Teoretična načela in uporaba infrardečega termometra
Obstaja veliko načinov za merjenje temperature. Termometre lahko razdelimo na dve vrsti: kontaktne merilnike temperature in brezkontaktne merilnike temperature. Kontaktni tip vključuje znani termometer za tekočino, termometer s termočlenom in termometer s toplotnim uporom itd. Kot vsi vemo, je temperatura eden najpomembnejših parametrov v sistemih ogrevanja, oskrbe s plinom, prezračevanja in klimatizacije. Zlasti v procesu termotehničnih meritev je natančnost temperature pogosto ključ do uspeha ali neuspeha eksperimenta. Zato je visoko natančen instrument za merjenje temperature bistvenega pomena v tehniki. Zato ta članek predstavlja nekaj principov in uporabe infrardečih termometrov v orodjih za merjenje temperature.
Teoretični princip infrardečega merjenja temperature:
V naravi, ko je temperatura predmeta višja od absolutne ničle, bo zaradi obstoja notranjega toplotnega gibanja nenehno seval elektromagnetne valove v okolico, vključno z infrardečimi žarki z valovnim pasom 0,75µm~ 100 µm. Njegova značilnost je, da ima pri dani temperaturi in valovni dolžini sevalna energija, ki jo oddaja predmet, največjo vrednost. Ta vrsta materiala se imenuje črno telo, njegov odbojni koeficient pa je nastavljen na 1. Odbojni koeficient drugih materialov je manjši od 1, kar se imenuje sivo telo, ker je spektralna moč sevanja P(λT) črnega telesa in najvišja temperatura T ustrezata Planckovi določitvi. Kaže, da je pri najvišji temperaturi T moč sevanja črnega telesa na enoto površine pri valovni dolžini λ P(λT).
Ko se temperatura dvigne, postane sevalna energija predmeta močnejša. To je izhodišče teorije infrardečega sevanja in osnova zasnove enopasovnega infrardečega termometra.
Ko temperatura narašča, se vrh sevanja premakne v kratkovalovno smer (v levo) in zadošča Wienovemu izreku o premiku, valovna dolžina na vrhu je obratno sorazmerna z najvišjo temperaturo T, pikčasta črta pa je črta povezovanje vrha. Ta formula nam pove, zakaj visokotemperaturni termometri večinoma delujejo na kratkih valovih, nizkotemperaturni termometri pa večinoma delujejo na dolgih valovih.
Hitrost spreminjanja sevalne energije s temperaturo je večja pri kratkih valovih kot pri dolgih valovih, to pomeni, da ima termometer, ki deluje pri kratkih valovih, relativno visoko razmerje med signalom in šumom (visoka občutljivost) in močno proti motnjam. Termometer naj poskuša izbrati delo na najvišji valovni dolžini. Zlasti pri nizkih temperaturah in majhnih ciljih je to še posebej pomembno.
Dva: Infrardeči termometer je sestavljen iz optičnega sistema, fotoelektričnega detektorja, ojačevalnika signala, obdelave signala, izhoda zaslona in drugih delov. Sevanje merjenega predmeta in vira povratne informacije modulira modulator in nato vnese v infrardeči detektor. Razliko med obema signaloma ojača anti-ojačevalnik in nadzoruje temperaturo povratnega vira, tako da je spektralni sev povratnega vira enak tistemu predmeta. Zaslon prikazuje svetlobno temperaturo merjenega predmeta
Indikatorji delovanja in izbira treh infrardečih termometrov:
Indikatorji delovanja infrardečih termometrov vključujejo: merilno območje temperature, ločljivost zaslona, natančnost, temperaturno območje delovnega okolja, ponovljivost, relativno vlažnost, odzivni čas, napajanje, odzivni spekter, velikost, prikaz največje vrednosti, težo, emisijsko sposobnost itd. Bodite pozorni pri izbiri na naslednje:
1. Določite območje merjenja temperature: Območje merjenja temperature je najpomembnejši indeks učinkovitosti termometra. Vsak tip termometra ima svoje specifično temperaturno območje. Zato je treba uporabniško izmerjeno temperaturno območje upoštevati natančno in celovito, ne preozko ne preširoko. V skladu z zakonom o sevanju črnega telesa bo v pasu kratke valovne dolžine spektra sprememba sevalne energije, ki jo povzroči temperatura, presegla spremembo sevalne energije, ki jo povzroči napaka emisijske sposobnosti.
2 Določite ciljno velikost: Infrardeče termometre lahko glede na načelo razdelimo na enobarvne termometre in dvobarvne termometre (radiacijski kolorimetrični termometri). Pri monokromatskem termometru mora pri merjenju temperature območje tarče, ki jo želite izmeriti, zapolnjevati vidno polje termometra. Priporočljivo je, da izmerjena velikost tarče presega 50 odstotkov vidnega polja. Če je ciljna velikost manjša od vidnega polja, bo energija sevanja ozadja vstopila v vizualne in akustične simbole termometra in motila odčitke meritev temperature, kar bo povzročilo napake. Nasprotno, če je tarča večja od vidnega polja pirometra, na pirometer ne bo vplivalo ozadje zunaj merilnega območja. Za dvobarvni pirometer je temperatura določena z razmerjem sevalne energije v dveh neodvisnih pasovih valovnih dolžin. Če je merjena tarča majhna, ne zapolnjuje vidnega polja in so na merilni poti dim, prah in ovire, ki oslabijo energijo sevanja, to ne bo pomembno vplivalo na rezultate meritev. . Za majhne in premikajoče se ali vibrirajoče tarče je dvobarvni termometer najboljša izbira. To je posledica majhnega premera svetlobnih žarkov in njihove prožnosti za prenos svetlobne sevalne energije preko ukrivljenih, blokiranih in prepognjenih kanalov.
3 Določite koeficient oddaljenosti (optična ločljivost): Koeficient oddaljenosti je določen z razmerjem D:S, to je razmerjem med razdaljo D med sondo termometra in tarčo ter premerom merjene tarče. 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. Če je termometer daleč od tarče in je tarča majhna, je treba izbrati termometer z visokim koeficientom oddaljenosti. Pri pirometru s fiksno goriščno razdaljo je žarišče optičnega sistema najmanjši položaj pege, pika blizu in daleč od žarišča pa se poveča. Obstajata dva dejavnika razdalje.
4. Določite razpon valovnih dolžin: Emisivnost in površinske značilnosti tarčnega materiala določajo ustrezno valovno dolžino spektra pirometra. Za zlitine z visoko odbojnostjo obstaja nizka ali spremenljiva emisijska sposobnost. V območju visokih temperatur je najboljša valovna dolžina za merjenje kovinskih materialov bližnja infrardeča in lahko izberete 0.8-1.0 μm. Druga temperaturna območja lahko izberejo 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.
5 Določite odzivni čas: Odzivni čas označuje hitrost reakcije infrardečega termometra na izmerjeno spremembo temperature, ki je opredeljena kot čas, potreben za doseganje 95 odstotkov energije končnega odčitka, in je povezan s časovno konstanto fotodetektorja, vezja za obdelavo signalov in povezanega sistema prikaza. 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. Za statične ali ciljne termične procese s toplotno vztrajnostjo se lahko odzivni čas pirometra sprosti.
6. Funkcija obdelave signala: glede na razliko med diskretnim procesom (kot je proizvodnja delov) in neprekinjenim procesom, mora infrardeči termometer imeti več funkcij obdelave signala (kot so zadrževanje vrha, zadrževanje v nižini, povprečna vrednost) za izbirate med, kot je merjenje temperature na tekočem traku. Ko je steklenica uporabljena, je treba uporabiti najvišjo vrednost za zadrževanje, izhodni signal njene temperature pa se pošlje krmilniku. V nasprotnem primeru termometer odčita nižjo temperaturo med steklenicama. Če uporabljate zadrževanje konic, nastavite odzivni čas termometra tako, da bo nekoliko daljši od časovnega intervala med steklenicami, tako da bo vsaj ena steklenica vedno pod meritvijo.
7 Upoštevanje okoljskih pogojev: Okoljski pogoji termometra imajo velik vpliv na rezultate meritev, kar je treba upoštevati in ustrezno razrešiti, sicer bo vplivalo na natančnost merjenja temperature in celo povzročilo škodo. Ko je temperatura okolja visoka in so prisotni prah, dim in para, je mogoče izbrati zaščitni pokrov, vodno hlajenje, sistem za hlajenje zraka, čistilec zraka in druge dodatke, ki jih zagotovi 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.
8. Kalibracija infrardečega termometra: 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.
Lastnosti štirih infrardečih termometrov
1. Brezkontaktno merjenje: Ni se mu treba dotikati notranjosti ali površine izmerjenega temperaturnega polja, zato ne bo vplivalo na stanje izmerjenega temperaturnega polja in samega termometra temperaturno polje ne bo poškodovalo.
2. Širok merilni obseg: Ker gre za brezkontaktno merjenje temperature, termometer ni v višjem ali nižjem temperaturnem polju, ampak deluje pri normalni temperaturi oziroma pod pogoji, ki jih termometer dovoljuje. V normalnih okoliščinah lahko meri od minus deset stopinj do več kot tri tisoč stopinj.
3. Hitro merjenje temperature: to je hiter odzivni čas. Dokler sprejema infrardeče sevanje tarče, je mogoče temperaturo popraviti v kratkem času.
4. Visoka natančnost: Infrardeče merjenje temperature ne bo uničilo porazdelitve temperature samega predmeta kot kontaktno merjenje temperature, zato je natančnost merjenja visoka.
5. Visoka občutljivost: Dokler pride do majhne spremembe temperature predmeta, se bo energija sevanja močno spremenila, kar je enostavno zaznati. Lahko meri temperaturo majhnega temperaturnega polja in
6. Merjenje porazdelitve temperature in merjenje temperature premikajočih se ali vrtečih se predmetov. Varna in dolga življenjska doba.
Slabosti petih infrardečih termometrov:
1. Občutljivost na okoljske dejavnike (temperatura okolice, prah v zraku itd.)
2. Ima velik vpliv na odčitavanje temperature svetle ali polirane kovinske površine
3. Omejeno le na merjenje zunanje temperature predmeta, je neprijetno meriti temperaturo znotraj predmeta in kadar obstajajo ovire
Previdnostni ukrepi za uporabo šestih infrardečih termometrov:
(1) Emisivnost preskušanega predmeta mora biti natančno določena;
(2) Izogibajte se vplivu visokotemperaturnih predmetov v okolici;
(3) Za prozorne materiale mora biti temperatura okolja nižja od temperature merjenega predmeta;
(4) Termometer mora biti poravnan navpično na površino predmeta, ki ga želite meriti, pod nobenim pogojem pa kot ne sme preseči 30 stopinj.
(5) Ni ga mogoče uporabiti za merjenje temperature na svetlih ali poliranih kovinskih površinah in ga ni mogoče uporabiti za merjenje temperature skozi steklo;
(6) Pravilno izberite koeficient sledenja, ciljni premer mora zapolniti vidno polje;
(7) Če je infrardeči termometer nenadoma izpostavljen temperaturni razliki okolja 20 stopinj ali več, bodo podatki o meritvah netočni in izmerjena vrednost temperature bo vzeta, ko bo temperatura uravnotežena. .
Sedem načrtov za izboljšave:
Ker je običajni infrardeči termometer omejen le na merjenje zunanje temperature predmeta, je neprijetno meriti temperaturo v notranjosti predmeta in kadar obstajajo ovire, zato lahko detekcijski glavi dodamo del optičnega vlakna in lečo. z majhnim vidnim kotom lahko namestite na sprednji konec, tako da sevalna energija merjenega predmeta prehaja skozi lečo v notranjost optičnega vlakna. Po večkratnem odboju v optičnem vlaknu se prenese na detektor. Ker je optično vlakno mogoče prosto upogniti, se lahko sevanje prosto obrača, kar rešuje problem merjenja notranje temperature predmeta in lahko meri temperaturo mest, kot so vogali, ki jih blokirajo ovire.
