Principi teòric i aplicació del termòmetre infraroig
Hi ha moltes maneres de mesurar la temperatura. Els termòmetres es poden dividir en dos tipus: instruments de mesura de temperatura de contacte i instruments de mesura de temperatura sense contacte. El tipus de contacte inclou el familiar termòmetre de líquid, el termòmetre de termopar i el termòmetre de resistència tèrmica, etc. Com tots sabem, la temperatura és un dels paràmetres més importants en sistemes de calefacció, subministrament de gas, ventilació i aire condicionat. Especialment en el procés de mesurament d'enginyeria tèrmica, la precisió de la temperatura és sovint la clau de l'èxit o el fracàs de l'experiment. Per tant, un instrument de mesura de temperatura d'alta precisió és essencial en enginyeria. Per tant, aquest article introdueix alguns principis i aplicacions dels termòmetres infrarojos en eines de mesura de temperatura.
Principi teòric de la mesura de la temperatura infraroja:
A la natura, quan la temperatura d'un objecte és superior al zero absolut, a causa de l'existència de moviment tèrmic intern, radiarà contínuament ones electromagnètiques a l'entorn, inclosos els raigs infrarojos amb una banda d'ona de 0,75µm~ 100 µm. La seva característica és que a una temperatura i una longitud d'ona determinades, l'energia radiant emesa per un objecte té un valor màxim. Aquest tipus de material s'anomena cos negre i el seu coeficient de reflexió s'estableix en 1. El coeficient de reflexió d'altres materials és inferior a 1, anomenat És un cos gris, perquè la potència de radiació espectral P(λT) del cos negre. i la temperatura màxima T satisfà la determinació de Planck. Mostra que a la temperatura màxima T, la potència de radiació del cos negre per unitat d'àrea a la longitud d'ona λ és P(λT).
A mesura que augmenta la temperatura, l'energia radiant de l'objecte es fa més forta. Aquest és el punt de partida de la teoria de la radiació infraroja i la base del disseny del termòmetre infraroig d'una sola banda.
A mesura que augmenta la temperatura, el pic de radiació es mou a la direcció de l'ona curta (a l'esquerra) i compleix el teorema del desplaçament de Wien, la longitud d'ona al pic és inversament proporcional a la temperatura màxima T i la línia de punts és la línia. connectant el cim. Aquesta fórmula ens explica per què els termòmetres d'alta temperatura funcionen principalment amb ones curtes i els termòmetres de baixa temperatura funcionen sobretot amb ones llargues.
La taxa de canvi de l'energia radiant amb la temperatura és més gran a l'ona curta que a l'ona llarga, és a dir, el termòmetre que treballa a l'ona curta té una relació senyal-soroll relativament alta (alta sensibilitat) i forta. anti-interferència. El termòmetre hauria d'intentar triar treballar a la longitud d'ona màxima. Especialment en el cas de baixa temperatura i objectius petits, això és especialment important.
Dos: el termòmetre d'infrarojos es compon de sistema òptic, detector fotoelèctric, amplificador de senyal, processament de senyal, sortida de visualització i altres parts. La radiació de l'objecte mesurat i la font de retroalimentació és modulada pel modulador i després s'introdueix al detector d'infrarojos. La diferència entre els dos senyals és amplificada per l'antiamplificador i controla la temperatura de la font de retroalimentació, de manera que la radiació espectral de la font de retroalimentació és la mateixa que la de l'objecte. La pantalla indica la temperatura de brillantor de l'objecte mesurat
Indicadors de rendiment i selecció de tres termòmetres infrarojos:
Els indicadors de rendiment dels termòmetres infrarojos inclouen: rang de mesura de temperatura, resolució de pantalla, precisió, rang de temperatura de l'entorn de treball, repetibilitat, humitat relativa, temps de resposta, font d'alimentació, espectre de resposta, mida, valor màxim de visualització, pes, emissivitat, etc. al següent en seleccionar:
1. Determineu el rang de mesura de la temperatura: el rang de mesura de la temperatura és l'índex de rendiment més important del termòmetre. Cada tipus de termòmetre té el seu propi rang de temperatura específic. Per tant, l'interval de temperatura mesurat per l'usuari s'ha de considerar de manera precisa i exhaustiva, ni massa estret ni massa ampli. Segons la llei de la radiació del cos negre, a la banda de longitud d'ona curta de l'espectre, el canvi d'energia radiant causat per la temperatura superarà el canvi d'energia radiant causat per l'error d'emissivitat.
2 Determineu la mida de l'objectiu: els termòmetres d'infrarojos es poden dividir en termòmetres d'un sol color i termòmetres de dos colors (termòmetres colorimètrics de radiació) segons el principi. Per a un termòmetre monocromàtic, quan es mesura la temperatura, l'àrea de l'objectiu a mesurar ha d'omplir el camp de visió del termòmetre. Es recomana que la mida de l'objectiu mesurat superi el 50 per cent del camp de visió. Si la mida de l'objectiu és més petita que el camp de visió, l'energia de radiació de fons entrarà als símbols visuals i acústics del termòmetre i interferirà amb les lectures de mesura de temperatura, provocant errors. Per contra, si l'objectiu és més gran que el camp de visió del piròmetre, el piròmetre no es veurà afectat pel fons fora de l'àrea de mesura. Per a un piròmetre de dos colors, la temperatura està determinada per la relació d'energia radiant en dues bandes de longitud d'ona independents. Per tant, quan l'objectiu que s'ha de mesurar és petit, no omple el camp de visió i hi ha fum, pols i obstruccions al camí de mesura, que atenuen l'energia de la radiació, no tindrà un impacte significatiu en els resultats de la mesura. . Per a objectius petits i en moviment o vibratori, el termòmetre de dos colors és la millor opció. Això es deu al petit diàmetre dels raigs de llum i a la seva flexibilitat per transportar l'energia radiant de la llum sobre canals corbats, bloquejats i plegats.
3 Determineu el coeficient de distància (resolució òptica): el coeficient de distància ve determinat per la relació D:S, és a dir, la relació de la distància D entre la sonda del termòmetre a l'objectiu i el diàmetre de l'objectiu mesurat. Si el termòmetre s'ha d'instal·lar lluny de l'objectiu a causa de les condicions ambientals i s'ha de mesurar un objectiu petit, s'ha de seleccionar un termòmetre amb alta resolució òptica. Com més gran sigui la resolució òptica, és a dir, augmentant la relació D:S, més gran serà el cost del piròmetre. Si el termòmetre està lluny de l'objectiu i l'objectiu és petit, s'ha de seleccionar un termòmetre amb un coeficient de distància elevat. Per a un piròmetre amb una distància focal fixa, el punt focal del sistema òptic és la posició més petita del punt, i el punt proper i llunyà del punt focal augmentarà. Hi ha dos factors de distància.
4. Determineu el rang de longitud d'ona: l'emissivitat i les característiques superficials del material objectiu determinen la longitud d'ona corresponent de l'espectre del piròmetre. Per als materials d'aliatge d'alta reflectivitat, hi ha una emissivitat baixa o variable. A la zona d'alta temperatura, la millor longitud d'ona per mesurar materials metàl·lics és l'infraroig proper i es poden seleccionar 0.8-1.0 μm. Altres zones de temperatura poden triar 1,6 μm, 2,2 μm i 3,9 μm. Com que alguns materials són transparents a una determinada longitud d'ona, l'energia infraroja penetrarà en aquests materials i s'ha de seleccionar una longitud d'ona especial per a aquest material.
5 Determineu el temps de resposta: el temps de resposta indica la velocitat de reacció del termòmetre infrarojo al canvi de temperatura mesurat, que es defineix com el temps necessari per assolir el 95 per cent de l'energia de la lectura final, i està relacionat amb la constant de temps. relacionats amb el fotodetector, el circuit de processament del senyal i el sistema de visualització. Si la velocitat de moviment de l'objectiu és molt ràpida o quan es mesura un objectiu d'escalfament ràpid, s'ha de seleccionar un termòmetre d'infrarojos de resposta ràpida, en cas contrari no s'aconseguirà la resposta del senyal suficient i es reduirà la precisió de la mesura. Tanmateix, no totes les aplicacions requereixen un termòmetre d'infrarojos de resposta ràpida. Per a processos tèrmics estàtics o objectiu amb inèrcia tèrmica, el temps de resposta del piròmetre es pot relaxar.
6. Funció de processament de senyal: tenint en compte la diferència entre el procés discret (com la producció de peces) i el procés continu, el termòmetre d'infrarojos ha de tenir múltiples funcions de processament de senyal (com ara la retenció de pic, la retenció de la vall, el valor mitjà) per triar, com ara la mesura de la temperatura a la cinta transportadora Quan s'utilitza l'ampolla, cal utilitzar el valor màxim per mantenir-lo i el senyal de sortida de la seva temperatura s'envia al controlador. En cas contrari, el termòmetre llegeix un valor de temperatura més baix entre les ampolles. Si utilitzeu la retenció màxima, configureu el temps de resposta del termòmetre perquè sigui lleugerament més llarg que l'interval de temps entre ampolles de manera que almenys una ampolla estigui sempre en mesura.
7 Consideració de les condicions ambientals: Les condicions ambientals del termòmetre tenen una gran influència en els resultats de la mesura, que s'han de tenir en compte i resoldre correctament, en cas contrari, afectaran la precisió de la mesura de la temperatura i fins i tot causaran danys. Quan la temperatura ambient és alta i hi ha pols, fum i vapor, es poden seleccionar la coberta protectora, la refrigeració per aigua, el sistema de refrigeració per aire, el purgador d'aire i altres accessoris proporcionats pel fabricant. Aquests accessoris poden abordar eficaçment les influències ambientals i protegir el termòmetre per a una mesura precisa de la temperatura. Quan s'especifiquen accessoris, cal sol·licitar el servei estandarditzat tant com sigui possible per reduir els costos d'instal·lació.
8. Calibració del termòmetre de radiació infraroja: el termòmetre d'infrarojos s'ha de calibrar perquè pugui visualitzar correctament la temperatura de l'objectiu mesurat. Si la mesura de temperatura del termòmetre utilitzat està fora de tolerància durant l'ús, s'ha de retornar al fabricant o al centre de reparació per tornar a calibrar.
Característiques de quatre termòmetres infrarojos
1. Mesura sense contacte: no necessita tocar l'interior ni la superfície del camp de temperatura mesurat, de manera que no interferirà amb l'estat del camp de temperatura mesurat i el termòmetre en si no es veurà danyat pel camp de temperatura.
2. Ampli rang de mesura: Com que es tracta d'una mesura de temperatura sense contacte, el termòmetre no es troba en un camp de temperatura superior o inferior, sinó que funciona a una temperatura normal o en les condicions que permet el termòmetre. En circumstàncies normals, pot mesurar menys desenes de graus a més de tres mil graus.
3. Velocitat ràpida de mesura de temperatura: és a dir, temps de resposta ràpid. Mentre es rebi la radiació infraroja de l'objectiu, la temperatura es pot fixar en poc temps.
4. Alta precisió: la mesura de la temperatura per infrarojos no destruirà la distribució de la temperatura de l'objecte en si com la mesura de la temperatura de contacte, de manera que la precisió de la mesura és alta.
5. Alta sensibilitat: sempre que hi hagi un petit canvi en la temperatura de l'objecte, l'energia de radiació canviarà molt, cosa que és fàcil de detectar. Pot mesurar la temperatura d'un petit camp de temperatura i
6. Mesura de la distribució de la temperatura i mesura de la temperatura d'objectes en moviment o rotació. Vida útil segura i llarga.
Desavantatges dels cinc termòmetres infrarojos:
1. Vulnerable als factors ambientals (temperatura ambient, pols a l'aire, etc.)
2. Té una gran influència en la lectura de la temperatura de la superfície metàl·lica brillant o polida
3. Només es limita a mesurar la temperatura externa de l'objecte, és inconvenient mesurar la temperatura dins de l'objecte i quan hi ha obstacles
Precaucions per a l'ús de sis termòmetres infrarojos:
(1) L'emissivitat de l'objecte a prova s'ha de determinar amb precisió;
(2) Eviteu la influència d'objectes d'alta temperatura a l'entorn;
(3) Per a materials transparents, la temperatura ambient ha de ser inferior a la temperatura de l'objecte mesurat;
(4) El termòmetre s'ha d'alinear verticalment a la superfície de l'objecte a mesurar i, en cap cas, l'angle ha de superar els 30 graus.
(5) No es pot utilitzar per mesurar la temperatura en superfícies metàl·liques brillants o polides, i no es pot utilitzar per mesurar la temperatura a través de vidre;
(6) Trieu correctament el coeficient de seguiment, el diàmetre objectiu ha d'omplir el camp de visió;
(7) Si el termòmetre d'infrarojos s'exposa sobtadament a una diferència de temperatura ambient de 20 graus o superior, les dades de mesura no seran exactes i el valor de la temperatura mesurada es prendrà un cop equilibrada la temperatura. .
Set plans de millora:
Com que el termòmetre infrarojo normal només es limita a mesurar la temperatura externa de l'objecte, és inconvenient mesurar la temperatura dins de l'objecte i quan hi ha obstacles, de manera que es pot afegir una secció de fibra òptica al capçal de detecció i una lent. amb un petit angle de visió es pot instal·lar a l'extrem frontal, de manera que l'energia radiant de l'objecte mesurat passa per la lent a l'interior de la fibra òptica. Després de múltiples reflexions a la fibra òptica, es transmet al detector. Com que la fibra òptica es pot doblegar lliurement, la radiació es pot girar lliurement, la qual cosa resol el problema de mesurar la temperatura interna de l'objecte i pot mesurar la temperatura de llocs com les cantonades bloquejades per obstacles.
