Analiza aplicației moderne a tehnologiei termometrului cu infraroșu
Principiul de măsurare a temperaturii termometrului cu infraroșu este de a converti energia radiantă în infraroșu emisă de obiect într-un semnal electric. Mărimea energiei radiante în infraroșu corespunde temperaturii obiectului însuși. În funcție de mărimea semnalului electric convertit, temperatura obiectului poate fi determinată. Tehnologia de măsurare a temperaturii în infraroșu a fost dezvoltată pentru a scana și măsura temperatura suprafeței cu schimbări termice, pentru a determina imaginea distribuției temperaturii și pentru a detecta rapid diferențele de temperatură ascunse. Aceasta este camera termică cu infraroșu. Camerele termice cu infraroșu au fost folosite pentru prima dată în armată. În 2019, TI Corporation din Statele Unite a dezvoltat primul sistem de recunoaștere cu scanare în infraroșu din lume. Mai târziu, tehnologia de imagistică termică în infraroșu a fost utilizată succesiv în avioane, tancuri, nave de război și alte arme din țările occidentale, ca sistem de ochire termică pentru ținte de recunoaștere, îmbunătățește considerabil capacitatea de a căuta și de a lovi ținte. Camera de termoviziune cu infraroșu produsă de compania suedeză AGA se află pe o poziție de lider în tehnologia civilă.
Termometrul cu infraroșu este compus din sistem optic, detector fotoelectric, amplificator de semnal, procesare a semnalului, ieșire de afișare și alte părți. Sistemul optic adună energia radiației infraroșii țintă în câmpul său vizual, iar dimensiunea câmpului vizual este determinată de părțile optice ale termometrului și de poziția acestuia. Energia infraroșu este focalizată pe un fotodetector și convertită într-un semnal electric corespunzător. Semnalul trece prin amplificator și circuitul de procesare a semnalului și este convertit în valoarea temperaturii țintei măsurate după ce a fost corectat conform algoritmului de tratament intern al instrumentului și emisivitatea țintei.
În natură, toate obiectele cu o temperatură mai mare decât zero absolut emit în mod constant energie de radiație infraroșie în spațiul înconjurător. Mărimea energiei radiației infraroșii a unui obiect și distribuția acestuia în funcție de lungimea de undă au o relație foarte strânsă cu temperatura de suprafață a acestuia. Prin urmare, prin măsurarea energiei infraroșii radiate de obiectul însuși, temperatura suprafeței acestuia poate fi determinată cu precizie, care este baza obiectivă pentru măsurarea temperaturii radiației infraroșii.
Un corp negru este un radiator idealizat, care absoarbe toate lungimile de undă ale energiei radiației, nu are reflexie sau transmisie de energie și are o emisivitate de 1 pe suprafața sa. Cu toate acestea, obiectele practice din natură aproape că nu sunt corpuri negre. Pentru a clarifica și a obține distribuția radiației infraroșii, în cercetarea teoretică trebuie selectat un model adecvat. Acesta este modelul oscilator cuantificat al radiației cavității corpului propus de Planck, astfel a derivată legea radiației corpului negru a lui Planck, adică radiația spectrală a corpului negru exprimată prin lungimea de undă, care este punctul de plecare al tuturor teoriilor radiației infraroșii, deci este numită legea radiației corpului negru. Cantitatea de radiație a tuturor obiectelor reale depinde nu numai de lungimea de undă a radiației și de temperatura obiectului, ci și de tipul de material care constituie obiectul, metoda de preparare, procesul termic, starea suprafeței și condițiile de mediu.
Măsurarea temperaturii în infraroșu adoptă o metodă de analiză punct cu punct, adică radiația termică a unei zone locale a obiectului este concentrată pe un singur detector, iar puterea radiației este convertită în temperatură prin emisivitatea obiectului cunoscut. . Datorită diferitelor obiecte detectate, intervale de măsurare și ocazii de utilizare, designul aspectului și structura internă a termometrelor cu infraroșu sunt diferite, dar structura de bază este în general similară, incluzând în principal sistemul optic, fotodetectorul, amplificatorul de semnal și procesarea semnalului, ieșirea afișajului și altele. părți. Radiația infraroșie emisă de un radiator. Intrând în sistemul optic, radiația infraroșie este modulată în radiație alternativă de către modulator și transformată într-un semnal electric corespunzător de către detector. Semnalul trece prin amplificator și circuitul de procesare a semnalului și este convertit în valoarea temperaturii țintei măsurate după ce a fost corectat conform algoritmului din instrument și emisivității țintei.
Trei categorii de termometre cu infraroșu:
(1) Termometru cu infraroșu pentru uz uman: Termometrul cu infraroșu de tip frunte este un termometru care utilizează principiul recepției în infraroșu pentru a măsura corpul uman. Când sunteți în uz, trebuie doar să aliniați convenabil fereastra de detectare cu fruntea și puteți măsura rapid și precis temperatura corpului.
(2) Termometru industrial cu infraroșu: termometrul industrial cu infraroșu măsoară temperatura suprafeței obiectului, iar senzorul său optic radiază, reflectă și transmite energie, iar apoi energia este colectată și focalizată de sondă, iar apoi informația este convertită în citire. afișare prin alte circuite Pe mașină, lumina laser echipată cu această mașină este mai eficientă în a viza obiectul măsurat și pentru a îmbunătăți acuratețea măsurării.
(3) Termometre cu infraroșu pentru creșterea animalelor: Termometrele cu infraroșu fără contact pentru animale se bazează pe principiul Planck, prin măsurarea exactă a temperaturii suprafeței corpului a unor părți specifice ale suprafeței corpului animalului și prin corectarea diferenței de temperatură dintre temperatura suprafeței corpului și temperatura reală. Poate afișa cu precizie temperatura corporală individuală a animalului.
Determinarea intervalului de lungimi de undă: emisivitatea și proprietățile de suprafață ale materialului țintă determină răspunsul spectral sau lungimea de undă a pirometrului. Pentru materialele din aliaj cu reflectivitate mare, există emisivitate scăzută sau variabilă. În zona de temperatură înaltă, cea mai bună lungime de undă pentru măsurarea materialelor metalice este infraroșu apropiat, iar lungimea de undă de {{0}}.18-1.0μm poate fi selectată. Alte zone de temperatură pot alege lungimi de undă de 1,6 μm, 2,2 μm și 3,9 μm. Deoarece unele materiale sunt transparente la o anumită lungime de undă, energia infraroșu va pătrunde în aceste materiale și ar trebui selectată o lungime de undă specială pentru acest material. De exemplu, lungimile de undă de 10 μm, 2,2 μm și 3,9 μm sunt folosite pentru măsurarea temperaturii interioare a sticlei (sticla de testat trebuie să fie foarte groasă, altfel va trece); lungimea de undă de 5,0 μm este utilizată pentru măsurarea temperaturii interne a sticlei; ; Un alt exemplu este măsurarea foliei de plastic din polietilenă cu o lungime de undă de 3,43 μm și poliester cu o lungime de undă de 4,3 μm sau 7,9 μm.
Determinați timpul de răspuns: timpul de răspuns indică viteza de reacție a termometrului cu infraroșu la schimbarea de temperatură măsurată, care este definită ca timpul necesar pentru a atinge 95% din energia citirii finale, care este legată de constanta de timp a fotodetector, circuit de procesare a semnalului și sistem de afișare. Timpul de răspuns al noului termometru cu infraroșu poate ajunge la 1 ms. Aceasta este mult mai rapidă decât metoda de măsurare a temperaturii de contact. Dacă viteza de mișcare a țintei este foarte rapidă sau când se măsoară o țintă cu încălzire rapidă, trebuie selectat un termometru cu infraroșu cu răspuns rapid, altfel nu se va obține un răspuns suficient al semnalului, iar precizia măsurării va fi redusă. Cu toate acestea, nu toate aplicațiile necesită un termometru cu infraroșu cu răspuns rapid. Pentru procesele termice statice sau țintă în care există inerție termică, timpul de răspuns al pirometrului poate fi relaxat. Prin urmare, alegerea timpului de răspuns al termometrului cu infraroșu trebuie adaptată la situația țintei măsurate.
Rezoluția optică este determinată de raportul D la S, care este raportul dintre distanța D dintre pirometru și țintă și diametrul S al punctului de măsurare. Dacă termometrul trebuie instalat departe de țintă din cauza condițiilor de mediu și trebuie măsurată o țintă mică, trebuie selectat un termometru cu rezoluție optică mare. Cu cât rezoluția optică este mai mare, adică creșterea raportului D:S, cu atât costul pirometrului este mai mare.
Determinarea intervalului de lungimi de undă: emisivitatea și proprietățile de suprafață ale materialului țintă determină răspunsul spectral sau lungimea de undă a pirometrului. Pentru materialele din aliaj cu reflectivitate mare, există emisivitate scăzută sau variabilă. În zona cu temperaturi ridicate, cea mai bună lungime de undă pentru măsurarea materialelor metalice este infraroșu apropiat, iar lungimea de undă de {{0}}.18-1.{{10}}μm poate fi selectat. Alte zone de temperatură pot alege lungimi de undă de 1,6 μm, 2,2 μm și 3,9 μm. Deoarece unele materiale sunt transparente la o anumită lungime de undă, energia infraroșu va pătrunde în aceste materiale și ar trebui selectată o lungime de undă specială pentru acest material. De exemplu, lungimile de undă de 1,0 μm, 2,2 μm și 3,9 μm sunt folosite pentru măsurarea temperaturii interioare a sticlei (sticla de testat trebuie să fie foarte groasă, altfel va trece prin ele); lungimea de undă de 5,0 μm este utilizată pentru a măsura temperatura internă a sticlei; lungimea de undă de 8-14 μm este utilizată pentru măsurarea scăzută Este recomandabil; un alt exemplu este măsurarea lungimii de undă de 3,43 μm pentru folie de plastic din polietilenă și a lungimii de undă de 4,3 μm sau 7,9 μm pentru poliester.
Determinați timpul de răspuns: timpul de răspuns indică viteza de reacție a termometrului cu infraroșu la schimbarea de temperatură măsurată, care este definită ca timpul necesar pentru a atinge 95% din energia citirii finale, care este legată de constanta de timp a fotodetector, circuit de procesare a semnalului și sistem de afișare. Timpul de răspuns al termometrului cu infraroșu marca Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM poate ajunge la 1 ms. Acest lucru este mult mai rapid decât metodele de măsurare a temperaturii de contact. Dacă viteza de mișcare a țintei este foarte rapidă sau când se măsoară o țintă cu încălzire rapidă, trebuie selectat un termometru cu infraroșu cu răspuns rapid, altfel nu se va obține un răspuns suficient al semnalului, iar precizia măsurării va fi redusă. Cu toate acestea, nu toate aplicațiile necesită un termometru cu infraroșu cu răspuns rapid. Pentru procesele termice statice sau țintă în care există inerție termică, timpul de răspuns al pirometrului poate fi relaxat. Prin urmare, alegerea timpului de răspuns al termometrului cu infraroșu trebuie adaptată la situația țintei măsurate.
Funcția de procesare a semnalului: Măsurarea proceselor discrete (cum ar fi producția de piese) este diferită de procesele continue, necesitând termometrelor cu infraroșu să aibă funcții de procesare a semnalului (cum ar fi menținerea vârfului, păstrarea în vale, valoarea medie). De exemplu, atunci când se măsoară temperatura sticlei pe banda transportoare, este necesar să se folosească valoarea de vârf pentru a menține, iar semnalul de ieșire al temperaturii sale este trimis controlerului.
Luarea în considerare a condițiilor de mediu: Condițiile de mediu ale termometrului au o mare influență asupra rezultatelor măsurătorilor, care ar trebui luate în considerare și rezolvate în mod corespunzător, altfel vor afecta precizia măsurării temperaturii și chiar vor cauza deteriorarea termometrului. Când temperatura mediului ambiant este prea mare și există praf, fum și abur, puteți alege capacul de protecție, răcirea cu apă, sistemul de răcire cu aer, suflantele de aer și alte accesorii furnizate de producător. Aceste accesorii pot aborda eficient influențele mediului și pot proteja termometrul pentru măsurarea exactă a temperaturii. Atunci când specificați accesorii, trebuie solicitat un serviciu standardizat pe cât posibil pentru a reduce costurile de instalare. Când fumul, praful sau alte particule reduc semnalul de energie de măsurare, un termometru cu două culori este cea mai bună alegere. În zgomot, câmp electromagnetic, vibrații sau condiții de mediu inaccesibile sau alte condiții dure, termometrul cu fibră optică în două culori este cea mai bună alegere.
În aplicațiile cu materiale sigilate sau periculoase, cum ar fi containerele sau camerele de vid, pirometrul vede printr-o fereastră. Materialul trebuie să fie suficient de puternic și să treacă prin intervalul de lungimi de undă de funcționare a pirometrului utilizat. De asemenea, determinați dacă operatorul trebuie să observe și prin fereastră, așa că alegeți locul de instalare adecvat și materialul ferestrei pentru a evita influența reciprocă. În aplicațiile de măsurare la temperaturi scăzute, materialele Ge sau Si sunt de obicei folosite ca ferestre, care sunt opace la lumina vizibilă, iar ochiul uman nu poate observa ținta prin fereastră. Dacă operatorul trebuie să treacă prin ținta ferestrei, ar trebui utilizat un material optic care transmite atât radiația infraroșie, cât și lumina vizibilă. De exemplu, un material optic care transmite atât radiația infraroșie, cât și lumina vizibilă ar trebui utilizat ca material pentru fereastră, cum ar fi ZnSe sau BaF2.
Operare simplă și utilizare ușoară: Termometrele cu infraroșu trebuie să fie intuitive, ușor de utilizat și ușor de utilizat de către operatori. Printre acestea, termometrele portabile cu infraroșu sunt mici, ușoare și purtate de oameni care integrează măsurarea temperaturii și ieșirea de afișare. Instrumentele de măsurare a temperaturii pot afișa temperatura și emite diferite informații despre temperatură pe panoul de afișare, iar unele pot fi operate prin telecomandă sau program software de calculator.
În cazul condițiilor de mediu dure și complicate, poate fi selectat un sistem cu cap de măsurare a temperaturii și afișaj separat pentru instalare și configurare ușoară. Poate fi selectată forma de ieșire a semnalului care se potrivește cu echipamentul de control curent. Calibrarea termometrului cu radiații infraroșii: termometrul cu infraroșii trebuie calibrat astfel încât să poată afișa corect temperatura țintei măsurate. Dacă măsurarea temperaturii termometrului utilizat este în afara toleranței în timpul utilizării, acesta trebuie returnat producătorului sau centrului de reparații pentru recalibrare.
