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. Kontaktni tip uključuje poznati termometar za tekućinu, termometar s termoelementom i termometar toplinskog otpora, itd. Kao što svi znamo, temperatura je jedan od najvažnijih parametara u sustavima grijanja, opskrbe plinom, ventilacije i klimatizacije. Osobito u procesu termotehničkog mjerenja, točnost temperature često je ključ uspjeha ili neuspjeha eksperimenta. Stoga je instrument za mjerenje temperature visoke točnosti neophodan u inženjerstvu. Stoga ovaj članak predstavlja neke principe i primjene infracrvenih termometara u alatima za mjerenje temperature.
Teoretski princip infracrvenog mjerenja temperature:
U prirodi, kada je temperatura objekta viša od apsolutne nule, zbog postojanja unutarnjeg toplinskog gibanja, on će kontinuirano zračiti elektromagnetske valove u okolinu, uključujući infracrvene zrake s valnim pojasom od 0.75µm~ 100 µm. Njegova je karakteristika da pri određenoj temperaturi i valnoj duljini energija zračenja koju emitira objekt ima najveću vrijednost. Ova vrsta materijala naziva se crno tijelo, a njegov koeficijent refleksije je postavljen na 1. Koeficijent refleksije drugih materijala manji je od 1, što se naziva To je sivo tijelo, jer je spektralna snaga zračenja P(λT) crnog tijela a maksimalna temperatura T zadovoljavaju Planckovo određenje. Pokazuje da je pri maksimalnoj temperaturi T snaga zračenja crnog tijela po jedinici površine na valnoj duljini λ P(λT).
Kako temperatura raste, energija zračenja objekta postaje jača. Ovo je početna točka teorije infracrvenog zračenja i osnova dizajna jednopojasnog infracrvenog termometra.
Kako temperatura raste, vrh zračenja se pomiče u smjeru kratkih valova (ulijevo) i zadovoljava Wienov teorem o pomaku, valna duljina na vrhu je obrnuto proporcionalna maksimalnoj temperaturi T, a točkasta linija je linija povezivanje vrha. Ova formula nam govori zašto visokotemperaturni termometri uglavnom rade na kratkim valovima, a niskotemperaturni termometri uglavnom rade na dugim valovima.
Brzina promjene energije zračenja s temperaturom veća je na kratkovalnom nego na dugovalnom, odnosno termometar koji radi na kratkom valu ima relativno visok omjer signala i šuma (visoka osjetljivost) i jak protiv smetnji. Termometar bi trebao pokušati raditi na vršnoj valnoj duljini. To je posebno važno u slučaju niske temperature i malih ciljeva.
Dva: Infracrveni termometar sastoji se od optičkog sustava, fotoelektričnog detektora, pojačala signala, obrade signala, izlaza zaslona i drugih dijelova. Zračenje iz mjerenog objekta i izvora povratne sprege modulira modulator, a zatim ga šalje u infracrveni detektor. Razliku između dva signala pojačava anti-pojačalo i kontrolira temperaturu izvora povratne sprege, tako da je spektralna radijancija izvora povratne sprege jednaka onoj objekta. Zaslon pokazuje temperaturu svjetline mjerenog objekta
Pokazatelji učinka i izbor tri infracrvena termometra:
Pokazatelji učinka infracrvenih termometara uključuju: raspon mjerenja temperature, razlučivost zaslona, točnost, raspon temperature radne okoline, ponovljivost, relativnu vlažnost, vrijeme odziva, napajanje, spektar odziva, veličinu, prikaz maksimalne vrijednosti, težinu, emisivnost itd. Obratite pozornost pri odabiru na sljedeće:
1. Odredite raspon mjerenja temperature: Raspon mjerenja temperature najvažniji je pokazatelj učinkovitosti termometra. Svaki tip termometra ima svoje specifično temperaturno područje. Stoga se temperaturno područje mjerenja korisnika mora promatrati točno i sveobuhvatno, niti preusko niti preširoko. Prema zakonu o zračenju crnog tijela, u pojasu kratke valne duljine spektra, promjena energije zračenja uzrokovana temperaturom će premašiti promjenu energije zračenja uzrokovanu greškom emisivnosti.
2 Odredite ciljnu veličinu: Infracrveni termometri mogu se podijeliti na jednobojne termometre i dvobojne termometre (radijacijski kolorimetrijski termometri) prema principu. Kod monokromatskog termometra, pri mjerenju temperature, područje mete koje treba mjeriti treba ispunjavati vidno polje termometra. Preporuča se da izmjerena veličina cilja prelazi 50 posto vidnog polja. Ako je ciljna veličina manja od vidnog polja, energija pozadinskog zračenja će ući u vizualne i akustične simbole termometra i ometati očitanja mjerenja temperature, uzrokujući pogreške. Suprotno tome, ako je cilj veći od vidnog polja pirometra, na pirometar neće utjecati pozadina izvan područja mjerenja. Za dvobojni pirometar, temperatura je određena omjerom energije zračenja u dva neovisna pojasa valnih duljina. Stoga, kada je cilj koji se mjeri malen, ne ispunjava vidno polje, a na putu mjerenja ima dima, prašine i prepreka koje smanjuju energiju zračenja, to neće imati značajan utjecaj na rezultate mjerenja. . Za male i pokretne ili vibrirajuće mete najbolji je izbor dvobojni termometar. To je zbog malog promjera svjetlosnih zraka i njihove fleksibilnosti da prenose energiju zračenja svjetlosti preko zakrivljenih, blokiranih i presavijenih kanala.
3 Odredite koeficijent udaljenosti (optička rezolucija): Koeficijent udaljenosti određen je omjerom D:S, odnosno omjerom udaljenosti D između sonde termometra i mete i promjera mjerene mete. Ako se termometar mora postaviti daleko od mete zbog uvjeta okoline, a mora se mjeriti mala meta, treba odabrati termometar visoke optičke rezolucije. Što je veća optička rezolucija, tj. povećanje omjera D:S, to je veća cijena pirometra. Ako je termometar daleko od cilja, a cilj je mali, treba odabrati termometar s visokim koeficijentom udaljenosti. Za pirometar s fiksnom žarišnom duljinom, žarište optičkog sustava je najmanji položaj točke, a točka blizu i daleko od žarišta će se povećati. Postoje dva faktora udaljenosti.
4. Odredite raspon valnih duljina: Emisivnost i površinske karakteristike ciljanog materijala određuju odgovarajuću valnu duljinu spektra pirometra. Za materijale od legura visoke refleksije postoji niska ili promjenjiva emisija. U području visokih temperatura, najbolja valna duljina za mjerenje metalnih materijala je bliska infracrvenom, a može se odabrati 0.8-1.0 μm. Druge temperaturne zone mogu odabrati 1,6 μm, 2,2 μm i 3,9 μm. Budući da su neki materijali prozirni na određenoj valnoj duljini, infracrvena energija će prodrijeti kroz te materijale i za taj materijal treba odabrati posebnu valnu duljinu.
5 Odredite vrijeme odziva: Vrijeme odziva pokazuje brzinu reakcije infracrvenog termometra na izmjerenu promjenu temperature, koja je definirana kao vrijeme potrebno da se postigne 95 posto energije konačnog očitanja, a povezano je s vremenskom konstantom fotodetektora, kruga za obradu signala i povezanog sustava za prikaz. Ako je brzina kretanja mete vrlo velika ili pri mjerenju mete koja se brzo zagrijava, treba odabrati infracrveni termometar s brzim odzivom, inače se neće postići dovoljan odziv signala, a točnost mjerenja će biti smanjena. Međutim, ne zahtijevaju sve primjene infracrveni termometar s brzim odzivom. Za statičke ili ciljane toplinske procese s toplinskom inercijom, vrijeme odziva pirometra može se smanjiti.
6. Funkcija obrade signala: S obzirom na razliku između diskretnog procesa (kao što je proizvodnja dijelova) i kontinuiranog procesa, infracrveni termometar mora imati višestruke funkcije obrade signala (kao što su zadržavanje vršne vrijednosti, zadržavanje nizine, prosječna vrijednost) kako bi birati, kao što je mjerenje temperature na pokretnoj traci Kada se boca koristi, potrebno je koristiti vršnu vrijednost za držanje, a izlazni signal njene temperature šalje se regulatoru. Inače termometar očitava nižu vrijednost temperature između boca. Ako koristite zadržavanje vršne vrijednosti, postavite vrijeme odziva termometra da bude nešto dulje od vremenskog intervala između boca tako da je barem jedna boca uvijek pod mjerenjem.
7 Razmatranje uvjeta okoline: Uvjeti okoline termometra imaju veliki utjecaj na rezultate mjerenja, što treba uzeti u obzir i pravilno riješiti, inače će utjecati na točnost mjerenja temperature, pa čak i uzrokovati štetu. Kada je temperatura okoline visoka i ima prašine, dima i pare, mogu se odabrati zaštitni poklopac, vodeno hlađenje, sustav za hlađenje zrakom, pročišćivač zraka i drugi dodaci koje je osigurao proizvođač. Ovi dodaci mogu učinkovito riješiti utjecaje okoliša i zaštititi termometar za precizno mjerenje temperature. Prilikom specifikacije dodatne opreme treba zahtijevati 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 izmjerene mete. Ako je mjerenje temperature korištenog termometra izvan tolerancije tijekom uporabe, potrebno ga je vratiti proizvođaču ili centru za popravak na ponovno kalibriranje.
Značajke četiri infracrvena 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. Širok raspon mjerenja: Budući da se radi o beskontaktnom mjerenju temperature, termometar nije u polju više ili niže temperature, već radi na normalnoj temperaturi ili pod uvjetima koje termometar dopušta. U normalnim okolnostima može mjeriti minus desetke stupnjeva do više od tri tisuće stupnjeva.
3. Velika brzina mjerenja temperature: to jest, brzo vrijeme odziva. Sve dok se prima infracrveno zračenje mete, temperatura se može popraviti u kratkom vremenu.
4. Visoka točnost: Infracrveno mjerenje temperature neće uništiti distribuciju temperature samog objekta poput kontaktnog mjerenja temperature, tako da je točnost 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 sićušnog temperaturnog polja i
6. Mjerenje raspodjele temperature i mjerenje temperature pokretnih ili rotirajućih objekata. Siguran i dug vijek trajanja.
Nedostaci pet infracrvenih termometara:
1. Osjetljivo na čimbenike okoliša (temperatura okoline, prašina u zraku, itd.)
2. Ima velik utjecaj na očitanje 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 točno određena;
(2) Izbjegavajte utjecaj objekata visoke temperature u okolnom okruženju;
(3) Za prozirne materijale, temperatura okoline treba biti niža od temperature mjerenog objekta;
(4) Termometar treba biti postavljen okomito na površinu objekta koji se mjeri i ni pod kojim okolnostima kut ne smije biti veći od 30 stupnjeva
(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 promjer mora ispuniti vidno polje;
(7) Ako se infracrveni termometar iznenada izloži temperaturnoj razlici okoline od 20 stupnjeva ili višoj, podaci mjerenja bit će netočni, a izmjerena vrijednost temperature bit će uzeta nakon što se temperatura uravnoteži. .
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 dijelu detekcijske glave može dodati dio optičkog vlakna, a leća s malim kutom gledanja može se postaviti na prednji kraj, tako da energija zračenja mjerenog objekta prolazi kroz leću u unutrašnjost optičkog vlakna. Nakon višestruke refleksije u optičkom vlaknu, prenosi se na detektor. Budući da se optičko vlakno može slobodno savijati, zračenje se može slobodno okretati, što rješava problem mjerenja unutarnje temperature objekta i može mjeriti temperaturu mjesta kao što su kutovi blokirani preprekama.
