temperatura je jedan od najvažnijih parametara u sistemima grejanja, snabdevanja gasom, ventilacije i klimatizacije. Posebno u procesu termotehničkog mjerenja, tačnost temperature je često ključ uspjeha ili neuspjeha eksperimenta. Stoga je instrument za mjerenje temperature visoke preciznosti neophodan u inženjerstvu. Stoga, ovaj članak predstavlja neke principe i primjenu infracrvenih termometara u alatima za mjerenje temperature.
Teorijski princip infracrvenog mjerenja temperature:
U prirodi, kada je temperatura nekog objekta viša od apsolutne nule, zbog postojanja unutrašnjeg toplotnog kretanja, on će neprekidno zračiti elektromagnetne talase u okolinu, uključujući infracrvene zrake sa talasnim opsegom od 0.75µm~ 100µm. Njegova karakteristika je da na datoj temperaturi i talasnoj dužini, energija zračenja koju emituje objekat ima maksimalnu vrednost. Ova vrsta materijala naziva se crno tijelo, a njegov koeficijent refleksije je postavljen na 1. Koeficijent refleksije drugih materijala je manji od 1, naziva se to je sivo tijelo, jer je spektralna snaga zračenja P(λT) crnog tijela i maksimalna temperatura T zadovoljavaju Plankovu determinaciju. Pokazuje da je pri maksimalnoj temperaturi T snaga zračenja crnog tijela po jedinici površine na talasnoj dužini λ P(λT).
Kako temperatura raste, energija zračenja objekta postaje jača. Ovo je polazna tačka teorije infracrvenog zračenja i osnova dizajna jednopojasnog infracrvenog termometra.
Kako temperatura raste, vrh zračenja se pomiče u smjeru kratkog vala (lijevo) i zadovoljava Wienov teorem pomaka, valna dužina na vrhuncu je obrnuto proporcionalna maksimalnoj temperaturi T, a isprekidana linija je linija povezivanje vrha. Ova formula nam govori zašto visokotemperaturni termometri uglavnom rade na kratkim talasima, a niskotemperaturni termometri uglavnom rade na dugim talasima.
Brzina promjene energije zračenja sa temperaturom je veća na kratkotalasnom nego na dugom talasu, odnosno termometar koji radi na kratkom talasu ima relativno visok odnos signal-šum (visoka osetljivost) i jak protiv smetnji. Termometar bi trebao pokušati odabrati rad na vršnoj talasnoj dužini. Ovo je posebno važno u slučaju niske temperature i malih ciljeva.
Dva: Infracrveni termometar se sastoji od optičkog sistema, fotoelektričnog detektora, pojačala signala, obrade signala, izlaza na ekranu i drugih delova. Zračenje iz mjernog objekta i izvora povratne sprege modulira se modulatorom, a zatim ulazi u infracrveni detektor. Razlika između dva signala se pojačava antipojačivačem i kontroliše temperaturu izvora povratne sprege, tako da je spektralni zračenje izvora povratne sprege isti kao i kod objekta. Displej pokazuje temperaturu svjetline mjerenog objekta
Indikatori performansi i izbor tri infracrvena termometra:
Indikatori performansi infracrvenih termometara uključuju: raspon mjerenja temperature, rezoluciju prikaza, tačnost, raspon temperature radnog okruženja, ponovljivost, relativnu vlažnost, vrijeme odziva, napajanje, spektar odziva, veličinu, prikaz maksimalne vrijednosti, težinu, emisivnost, itd. Obratite pažnju na sledeće pri odabiru:
1. Odredite raspon mjerenja temperature: Opseg mjerenja temperature je najvažniji indeks performansi termometra. Svaki tip termometra ima svoj specifični temperaturni raspon. Zbog toga se izmjereni temperaturni raspon korisnika mora uzeti u obzir precizno i sveobuhvatno, ni preusko ni preširoko. Prema zakonu zračenja crnog tijela, u kratkom opsegu talasne dužine spektra, promjena energije zračenja uzrokovana temperaturom će premašiti promjenu energije zračenja uzrokovanu greškom emisivnosti.
2 Odredite ciljnu veličinu: Infracrveni termometri se mogu podijeliti na jednobojne termometre i dvobojne termometre (radijacioni kolorimetrijski termometri) prema principu. Za monohromatski termometar, kada se meri temperatura, površina mete koja se meri treba da ispuni vidno polje termometra. Preporučuje se da izmjerena veličina cilja prelazi 50 posto vidnog polja. Ako je ciljna veličina manja od vidnog polja, energija pozadinskog zračenja ući će u vizualne i akustične simbole termometra i ometati očitavanja mjerenja temperature, uzrokujući greške. Suprotno tome, ako je meta veća od vidnog polja pirometra, na pirometar neće utjecati pozadina izvan područja mjerenja. Za dvobojni pirometar, temperatura je određena omjerom energije zračenja u dva nezavisna pojasa talasnih dužina. Stoga, kada je cilj koji se mjeri mali, ne ispunjava vidno polje, a na putu mjerenja ima dima, prašine i prepreka koje prigušuju energiju zračenja, to neće imati značajan utjecaj na rezultate mjerenja. . Za male i pokretne ili vibrirajuće mete, dvobojni termometar je najbolji izbor. To je zbog malog promjera svjetlosnih zraka i njihove fleksibilnosti da prenose energiju svjetlosti preko zakrivljenih, blokiranih i presavijenih kanala.
3 Odredite koeficijent udaljenosti (optička rezolucija): Koeficijent udaljenosti je određen omjerom D:S, odnosno omjerom udaljenosti D između sonde termometra i mete i prečnika izmjerene mete. Ako se termometar zbog uslova okoline mora postaviti daleko od mete, a mora se izmjeriti mali cilj, treba odabrati termometar visoke optičke rezolucije. Što je veća optička rezolucija, odnosno povećanje D:S omjera, to je veća cijena pirometra. Ako je termometar daleko od mete, a cilj je mali, treba odabrati termometar sa visokim koeficijentom udaljenosti. Za pirometar sa fiksnom žižnom daljinom, fokusna tačka optičkog sistema je najmanja pozicija tačke, a tačka blizu i dalje od žižne tačke će se povećati. Postoje dva faktora udaljenosti.
4. Odredite opseg talasnih dužina: Emisivnost i karakteristike površine ciljnog materijala određuju odgovarajuću talasnu dužinu spektra pirometra. Za materijale od legure visoke refleksije postoji niska ili varijabilna emisivnost. U području visoke temperature, najbolja talasna dužina za mjerenje metalnih materijala je bliska infracrvena i može se odabrati 0.8-1.0 μm. Druge temperaturne zone mogu izabrati 1,6 μm, 2,2 μm i 3,9 μm. Pošto su neki materijali transparentni na određenoj talasnoj dužini, infracrvena energija će prodrijeti u te materijale, a za ovaj materijal treba odabrati posebnu valnu dužinu.
5 Odredite vrijeme odziva: Vrijeme odziva pokazuje brzinu reakcije infracrvenog termometra na izmjerenu promjenu temperature, koja je definirana kao vrijeme potrebno da se dostigne 95 posto energije konačnog očitanja, a povezano je s vremenskom konstantom fotodetektora, kola za obradu signala i sistema prikaza. Ako je brzina kretanja mete vrlo velika ili kada se mjeri brzo zagrijana meta, treba odabrati infracrveni termometar s brzim odzivom, inače se neće postići dovoljan odziv signala, a točnost mjerenja će biti smanjena. Međutim, ne zahtijevaju sve aplikacije infracrveni termometar s brzim odzivom. Za statičke ili ciljane termičke procese s termičkom inercijom, vrijeme odziva pirometra može biti opušteno.
6. Funkcija obrade signala: S obzirom na razliku između diskretnog procesa (kao što je proizvodnja dijelova) i kontinuiranog procesa, potrebno je da infracrveni termometar ima višestruke funkcije obrade signala (kao što je zadržavanje vrha, zadržavanje doline, prosječna vrijednost) za birati između, kao što je mjerenje temperature na transportnoj traci. Kada se boca koristi, potrebno je koristiti vršnu vrijednost za zadržavanje, a izlazni signal njene temperature se šalje u kontroler. Inače termometar očitava nižu temperaturu između boca. Ako koristite vršno zadržavanje, podesite vrijeme odziva termometra da bude nešto duže od vremenskog intervala između boca tako da barem jedna boca uvijek bude pod mjerenjem.
7 Razmatranje uslova okoline: Uslovi okoline termometra imaju veliki uticaj na rezultate merenja, koje treba uzeti u obzir i pravilno rešiti, inače će uticati na tačnost merenja temperature, pa čak i prouzrokovati štetu. Kada je temperatura okoline visoka i ima prašine, dima i pare, može se odabrati zaštitni poklopac, vodeno hlađenje, sistem za hlađenje vazduha, pročišćivač vazduha i drugi dodaci koje obezbeđuje proizvođač. Ovi dodaci mogu efikasno da se bave uticajima okoline i zaštite termometar za precizno merenje temperature. Prilikom specificiranja dodatne opreme, treba tražiti standardiziranu uslugu što je više moguće kako bi se smanjili troškovi instalacije.
8. Kalibracija termometra infracrvenog zračenja: infracrveni termometar mora biti kalibriran tako da može ispravno prikazati temperaturu mjerene mete. Ako je mjerenje temperature korišćenog termometra izvan tolerancije tokom upotrebe, potrebno ga je vratiti proizvođaču ili servisnom centru na ponovnu kalibraciju.
Karakteristike četiri infracrvenog termometra
1. Beskontaktno mjerenje: Ne treba dodirivati unutrašnjost ili površinu izmjerenog temperaturnog polja, tako da neće ometati stanje izmjerenog temperaturnog polja, a sam termometar neće biti oštećen temperaturnim poljem.
2. Široki opseg mjerenja: Budući da se radi o beskontaktnom mjerenju temperature, termometar nije u polju više ili niže temperature, već radi na normalnoj temperaturi ili pod uslovima koje termometar dozvoljava. U normalnim okolnostima može mjeriti od minus desetine do više od tri hiljade stepeni.
3. Brza brzina mjerenja temperature: to jest, brzo vrijeme odziva. Sve dok se prima infracrveno zračenje mete, temperatura se može fiksirati u kratkom vremenu.
4. Visoka tačnost: Infracrveno mjerenje temperature neće uništiti raspodjelu temperature samog objekta kao što je kontaktno mjerenje temperature, tako da je tačnost mjerenja visoka.
5. Visoka osjetljivost: Sve dok postoji mala promjena u temperaturi objekta, energija zračenja će se jako promijeniti, što je lako otkriti. Može mjeriti temperaturu malog temperaturnog polja i
6. Mjerenje raspodjele temperature i mjerenje temperature pokretnih ili rotirajućih objekata. Bezbedan i dug radni vek.
Nedostaci pet infracrvenih termometara:
1. Ranjiv na faktore okoline (temperatura okoline, prašina u vazduhu, itd.)
2. Ima veliki utjecaj na očitavanje temperature svijetle ili polirane metalne površine
3. Ograničeno samo na mjerenje vanjske temperature objekta, nezgodno je mjeriti temperaturu unutar objekta i kada postoje prepreke
Mjere opreza za korištenje šest infracrvenih termometara:
(1) Emisivnost objekta koji se ispituje mora biti tačno određena;
(2) Izbjegavati utjecaj visokotemperaturnih objekata u okolnom okruženju;
(3) Za prozirne materijale, temperatura okoline treba biti niža od temperature mjerenog objekta;
(4) Termometar treba da bude postavljen okomito na površinu predmeta koji se meri, i ni u kom slučaju ugao ne sme biti veći od 30 stepeni
(5) Ne može se koristiti za mjerenje temperature na svijetlim ili poliranim metalnim površinama i ne može se koristiti za mjerenje temperature kroz staklo;
(6) Ispravno odaberite koeficijent praćenja, ciljni prečnik mora ispuniti vidno polje;
(7) Ako se infracrveni termometar iznenada izloži temperaturnoj razlici okoline od 20 stepeni ili više, podaci mjerenja će biti netačni, a izmjerena vrijednost temperature će se uzeti nakon što se temperatura izbalansira. .
Sedam planova poboljšanja:
Budući da je obični infracrveni termometar ograničen samo na mjerenje vanjske temperature objekta, nezgodno je mjeriti temperaturu unutar objekta i kada postoje prepreke, pa se na detektorsku glavu može dodati dio optičkog vlakna, te sočivo. sa malim uglom gledanja može se ugraditi na prednji kraj, tako da energija zračenja mernog objekta prolazi kroz sočivo u unutrašnjost optičkog vlakna. Nakon višestrukih refleksija u optičkom vlaknu, ono se prenosi na detektor. Budući da se optičko vlakno može slobodno savijati, zračenje se može slobodno okretati, čime se rješava problem mjerenja unutrašnje temperature objekta, a može se mjeriti i temperatura na mjestima kao što su uglovi blokirani preprekama.
