Analiza sodobne uporabe tehnologije infrardečega termometra
Načelo merjenja temperature infrardečega termometra je pretvorba infrardeče sevalne energije, ki jo oddaja predmet, v električni signal. Velikost energije infrardečega sevanja ustreza temperaturi samega predmeta. Glede na velikost pretvorjenega električnega signala je mogoče določiti temperaturo predmeta. Infrardeča tehnologija merjenja temperature je bila razvita za skeniranje in merjenje temperature površine s toplotnimi spremembami, določanje njene slike porazdelitve temperature in hitro zaznavanje skritih temperaturnih razlik. To je infrardeča toplotna slika. Infrardeče termovizijske kamere so bile najprej uporabljene v vojski. Leta 2019 je ameriška korporacija TI razvila prvi infrardeči izvidniški sistem na svetu. Kasneje se je tehnologija infrardečega toplotnega slikanja zaporedoma uporabljala v letalih, tankih, vojnih ladjah in drugem orožju v zahodnih državah, kot sistem za toplotno opazovanje izvidniških ciljev, močno izboljša zmožnost iskanja in zadetkov na cilje. Infrardeča termovizijska kamera švedskega podjetja AGA je vodilna v civilni tehnologiji.
Infrardeči termometer je sestavljen iz optičnega sistema, fotoelektričnega detektorja, ojačevalnika signala, obdelave signala, izhodnega zaslona in drugih delov. Optični sistem zbira ciljno energijo infrardečega sevanja v svojem vidnem polju, velikost vidnega polja pa določajo optični deli termometra in njegov položaj. Infrardeča energija se fokusira na fotodetektor in pretvori v ustrezen električni signal. Signal prehaja skozi ojačevalnik in vezje za obdelavo signala ter se po korekciji glede na algoritem notranje obdelave instrumenta in emisivnosti tarče pretvori v vrednost temperature merjene tarče.
V naravi vsi predmeti s temperaturo višjo od absolutne ničle neprestano oddajajo energijo infrardečega sevanja v okoliški prostor. Velikost energije infrardečega sevanja predmeta in njegova porazdelitev glede na valovno dolžino sta zelo tesno povezani s temperaturo njegove površine. Zato lahko z merjenjem infrardeče energije, ki jo seva sam objekt, natančno določimo temperaturo njegove površine, kar je objektivna osnova za merjenje temperature infrardečega sevanja.
Črno telo je idealiziran sevalnik, ki absorbira vse valovne dolžine energije sevanja, nima odboja ali prenosa energije in ima emisivnost 1 na svoji površini. Vendar praktični predmeti v naravi skoraj niso črna telesa. Za razjasnitev in pridobitev porazdelitve infrardečega sevanja je treba v teoretični raziskavi izbrati ustrezen model. To je model kvantiziranega oscilatorja sevanja telesne votline, ki ga je predlagal Planck, s čimer je izpeljal zakon Planckovega sevanja črnega telesa, to je spektralni sev črnega telesa, izražen z valovno dolžino, ki je izhodišče vseh teorij infrardečega sevanja, torej je imenovan zakon sevanja črnega telesa. Količina sevanja vseh dejanskih predmetov ni odvisna le od valovne dolžine sevanja in temperature predmeta, temveč tudi od vrste materiala, iz katerega je predmet, metode priprave, termičnega procesa, stanja površine in okoljskih pogojev.
Infrardeče merjenje temperature sprejme metodo analize od točke do točke, kar pomeni, da je toplotno sevanje lokalnega območja predmeta osredotočeno na en sam detektor, moč sevanja pa se pretvori v temperaturo prek emisivnosti znanega predmeta. . Zaradi različnih zaznanih predmetov, obsegov merjenja in priložnosti uporabe sta zasnova videza in notranja struktura infrardečih termometrov drugačna, vendar je osnovna struktura na splošno podobna, predvsem vključuje optični sistem, fotodetektor, ojačevalnik signala in obdelavo signala, izhod zaslona in drugo deli. Infrardeče sevanje, ki ga oddaja radiator. Infrardeče sevanje ob vstopu v optični sistem modulator modulira v izmenično sevanje, ki ga detektor pretvori v ustrezen električni signal. Signal gre skozi ojačevalnik in vezje za obdelavo signala ter se pretvori v temperaturno vrednost izmerjene tarče, potem ko je popravljen v skladu z algoritmom v instrumentu in ciljno emisivnostjo.
Tri kategorije infrardečih termometrov:
(1) Infrardeči termometer za uporabo pri ljudeh: Čelni infrardeči termometer je termometer, ki uporablja princip infrardečega sprejema za merjenje človeškega telesa. Ko je v uporabi, morate okence za zaznavanje le priročno poravnati s čelom in lahko hitro in natančno izmerite telesno temperaturo.
(2) Industrijski infrardeči termometer: industrijski infrardeči termometer meri površinsko temperaturo predmeta, njegov optični senzor pa seva, odbija in oddaja energijo, nato pa sonda energijo zbere in fokusira, nato pa se informacija pretvori v branje prikaz z drugimi vezji Na stroju je laserska svetloba, opremljena s tem strojem, učinkovitejša pri usmerjanju na merjeni predmet in izboljšanju natančnosti meritev.
(3) Infrardeči termometri za živinorejo: brezkontaktni infrardeči termometri za živali temeljijo na Planckovem principu z natančnim merjenjem temperature telesne površine določenih delov površine živalskega telesa in popravljanjem temperaturne razlike med temperaturo telesne površine in dejansko temperaturo. Lahko natančno prikaže individualno telesno temperaturo živali.
Določanje obsega valovnih dolžin: Emisivnost in površinske lastnosti ciljnega materiala določajo spektralni odziv ali valovno dolžino pirometra. Za zlitine z visoko odbojnostjo je emisijska sposobnost nizka ali različna. V območju visokih temperatur je najboljša valovna dolžina za merjenje kovinskih materialov blizu infrardeče svetlobe in lahko izberete valovno dolžino {{0}}.18-1.0μm. Druga temperaturna območja lahko izberejo valovne dolžine 1,6 μm, 2,2 μm in 3,9 μm. Ker so nekateri materiali prozorni pri določeni valovni dolžini, bo infrardeča energija prodrla skozi te materiale, zato je treba za ta material izbrati posebno valovno dolžino. Na primer, valovne dolžine 10 μm, 2,2 μm in 3,9 μm se uporabljajo za merjenje notranje temperature stekla (steklo, ki ga testiramo, mora biti zelo debelo, sicer bo šlo skozi); za merjenje notranje temperature stekla se uporablja valovna dolžina 5,0 μm; ; Drug primer je merjenje polietilenske plastične folije z valovno dolžino 3,43 μm in poliestra z valovno dolžino 4,3 μm ali 7,9 μm.
Določite odzivni čas: Odzivni čas označuje reakcijsko hitrost infrardečega termometra na izmerjeno spremembo temperature, ki je opredeljena kot čas, potreben za doseganje 95 odstotkov energije končnega odčitka, ki je povezan s časovno konstanto fotodetektor, vezje za obdelavo signalov in prikazovalni sistem. Odzivni čas novega infrardečega termometra lahko doseže 1 ms. To je veliko hitreje od kontaktne metode merjenja temperature. Če je hitrost premikanja tarče zelo velika ali pri merjenju tarče, ki se hitro segreva, je treba izbrati infrardeči termometer s hitrim odzivom, sicer ne bo dosežen zadosten odziv signala in zmanjšana bo natančnost meritve. Vendar vse aplikacije ne zahtevajo hitro odzivnega infrardečega termometra. Pri statičnih ali ciljnih termičnih procesih, kjer obstaja toplotna vztrajnost, se lahko odzivni čas pirometra sprosti. Zato je treba izbiro odzivnega časa infrardečega termometra prilagoditi situaciji merjenega cilja.
Optična ločljivost je določena z razmerjem D proti S, ki je razmerje med razdaljo D med pirometrom in tarčo ter premerom S merilne točke. Če mora biti termometer zaradi okoljskih razmer nameščen daleč od cilja in je treba meriti majhen cilj, je treba izbrati termometer z visoko optično ločljivostjo. Višja kot je optična ločljivost, torej večanje razmerja D:S, višji je strošek pirometra.
Določanje obsega valovnih dolžin: Emisivnost in površinske lastnosti ciljnega materiala določajo spektralni odziv ali valovno dolžino pirometra. Za zlitine z visoko odbojnostjo je emisijska sposobnost nizka ali različna. V območju visokih temperatur je najboljša valovna dolžina za merjenje kovinskih materialov blizu infrardeče svetlobe in valovna dolžina {{0}}.18-1.{{10}}μm je lahko izbrano. Druga temperaturna območja lahko izberejo valovne dolžine 1,6 μm, 2,2 μm in 3,9 μm. Ker so nekateri materiali prozorni pri določeni valovni dolžini, bo infrardeča energija prodrla skozi te materiale, zato je treba za ta material izbrati posebno valovno dolžino. Na primer, valovne dolžine 1,0 μm, 2,2 μm in 3,9 μm se uporabljajo za merjenje notranje temperature stekla (steklo, ki ga testiramo, mora biti zelo debelo, sicer bo šlo skozi); valovna dolžina 5,0 μm se uporablja za merjenje notranje temperature stekla; valovna dolžina 8-14 μm se uporablja za nizke meritve. Priporočljivo je; drug primer je merjenje valovne dolžine 3,43 μm za polietilensko plastično folijo in valovne dolžine 4,3 μm ali 7,9 μm za poliester.
Določite odzivni čas: Odzivni čas označuje reakcijsko hitrost infrardečega termometra na izmerjeno spremembo temperature, ki je opredeljena kot čas, potreben za doseganje 95 odstotkov energije končnega odčitka, ki je povezan s časovno konstanto fotodetektor, vezje za obdelavo signalov in prikazovalni sistem. Odzivni čas infrardečega termometra znamke Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM lahko doseže 1 ms. To je veliko hitreje od kontaktnih metod merjenja temperature. Če je hitrost premikanja tarče zelo velika ali pri merjenju tarče, ki se hitro segreva, je treba izbrati infrardeči termometer s hitrim odzivom, sicer ne bo dosežen zadosten odziv signala in zmanjšana bo natančnost meritve. Vendar vse aplikacije ne zahtevajo hitro odzivnega infrardečega termometra. Pri statičnih ali ciljnih termičnih procesih, kjer obstaja toplotna vztrajnost, se lahko odzivni čas pirometra sprosti. Zato je treba izbiro odzivnega časa infrardečega termometra prilagoditi situaciji merjenega cilja.
Funkcija obdelave signala: Merjenje diskretnih procesov (kot je proizvodnja delov) se razlikuje od neprekinjenih procesov, ki zahtevajo, da imajo infrardeči termometri funkcije obdelave signala (kot so zadrževanje vrhov, zadrževanje v nižini, povprečna vrednost). Na primer, pri merjenju temperature stekla na tekočem traku je treba uporabiti najvišjo vrednost za zadrževanje, izhodni signal njegove temperature pa se pošlje krmilniku.
Upoštevanje okoljskih pogojev: Okoljski pogoji termometra imajo velik vpliv na rezultate meritev, kar je treba upoštevati in ustrezno razrešiti, sicer bodo vplivali na natančnost merjenja temperature in celo povzročili poškodbe termometra. Ko je temperatura okolja previsoka in so prisotni prah, dim in para, lahko izberete zaščitni pokrov, vodno hlajenje, zračni hladilni sistem, puhalo zraka in druge dodatke, ki jih ponuja proizvajalec. Ti dodatki lahko učinkovito obravnavajo vplive okolja in zaščitijo termometer za natančno merjenje temperature. Pri določanju dodatne opreme je treba čim bolj standardizirati storitev, da zmanjšate stroške namestitve. Kadar dim, prah ali drugi delci zmanjšajo merilni energijski signal, je najboljša izbira dvobarvni termometer. Pod hrupom, elektromagnetnim poljem, vibracijami ali nedostopnimi okoljskimi pogoji ali drugimi težkimi pogoji je dvobarvni termometer z optičnimi vlakni najboljša izbira.
Pri aplikacijah z zaprtimi ali nevarnimi materiali, kot so posode ali vakuumske komore, pirometer gleda skozi okno. Material mora biti dovolj močan in prehajati skozi območje delovne valovne dolžine uporabljenega pirometra. Ugotovite tudi, ali mora operater opazovati tudi skozi okno, zato izberite ustrezno mesto namestitve in material okna, da se izognete medsebojnemu vplivu. Pri nizkotemperaturnih merilnih aplikacijah se kot okna običajno uporabljajo materiali Ge ali Si, ki so neprozorni za vidno svetlobo in človeško oko ne more opazovati tarče skozi okno. Če mora operater skozi okno, je treba uporabiti optični material, ki prepušča infrardeče sevanje in vidno svetlobo. Na primer, optični material, ki prepušča infrardeče sevanje in vidno svetlobo, je treba uporabiti kot material za okna, kot sta ZnSe ali BaF2.
Enostavno upravljanje in enostavna uporaba: Infrardeči termometri morajo biti intuitivni, enostavni za upravljanje in preprosti za uporabo s strani operaterjev. Med njimi so prenosni infrardeči termometri, ki so majhni, lahki in jih nosijo ljudje, ki vključujejo merjenje temperature in prikazovanje. Instrumenti za merjenje temperature lahko prikažejo temperaturo in izpišejo različne informacije o temperaturi na prikazovalniku, nekatere pa je mogoče upravljati z daljinskim upravljalnikom ali računalniškim programom.
V primeru težkih in zapletenih okoljskih pogojev je mogoče izbrati sistem z ločeno temperaturno merilno glavo in zaslonom za enostavno namestitev in konfiguracijo. Izberete lahko obliko izhodnega signala, ki ustreza trenutni krmilni opremi. Kalibracija infrardečega termometra za sevanje: infrardeči termometer mora biti umerjen tako, da lahko pravilno prikazuje temperaturo izmerjene tarče. Če je izmerjena temperatura uporabljenega termometra med uporabo izven tolerance, ga je treba vrniti proizvajalcu ali servisnemu centru za ponovno kalibracijo.
