Аналіз сучасного застосування технології інфрачервоного термометра
Принцип вимірювання температури інфрачервоним термометром полягає в перетворенні енергії інфрачервоного випромінювання, що випромінюється об’єктом, в електричний сигнал. Величина енергії інфрачервоного випромінювання відповідає температурі самого об'єкта. Відповідно до розміру перетвореного електричного сигналу можна визначити температуру об'єкта. Інфрачервона технологія вимірювання температури була розроблена для сканування та вимірювання температури поверхні з температурними змінами, визначення зображення її розподілу температури та швидкого виявлення прихованих різниць температур. Це інфрачервоний тепловізор. Інфрачервоні тепловізори вперше почали застосовувати у війську. У 2019 році американська корпорація TI розробила першу в світі інфрачервону скануючу розвідувальну систему. Пізніше інфрачервона тепловізійна технологія послідовно застосовувалася в літаках, танках, військових кораблях та іншій зброї західних країн, як тепловізійна система для розвідки цілей, вона значно покращує можливості пошуку та ураження цілей. Інфрачервона тепловізор шведської компанії AGA займає лідируючі позиції в цивільній техніці.
Інфрачервоний термометр складається з оптичної системи, фотоелектричного детектора, підсилювача сигналу, обробки сигналу, виводу дисплея та інших частин. Оптична система збирає цільову енергію інфрачервоного випромінювання у своєму полі зору, а розмір поля зору визначається оптичними частинами термометра та його положенням. Інфрачервона енергія фокусується на фотодетекторі і перетворюється у відповідний електричний сигнал. Сигнал проходить через підсилювач і схему обробки сигналу і перетворюється в значення температури вимірюваної цілі після корекції відповідно до алгоритму внутрішньої обробки приладу та коефіцієнта випромінювання цілі.
У природі всі об'єкти з температурою вище абсолютного нуля постійно випромінюють в навколишній простір енергію інфрачервоного випромінювання. Величина енергії інфрачервоного випромінювання об'єкта та її розподіл за довжиною хвилі дуже тісно залежать від температури його поверхні. Тому, вимірюючи інфрачервону енергію, випромінювану самим об’єктом, можна точно визначити температуру його поверхні, що є об’єктивною основою для вимірювання температури інфрачервоного випромінювання.
Чорне тіло — це ідеалізований випромінювач, який поглинає енергію випромінювання на всіх довжинах хвилі, не має відображення або передачі енергії та має коефіцієнт випромінювання 1 на своїй поверхні. Проте практичні об’єкти в природі майже не є чорними тілами. Для уточнення та отримання розподілу інфрачервоного випромінювання необхідно підібрати відповідну модель у теоретичних дослідженнях. Це модель квантованого осцилятора випромінювання порожнини тіла, запропонована Планком, таким чином отримано закон випромінювання чорного тіла Планка, тобто спектральне випромінювання чорного тіла, виражене довжиною хвилі, що є відправною точкою всіх теорій інфрачервоного випромінювання, тому це називають законом випромінювання чорного тіла. Рівень випромінювання всіх фактичних об’єктів залежить не тільки від довжини хвилі випромінювання та температури об’єкта, але також від типу матеріалу, з якого складається об’єкт, методу підготовки, термічного процесу, стану поверхні та умов навколишнього середовища.
Інфрачервоне вимірювання температури використовує метод поточкового аналізу, тобто теплове випромінювання локальної області об’єкта фокусується на одному детекторі, а потужність випромінювання перетворюється на температуру через коефіцієнт випромінювання відомого об’єкта. . Через різні виявлені об’єкти, діапазони вимірювання та випадки використання, дизайн зовнішнього вигляду та внутрішня структура інфрачервоних термометрів відрізняються, але основна структура загалом схожа, в основному включає оптичну систему, фотодетектор, підсилювач сигналу та обробку сигналу, вихід дисплея та інше частин. Інфрачервоне випромінювання, яке випромінює радіатор. Вступаючи в оптичну систему, інфрачервоне випромінювання модулятором модулює в змінне випромінювання, а детектором перетворює його у відповідний електричний сигнал. Сигнал проходить через підсилювач і схему обробки сигналу та перетворюється на значення температури виміряної цілі після корекції відповідно до алгоритму в приладі та цільової випромінювальної здатності.
Три категорії інфрачервоних термометрів:
(1) Інфрачервоний термометр для використання людиною: Інфрачервоний термометр на лобі — це термометр, який використовує принцип інфрачервоного прийому для вимірювання тіла людини. Під час використання вам потрібно лише зручно вирівняти віконце виявлення з чолом, і ви зможете швидко й точно виміряти температуру тіла.
(2) Промисловий інфрачервоний термометр: промисловий інфрачервоний термометр вимірює температуру поверхні об’єкта, а його оптичний датчик випромінює, відбиває та передає енергію, а потім енергія збирається та фокусується зондом, а потім інформація перетворюється на зчитування. відображення за допомогою інших схем На машині лазерне світло, обладнане цією машиною, більш ефективно націлюється на об’єкт вимірювання та підвищує точність вимірювання.
(3) Інфрачервоні термометри для тваринництва: Безконтактні інфрачервоні термометри для тварин засновані на принципі Планка, шляхом точного вимірювання температури поверхні тіла певних частин поверхні тіла тварини та коригування різниці температур між температурою поверхні тіла та фактична температура. Може точно відображати індивідуальну температуру тіла тварини.
Визначення діапазону довжин хвиль: випромінювальна здатність і властивості поверхні матеріалу мішені визначають спектральний відгук або довжину хвилі пірометра. Для матеріалів зі сплавів з високою відбивною здатністю існує низька або різна випромінювальна здатність. У високотемпературній зоні найкраща довжина хвилі для вимірювання металевих матеріалів є ближньою інфрачервоною, і можна вибрати довжину хвилі {{0}}.18-1.0мкм. Інші температурні зони можуть вибирати довжину хвилі 1,6 мкм, 2,2 мкм і 3,9 мкм. Оскільки деякі матеріали прозорі на певній довжині хвилі, інфрачервона енергія буде проникати через ці матеріали, і для цього матеріалу слід вибрати спеціальну довжину хвилі. Наприклад, довжини хвиль 10 мкм, 2,2 мкм і 3,9 мкм використовуються для вимірювання внутрішньої температури скла (скло, що перевіряється, має бути дуже товстим, інакше воно буде проходити наскрізь); довжина хвилі 5,0 мкм використовується для вимірювання внутрішньої температури скла; ; Іншим прикладом є вимірювання поліетиленової пластикової плівки з довжиною хвилі 3,43 мкм і поліестеру з довжиною хвилі 4,3 мкм або 7,9 мкм.
Визначте час відгуку: час відгуку вказує на швидкість реакції інфрачервоного термометра на виміряну зміну температури, яка визначається як час, необхідний для досягнення 95 відсотків енергії остаточного показання, яке пов’язане з постійною часу фотодетектор, схема обробки сигналів і система відображення. Час відгуку нового інфрачервоного термометра може досягати 1 мс. Це набагато швидше, ніж контактний метод вимірювання температури. Якщо швидкість руху мішені дуже велика або під час вимірювання цілі, що швидко нагрівається, слід вибрати інфрачервоний термометр із швидкою реакцією, інакше не буде досягнуто достатнього відгуку сигналу, і точність вимірювання буде знижена. Однак не для всіх застосувань потрібен швидкодіючий інфрачервоний термометр. Для статичних або цільових теплових процесів, де існує теплова інерція, час відгуку пірометра можна зменшити. Тому вибір часу відгуку інфрачервоного термометра слід адаптувати до ситуації вимірюваної цілі.
Оптична роздільна здатність визначається відношенням D до S, яке є відношенням відстані D між пірометром до мішені та діаметра S плями вимірювання. Якщо через умови навколишнього середовища термометр необхідно встановити далеко від об’єкта, а вимірювати потрібно невелику ціль, слід вибрати термометр із високою оптичною роздільною здатністю. Чим вища оптична роздільна здатність, тобто збільшення співвідношення D:S, тим вища вартість пірометра.
Визначення діапазону довжин хвиль: випромінювальна здатність і властивості поверхні матеріалу мішені визначають спектральний відгук або довжину хвилі пірометра. Для матеріалів зі сплавів з високою відбивною здатністю існує низька або різна випромінювальна здатність. У високотемпературній зоні найкраща довжина хвилі для вимірювання металевих матеріалів – це ближнє інфрачервоне випромінювання, а довжина хвилі {{0}}.18-1.{{10}} мкм може бути вибрано. Інші температурні зони можуть вибирати довжину хвилі 1,6 мкм, 2,2 мкм і 3,9 мкм. Оскільки деякі матеріали прозорі на певній довжині хвилі, інфрачервона енергія буде проникати через ці матеріали, і для цього матеріалу слід вибрати спеціальну довжину хвилі. Наприклад, довжини хвиль 1,0 мкм, 2,2 мкм і 3,9 мкм використовуються для вимірювання внутрішньої температури скла (скло, що перевіряється, має бути дуже товстим, інакше воно пройде); довжина хвилі 5,0 мкм використовується для вимірювання внутрішньої температури скла; довжина хвилі 8-14 мкм використовується для низького вимірювання. Бажано; іншим прикладом є вимірювання довжини хвилі 3,43 мкм для поліетиленової пластикової плівки та довжини хвилі 4,3 мкм або 7,9 мкм для поліестеру.
Визначте час відгуку: час відгуку вказує на швидкість реакції інфрачервоного термометра на виміряну зміну температури, яка визначається як час, необхідний для досягнення 95 відсотків енергії остаточного показання, яке пов’язане з постійною часу фотодетектор, схема обробки сигналів і система відображення. Час відгуку інфрачервоного термометра марки Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM може досягати 1 мс. Це набагато швидше, ніж контактні методи вимірювання температури. Якщо швидкість руху мішені дуже велика або під час вимірювання цілі, що швидко нагрівається, слід вибрати інфрачервоний термометр із швидкою реакцією, інакше не буде досягнуто достатнього відгуку сигналу, і точність вимірювання буде знижена. Однак не для всіх застосувань потрібен швидкодіючий інфрачервоний термометр. Для статичних або цільових теплових процесів, де існує теплова інерція, час відгуку пірометра можна зменшити. Тому вибір часу відгуку інфрачервоного термометра слід адаптувати до ситуації вимірюваної цілі.
Функція обробки сигналу: вимірювання дискретних процесів (таких як виробництво деталей) відрізняється від безперервних процесів, вимагаючи, щоб інфрачервоні термометри мали функції обробки сигналу (наприклад, утримання піку, утримання низини, середнє значення). Наприклад, при вимірюванні температури скла на конвеєрі необхідно використовувати пікове значення для утримання, а вихідний сигнал його температури надсилається на контролер.
Розгляд умов навколишнього середовища: Умови навколишнього середовища термометра мають великий вплив на результати вимірювань, які слід враховувати та належним чином вирішити, інакше це вплине на точність вимірювання температури та навіть призведе до пошкодження термометра. Якщо температура навколишнього середовища занадто висока та є пил, дим і пара, ви можете вибрати захисний кожух, водяне охолодження, систему повітряного охолодження, повітродувку та інші аксесуари, надані виробником. Ці аксесуари можуть ефективно справлятися з впливом навколишнього середовища та захистити термометр для точного вимірювання температури. Вибираючи аксесуари, необхідно максимально стандартизувати обслуговування, щоб зменшити витрати на встановлення. Якщо дим, пил або інші частинки знижують енергетичний сигнал вимірювання, найкращим вибором є двоколірний термометр. В умовах шуму, електромагнітного поля, вібрації або недоступних умов навколишнього середовища або інших суворих умов волоконно-оптичний двоколірний термометр є найкращим вибором.
У додатках із герметичними або небезпечними матеріалами, такими як контейнери або вакуумні камери, пірометр дивиться через вікно. Матеріал має бути достатньо міцним і пропускати робочий діапазон довжин хвиль використовуваного пірометра. Також визначте, чи потрібно оператору також спостерігати через вікно, тому виберіть відповідне місце встановлення та матеріал вікна, щоб уникнути взаємного впливу. У застосуваннях для вимірювання низьких температур матеріали Ge або Si зазвичай використовуються як вікна, які є непрозорими для видимого світла, і людське око не може спостерігати ціль через вікно. Якщо оператору необхідно пройти крізь віконну мішень, слід використовувати оптичний матеріал, який пропускає як інфрачервоне випромінювання, так і видиме світло. Наприклад, оптичний матеріал, який пропускає як інфрачервоне випромінювання, так і видиме світло, слід використовувати як матеріал для вікна, наприклад ZnSe або BaF2.
Проста експлуатація та легке використання: інфрачервоні термометри мають бути інтуїтивно зрозумілими, простими в експлуатації та простими у використанні операторами. Серед них портативні інфрачервоні термометри, малі, легкі, які носять люди, інтегрують вимірювання температури та відображення. Прилади для вимірювання температури можуть відображати температуру та виводити різну температурну інформацію на панель дисплея, а деякими можна керувати за допомогою дистанційного керування або комп’ютерної програми.
У разі суворих і складних умов навколишнього середовища можна вибрати систему з окремою головкою для вимірювання температури та дисплеєм для легкого встановлення та налаштування. Можна вибрати форму вихідного сигналу, яка відповідає поточному контрольному обладнанню. Калібрування інфрачервоного термометра: інфрачервоний термометр необхідно відкалібрувати так, щоб він міг правильно відображати температуру вимірюваної цілі. Якщо вимірювання температури використовуваного термометра виходить за межі допуску під час використання, його потрібно повернути виробнику або в ремонтний центр для повторного калібрування.
