Технологія інфрачервоного вимірювання температури відіграє важливу роль у контролі та моніторингу якості продукції, онлайн-діагностиці несправностей обладнання, захисті безпеки та енергозбереженні. За останні два десятиліття технології безконтактних інфрачервоних термометрів швидко розвивалися, їхня продуктивність постійно вдосконалювалася, сфера застосування постійно розширювалася, а їх частка на ринку з кожним роком збільшувалася. У порівнянні з контактним методом вимірювання температури інфрачервоне вимірювання температури має такі переваги, як швидкий час відгуку, безконтактне, безпечне використання та тривалий термін служби.
Безконтактні продукти для вимірювання температури інфрачервоного випромінювання компанії Baytek (Lei Tai) включають три серії портативних, онлайнових і скануючих, а також мають різноманітні додаткові аксесуари та відповідне комп’ютерне програмне забезпечення, кожна серія має різні моделі та специфікації. Серед різних типів термометрів з різними характеристиками користувачам дуже важливо вибрати правильну модель інфрачервоного термометра. Ось лише кроки до роздумів, як правильно вибрати модель термометра для орієнтиру покупця.
Як працюють інфрачервоні термометри
Розуміння принципу роботи, технічних показників, умов навколишнього середовища, експлуатації та обслуговування групового інфрачервоного термометра допоможе користувачам правильно вибрати та використовувати інфрачервоний термометр.
Усі об’єкти з температурою вище ** нуля постійно випромінюють в навколишній простір енергію інфрачервоного випромінювання. Характеристики інфрачервоного випромінювання об’єкта — величина променистої енергії та її розподіл за довжиною хвилі — тісно пов’язані з температурою його поверхні. Таким чином, шляхом вимірювання інфрачервоної енергії, випромінюваної самим об’єктом, можна точно визначити температуру його поверхні, що є об’єктивною основою, на якій базується вимірювання температури інфрачервоного випромінювання.
Закон випромінювання чорного тіла:
Чорне тіло — це ідеалізований випромінювач, який поглинає випромінювану енергію на всіх довжинах хвилі, не має відображення або передачі енергії та має коефіцієнт випромінювання 1 на своїй поверхні. Слід зазначити, що в природі не існує справжнього чорного тіла, але для того, щоб уточнити та отримати закон розподілу інфрачервоного випромінювання, у теоретичних дослідженнях необхідно вибрати відповідну модель, якою є запропонована квантована осциляторна модель випромінювання порожнини тіла. Планком, який призводить до закону Планка про випромінювання чорного тіла, тобто спектрального випромінювання чорного тіла, вираженого в довжині хвилі, є відправною точкою всіх теорій інфрачервоного випромінювання, тому його називають законом випромінювання чорного тіла.
Вплив випромінювальної здатності об'єкта на радіаційну термометрію:
Справжні об’єкти, які існують у природі, майже ніколи не є чорними тілами. Кількість 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. . Отже, щоб закон випромінювання чорного тіла застосовувався до всіх практичних об’єктів, необхідно ввести коефіцієнт пропорційності, пов’язаний із властивостями матеріалу та станом поверхні, а саме коефіцієнт випромінювання. Цей коефіцієнт показує, наскільки теплове випромінювання фактичного об’єкта близьке до теплового випромінювання чорного тіла, і має значення від нуля до значення менше 1. Відповідно до закону випромінювання, якщо відома випромінювальна здатність матеріалу, , можна знати характеристики інфрачервоного випромінювання будь-якого об’єкта.
Основними факторами, що впливають на коефіцієнт випромінювання, є:
Тип матеріалу, шорсткість поверхні, фізико-хімічна структура та товщина матеріалу тощо.
При використанні інфрачервоного радіаційного термометра для вимірювання температури об’єкта, спочатку слід виміряти інфрачервоне випромінювання об’єкта в діапазоні довжин хвиль, а потім за допомогою термометра розрахувати температуру об’єкта вимірювання. Монохроматичні термометри пропорційні кількості випромінювання в смузі, двоколірні термометри пропорційні співвідношенню випромінювання в двох смугах.
Інфрачервона система:
Інфрачервоний термометр складається з оптичної системи, фотодетектора, підсилювача сигналу, обробки сигналу, виходу дисплея та інших частин. Оптична система концентрує енергію інфрачервоного випромінювання цілі у своєму полі зору, а розмір поля зору визначається оптичними частинами термометра та їх положенням. Інфрачервона енергія фокусується на фотодетекторі і перетворюється у відповідний електричний сигнал. Сигнал перетворюється на значення температури виміряної цілі після корекції підсилювачем і схемою обробки сигналу та коригується відповідно до алгоритму внутрішньої терапії приладу та цільової випромінювальної здатності.
Вибір інфрачервоних термометрів можна розділити на три аспекти:
Показники продуктивності, такі як температурний діапазон, розмір плями, робоча довжина хвилі, точність вимірювання, час відгуку тощо; умови навколишнього середовища та роботи, такі як температура навколишнього середовища, вікно, дисплей і вихід, захисні аксесуари тощо; інші параметри, такі як простота використання, технічне обслуговування та калібрування, продуктивність і ціна тощо, також мають певний вплив на вибір термометра. Завдяки технологіям і постійному розвитку, найкращий дизайн і нові досягнення в області інфрачервоних термометрів надають користувачам різноманітність функціональних і багатоцільових інструментів, розширюючи вибір.
Визначте діапазон температур:
Діапазон вимірювання температури є найважливішим показником ефективності термометра. Наприклад, продукти Raytek охоплюють діапазон -50 градусів - плюс 3000 градусів, але це не можна зробити одним типом інфрачервоного термометра. Кожна модель термометра має свій певний температурний діапазон. Таким чином, температурний діапазон, виміряний користувачем, слід вважати точним і повним, ані занадто вузьким, ані занадто широким. Відповідно до закону випромінювання чорного тіла, зміна енергії випромінювання, спричинена температурою в короткохвильовому діапазоні спектра, перевищить зміну енергії випромінювання, спричинену похибкою випромінювання.
Визначте цільовий розмір:
За принципом дії інфрачервоні термометри можна розділити на монохроматичні термометри та двоколірні термометри (радіаційні колориметричні термометри). Для монохроматичного термометра площа мішені, що вимірюється, повинна заповнювати поле зору термометра під час вимірювання температури. Рекомендується, щоб розмір вимірюваної цілі перевищував 50 відсотків поля зору. Якщо розмір цілі менший за поле зору, фонова енергія випромінювання потраплятиме в аудіовізуальну гілку термометра, щоб заважати вимірюванню температури, що призведе до помилок. І навпаки, якщо ціль більша за поле зору термометра, на термометр не впливатиме фон за межами зони вимірювання.
Для двоколірного термометра Raytek температура визначається співвідношенням енергії випромінювання в двох незалежних діапазонах довжин хвиль. Тому, коли вимірювана ціль невелика і не заповнена майданчиком, а наявність диму, пилу та перешкод на шляху вимірювання послабить енергію випромінювання, це не вплине на результати вимірювань. Навіть коли енергія ослаблена на 95 відсотків, необхідна точність вимірювання температури може бути гарантована. Для маленької мішені, яка рухається або вібрує, іноді рухається в полі зору або може частково виходити з поля зору, в цих умовах використання двоколірного термометра є найкращим вибором. Якщо неможливо навести напрям між термометром і мішенню, вимірювальний канал викривлений, вузький, із загородженнями тощо, найкращим вибором є двоколірний волоконно-оптичний термометр. Це пов’язано з його малим діаметром і гнучкістю для передачі енергії оптичного випромінювання через вигнуті, заблоковані та згорнуті канали, що дозволяє вимірювати цілі, які важкодоступні, у суворих умовах або поблизу електромагнітних полів.
Визначення оптичної роздільної здатності (відстань і чутливість)
Оптична роздільна здатність визначається відношенням D до S, яке є відношенням відстані D між термометром до мішені та діаметра вимірювальної точки S. Якщо термометр потрібно встановити далеко від мішені через навколишнє середовище В умовах, коли необхідно вимірювати невеликі цілі, слід вибрати термометр з високою оптичною роздільною здатністю. Чим вище оптична роздільна здатність, чим вище співвідношення D:S, тим вище вартість термометра.
Визначте діапазон довжин хвиль:
Випромінювальна здатність і властивості поверхні матеріалу мішені визначають спектральний відгук або довжину хвилі термометра. Для матеріалів зі сплавів з високою відбивною здатністю існує низька або різна випромінювальна здатність. У високотемпературній області найкращою довжиною хвилі для вимірювання металевих матеріалів є ближня інфрачервона область, 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 певних довжинах хвиль, інфрачервона енергія буде проникати через ці матеріали, тому для цього матеріалу слід вибирати спеціальні довжини хвиль. Наприклад, для вимірювання внутрішньої температури скла вибирається довжина хвилі 10 мкм, 2,2 мкм і 3,9 мкм (скло, що перевіряється, має бути дуже товстим, інакше воно буде проходити наскрізь); для вимірювання внутрішньої температури скла обрана довжина хвилі 5.0 мкм; довжина хвилі 8-14 мкм підходить для низької області вимірювання; Довжина хвилі вибирається для вимірювання поліетиленової плівки 3,43 мкм, а для поліестеру – 4,3 мкм або 7,9 мкм. Якщо товщина перевищує 0.4 мм, вибирається довжина хвилі 8-14 мкм; наприклад, вузькосмугова довжина хвилі 4.24-4.3 мкм використовується для вимірювання C02 у полум’ї, вузькосмугова довжина хвилі 4,64 мкм використовується для вимірювання C0 у полум’ї, а довжина хвилі 4,47 мкм використовується для вимірювання виміряти N02 у полум'ї.
Визначте час відповіді:
Час відгуку являє собою швидкість відгуку інфрачервоного термометра на зміну виміряної температури, яка визначається як час, необхідний для досягнення 95 відсотків енергії максимального показання. Це пов'язано з постійною часу фотодетектора, схеми обробки сигналу та системи відображення. Час відгуку нового інфрачервоного термометра bytek може досягати 1 мс. Це набагато швидше, ніж контактний метод вимірювання температури. Якщо швидкість переміщення об’єкта є дуже високою або під час вимірювання об’єкта, що швидко нагрівається, слід вибрати інфрачервоний термометр із швидкою реакцією, інакше не буде досягнуто відповідного сигналу, що знизить точність вимірювання. Однак не всі програми вимагають швидких інфрачервоних термометрів. Для стаціонарних або цільових теплових процесів з тепловою інерцією час відгуку термометра можна послабити. Тому вибір часу відгуку інфрачервоного термометра має бути адаптований 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 (такі як утримання піку, утримання низини, середнє значення). Наприклад, при вимірюванні скла на конвеєрі необхідно використовувати пікове утримання, а вихідний сигнал його температури передається на контролер.
Умови навколишнього середовища, які слід враховувати:
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, можна використовувати такі аксесуари, як захисні кожухи, системи водяного охолодження, повітряного охолодження та очищувачі повітря, надані виробником. Ці аксесуари можуть ефективно зменшити вплив на навколишнє середовище та захистити термометр для точного вимірювання температури. При ідентифікації аксесуарів слід якомога більше вимагати стандартизованих послуг, щоб зменшити витрати на встановлення. Якщо дим, пил або інші частинки погіршують виміряний енергетичний сигнал, найкращим вибором є двоколірний термометр. В умовах шуму, електромагнітних полів, вібрації або недоступних умов навколишнього середовища чи інших суворих умов волоконно-оптичні двоколірні термометри є найкращим вибором.
У герметичних або небезпечних матеріалах (таких як контейнери або вакуумні ящики) термометр спостерігає через вікно. Матеріал повинен мати достатню міцність і проходити робочий діапазон довжин хвиль використовуваного термометра. Також необхідно визначити, чи потрібно оператору також спостерігати через вікно, тому виберіть відповідне місце встановлення та матеріал вікна, щоб уникнути взаємного впливу. При вимірюванні низьких температур матеріали Ge або Si зазвичай використовуються як вікна, які є непрозорими для видимого світла, і людське око не може спостерігати за ціллю 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, такий як ZnSe або BaF2, повинен використовуватися як матеріал вікна.
Простий в експлуатації та простий у використанні:
Інфрачервоні термометри повинні бути інтуїтивно зрозумілими, простими в експлуатації та легкими у використанні операторами. Серед них портативний інфрачервоний термометр – це невеликий, легкий і портативний прилад для вимірювання температури, який об’єднує вимірювання температури та відображення. Панель дисплея може відображати температуру та виводити різну інформацію про температуру, 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 інфрачервоних радіаційних термометрів:
Інфрачервоні термометри повинні бути відкалібровані, щоб правильно відображати температуру об’єкта вимірювання. Якщо використаний термометр вийшов за межі допуску під час використання, його потрібно повернути виробнику або в ремонтний центр для повторного калібрування.
