Теоријски принцип и примена инфрацрвеног термометра
Постоји много начина за мерење температуре. Термометри се могу поделити на два типа: контактни инструменти за мерење температуре и бесконтактни инструменти за мерење температуре. Тип контакта укључује познати термометар за течност, термопарски термометар и термометар отпора, итд. Као што сви знамо, температура је један од најважнијих параметара у системима грејања, снабдевања гасом, вентилације и климатизације. Посебно у процесу термотехничког мерења, тачност температуре је често кључ успеха или неуспеха експеримента. Због тога је инструмент за мерење температуре високе прецизности неопходан у инжењерингу. Стога, овај чланак представља неке принципе и примене инфрацрвених термометара у алатима за мерење температуре.
Теоријски принцип инфрацрвеног мерења температуре:
У природи, када је температура објекта виша од апсолутне нуле, због постојања унутрашњег топлотног кретања, он ће непрекидно емитовати електромагнетне таласе у околину, укључујући инфрацрвене зраке са таласним опсегом од 0.75µм~ 100µм. Његова карактеристика је да на датој температури и таласној дужини, енергија зрачења коју емитује објекат има максималну вредност. Ова врста материјала се назива црно тело, а његов коефицијент рефлексије је постављен на 1. Коефицијент рефлексије других материјала је мањи од 1, назива се то је сиво тело, јер је спектрална снага зрачења П(λТ) црног тела и максимална температура Т задовољавају Планкову детерминацију. Он показује да је на максималној температури Т снага зрачења црног тела по јединици површине на таласној дужини λ П(λТ).
Како температура расте, енергија зрачења објекта постаје јача. Ово је полазна тачка теорије инфрацрвеног зрачења и основа дизајна једнопојасног инфрацрвеног термометра.
Како температура расте, врх зрачења се помера у правцу кратког таласа (лево), и задовољава Виенову теорему померања, таласна дужина на врху је обрнуто пропорционална максималној температури Т, а испрекидана линија је линија повезивање врха. Ова формула нам говори зашто високотемпературни термометри углавном раде на кратким таласима, а нискотемпературни термометри углавном раде на дугим таласима.
Брзина промене енергије зрачења са температуром је већа на краткоталасном него на дугом таласу, односно термометар који ради на кратком таласу има релативно висок однос сигнал-шум (висока осетљивост) и јак против мешања. Термометар треба да покуша да изабере да ради на вршној таласној дужини. Ово је посебно важно у случају ниске температуре и малих циљева.
Два: Инфрацрвени термометар се састоји од оптичког система, фотоелектричног детектора, појачавача сигнала, обраде сигнала, излаза на екрану и других делова. Зрачење из мерног објекта и извора повратне спреге модулише модулатор, а затим улази у инфрацрвени детектор. Разлика између два сигнала се појачава анти-појачивачем и контролише температуру извора повратне спреге, тако да је спектрални сјај извора повратне спреге исти као и код објекта. Дисплеј показује температуру осветљености мереног објекта
Индикатори учинка и избор три инфрацрвена термометра:
Индикатори перформанси инфрацрвених термометара укључују: опсег мерења температуре, резолуцију екрана, тачност, опсег температуре радног окружења, поновљивост, релативну влажност, време одзива, напајање, спектар одзива, величину, приказ максималне вредности, тежину, емисивност, итд. на следеће при избору:
1. Одредите опсег мерења температуре: Опсег мерења температуре је најважнији индекс перформанси термометра. Сваки тип термометра има свој специфични температурни опсег. Због тога се корисников измерени температурни опсег мора узети у обзир тачно и свеобухватно, ни преуско ни прешироко. Према закону зрачења црног тела, у кратком опсегу таласне дужине спектра, промена енергије зрачења узрокована температуром ће премашити промену енергије зрачења узроковану грешком емисивности.
2 Одредите циљну величину: Инфрацрвени термометри се могу поделити на једнобојне термометре и двобојне термометре (радијациони колориметријски термометри) према принципу. За монохроматски термометар, при мерењу температуре, површина мете која се мери треба да испуни видно поље термометра. Препоручује се да измерена величина циља прелази 50 процената видног поља. Ако је циљна величина мања од видног поља, енергија позадинског зрачења ће ући у визуелне и акустичне симболе термометра и ометати очитавања мерења температуре, узрокујући грешке. Супротно томе, ако је мета већа од видног поља пирометра, на пирометар неће утицати позадина изван области мерења. За двобојни пирометар, температура је одређена односом енергије зрачења у два независна опсега таласних дужина. Због тога, када је циљ који се мери мали, не испуњава видно поље, а на путу мерења има дима, прашине и препрека које пригушују енергију зрачења, то неће имати значајан утицај на резултате мерења. . За мале и покретне или вибрирајуће мете, двобојни термометар је најбољи избор. Ово је због малог пречника светлосних зрака и њихове флексибилности да преносе енергију светлосног зрачења преко закривљених, блокираних и пресавијених канала.
3 Одредите коефицијент удаљености (оптичка резолуција): Коефицијент удаљености је одређен односом Д:С, односно односом растојања Д између сонде термометра и мете и пречника мерене мете. Ако се термометар мора поставити далеко од мете због услова околине, а мора се измерити мали циљ, треба изабрати термометар високе оптичке резолуције. Што је већа оптичка резолуција, односно повећање Д:С односа, то је већа цена пирометра. Ако је термометар далеко од мете, а циљ је мали, треба изабрати термометар са високим коефицијентом удаљености. За пирометар са фиксном жижном даљином, жижна тачка оптичког система је најмања позиција тачке, а тачка близу и даље од жижне тачке ће се повећати. Постоје два фактора удаљености.
4. Одредите опсег таласних дужина: Емисивност и површинске карактеристике циљног материјала одређују одговарајућу таласну дужину спектра пирометра. За материјале од легуре високе рефлексије постоји ниска или променљива емисивност. У области високе температуре, најбоља таласна дужина за мерење металних материјала је блиска инфрацрвена и може се изабрати 0.8-1.0 μм. Друге температурне зоне могу изабрати 1,6 μм, 2,2 μм и 3,9 μм. Пошто су неки материјали провидни на одређеној таласној дужини, инфрацрвена енергија ће продрети у ове материјале, а за овај материјал треба изабрати посебну таласну дужину.
5 Одредите време одзива: Време одзива показује брзину реакције инфрацрвеног термометра на измерену температурну промену, која је дефинисана као време потребно да се достигне 95 процената енергије коначног очитавања, а повезано је са временском константом фотодетектора, кола за обраду сигнала и система приказа. Ако је брзина кретања мете веома брза или када се мери брзо загревајући циљ, треба изабрати инфрацрвени термометар са брзим одзивом, иначе се неће постићи довољан одзив сигнала, а тачност мерења ће бити смањена. Међутим, не захтевају све апликације инфрацрвени термометар са брзим одзивом. За статичке или циљане термичке процесе са топлотном инерцијом, време одзива пирометра може бити опуштено.
6. Функција обраде сигнала: С обзиром на разлику између дискретног процеса (као што је производња делова) и континуираног процеса, од инфрацрвеног термометра се захтева да има више функција обраде сигнала (као што је задржавање врха, задржавање долине, просечна вредност) за бирати између, као што је мерење температуре на покретној траци. Када се боца користи, потребно је користити вршну вредност за задржавање, а излазни сигнал њене температуре се шаље контролеру. У супротном, термометар очитава нижу вредност температуре између боца. Ако користите вршно задржавање, подесите време одзива термометра да буде нешто дуже од временског интервала између боца тако да бар једна боца увек буде под мерењем.
7 Разматрање услова околине: Услови околине термометра имају велики утицај на резултате мерења, које треба узети у обзир и правилно решити, иначе ће утицати на тачност мерења температуре па чак и проузроковати штету. Када је температура околине висока и има прашине, дима и паре, може се изабрати заштитни поклопац, водено хлађење, систем за ваздушно хлађење, пречистач ваздуха и други додаци које обезбеђује произвођач. Ови додаци могу ефикасно да се баве утицајима околине и заштите термометар за прецизно мерење температуре. Приликом одређивања додатне опреме, треба тражити стандардизовану услугу што је више могуће како би се смањили трошкови инсталације.
8. Калибрација термометра инфрацрвеног зрачења: инфрацрвени термометар мора бити калибрисан тако да може исправно приказати температуру мерене мете. Ако је мерење температуре коришћеног термометра ван толеранције током употребе, потребно га је вратити произвођачу или центру за поправку на поновну калибрацију.
Карактеристике четири инфрацрвеног термометра
1. Бесконтактно мерење: Не треба да додирује унутрашњост или површину измереног температурног поља, тако да неће ометати стање измереног температурног поља, а сам термометар неће бити оштећен температурним пољем.
2. Широк опсег мерења: Пошто се ради о бесконтактном мерењу температуре, термометар није у пољу више или ниже температуре, већ ради на нормалној температури или под условима које термометар дозвољава. У нормалним околностима може да мери од минус десетине степени до више од три хиљаде степени.
3. Брза брзина мерења температуре: то јест, брзо време одзива. Све док се инфрацрвено зрачење мете прима, температура се може фиксирати за кратко време.
4. Висока тачност: Инфрацрвено мерење температуре неће уништити дистрибуцију температуре самог објекта као што је контактно мерење температуре, тако да је тачност мерења висока.
5. Висока осетљивост: Све док постоји мала промена у температури објекта, енергија зрачења ће се значајно променити, што је лако открити. Може да мери температуру малог температурног поља и
6. Мерење расподеле температуре и мерење температуре покретних или ротирајућих објеката. Безбедан и дуг радни век.
Недостаци пет инфрацрвених термометара:
1. Рањив на факторе околине (температура околине, прашина у ваздуху, итд.)
2. Има велики утицај на очитавање температуре светле или полиране металне површине
3. Ограничено само на мерење спољашње температуре објекта, незгодно је мерити температуру унутар објекта и када постоје препреке
Мере предострожности за употребу шест инфрацрвених термометара:
(1) Емисивност објекта који се испитује мора бити тачно одређена;
(2) Избегавајте утицај објеката високе температуре у околини;
(3) За провидне материјале, температура околине треба да буде нижа од температуре мереног објекта;
(4) Термометар треба да буде постављен вертикално на површину предмета који се мери, и ни у ком случају угао не сме да прелази 30 степени
(5) Не може се користити за мерење температуре на светлим или полираним металним површинама и не може се користити за мерење температуре кроз стакло;
(6) Правилно изаберите коефицијент праћења, циљни пречник мора испунити видно поље;
(7) Ако се инфрацрвени термометар изненада изложи температурној разлици околине од 20 степени или више, подаци мерења ће бити нетачни, а измерена вредност температуре ће се узети након што се температура избалансира. .
Седам планова побољшања:
Пошто је обичан инфрацрвени термометар ограничен само на мерење спољашње температуре објекта, незгодно је мерити температуру унутар објекта и када постоје препреке, па се на детекторску главу може додати део оптичког влакна, а сочиво са малим углом гледања може се уградити на предњи крај, тако да енергија зрачења мереног објекта пролази кроз сочиво у унутрашњост оптичког влакна. Након вишеструких рефлексија у оптичком влакну, оно се преноси на детектор. Пошто се оптичко влакно може слободно савијати, зрачење се може слободно окретати, што решава проблем мерења унутрашње температуре објекта и може мерити температуру места као што су углови блокирани препрекама.
