Prinsip Teori dan Penggunaan Termometer Inframerah
Terdapat banyak cara untuk mengukur suhu. Termometer boleh dibahagikan kepada dua jenis: alat pengukur suhu sentuhan dan alat pengukur suhu bukan sentuhan. Jenis sesentuh termasuk termometer cecair biasa, termometer termokopel dan termometer rintangan haba, dsb. Seperti yang kita sedia maklum, suhu ialah salah satu parameter terpenting dalam sistem pemanasan, bekalan gas, pengudaraan dan penyaman udara. Terutama dalam proses pengukuran kejuruteraan haba, ketepatan suhu sering menjadi kunci kepada kejayaan atau kegagalan eksperimen. Oleh itu, alat pengukur suhu ketepatan tinggi adalah penting dalam kejuruteraan. Oleh itu, artikel ini memperkenalkan beberapa prinsip dan aplikasi termometer inframerah dalam alat pengukuran suhu.
Prinsip teori pengukuran suhu inframerah:
Secara semula jadi, apabila suhu objek lebih tinggi daripada sifar mutlak, disebabkan kewujudan gerakan haba dalaman, ia akan memancarkan gelombang elektromagnet secara berterusan ke persekitaran, termasuk sinar inframerah dengan jalur gelombang 0.75µm~ 100µm. Cirinya ialah pada suhu dan panjang gelombang tertentu, tenaga sinaran yang dipancarkan oleh objek mempunyai nilai maksimum. Bahan jenis ini dipanggil jasad hitam, dan pekali pantulannya ditetapkan kepada 1. Pekali pantulan bahan lain adalah kurang daripada 1, dipanggil Ia adalah jasad kelabu, kerana kuasa sinaran spektrum P(λT) badan hitam dan suhu maksimum T memenuhi penentuan Planck. Ia menunjukkan bahawa pada suhu maksimum T, kuasa sinaran jasad hitam per unit luas pada panjang gelombang λ ialah P(λT).
Apabila suhu meningkat, tenaga pancaran objek menjadi lebih kuat. Ini adalah titik permulaan teori sinaran inframerah dan asas reka bentuk termometer inframerah jalur tunggal.
Apabila suhu meningkat, puncak sinaran bergerak ke arah gelombang pendek (ke kiri), dan ia memenuhi teorem anjakan Wien, panjang gelombang pada puncak adalah berkadar songsang dengan suhu maksimum T, dan garis putus-putus ialah garis menghubungkan puncak. Formula ini memberitahu kami mengapa termometer suhu tinggi kebanyakannya berfungsi pada gelombang pendek, dan termometer suhu rendah kebanyakannya berfungsi pada gelombang panjang.
Kadar perubahan tenaga sinaran dengan suhu lebih besar pada gelombang pendek berbanding gelombang panjang, iaitu termometer yang bekerja pada gelombang pendek mempunyai nisbah isyarat-ke-bunyi yang agak tinggi (kepekaan tinggi) dan kuat. anti gangguan. Termometer harus cuba memilih untuk bekerja pada panjang gelombang puncak. Terutamanya dalam kes suhu rendah dan sasaran kecil, ini amat penting.
Dua: Termometer inframerah terdiri daripada sistem optik, pengesan fotoelektrik, penguat isyarat, pemprosesan isyarat, output paparan dan bahagian lain. Sinaran daripada objek yang diukur dan sumber maklum balas dimodulasi oleh modulator dan kemudian dimasukkan ke pengesan inframerah. Perbezaan antara kedua-dua isyarat dikuatkan oleh anti-penguat dan mengawal suhu sumber maklum balas, supaya sinaran spektrum sumber maklum balas adalah sama dengan objek. Paparan menunjukkan suhu kecerahan objek yang diukur
Penunjuk prestasi dan pemilihan tiga termometer inframerah:
Penunjuk prestasi termometer inframerah termasuk: julat pengukuran suhu, resolusi paparan, ketepatan, julat suhu persekitaran kerja, kebolehulangan, kelembapan relatif, masa tindak balas, bekalan kuasa, spektrum tindak balas, saiz, paparan nilai maksimum, berat, emisiviti, dsb. kepada yang berikut apabila memilih:
1. Tentukan julat ukuran suhu: Julat ukuran suhu ialah indeks prestasi termometer yang paling penting. Setiap jenis termometer mempunyai julat suhu tertentu. Oleh itu, julat suhu yang diukur pengguna mesti dipertimbangkan dengan tepat dan menyeluruh, tidak terlalu sempit atau terlalu lebar. Mengikut undang-undang sinaran badan hitam, dalam jalur panjang gelombang pendek spektrum, perubahan tenaga sinaran yang disebabkan oleh suhu akan melebihi perubahan tenaga sinaran yang disebabkan oleh ralat pancaran.
2 Tentukan saiz sasaran: Termometer inframerah boleh dibahagikan kepada termometer satu warna dan termometer dua warna (termometer kolorimetrik sinaran) mengikut prinsip. Untuk termometer monokromatik, apabila mengukur suhu, kawasan sasaran yang hendak diukur hendaklah memenuhi medan pandangan termometer. Adalah disyorkan bahawa saiz sasaran yang diukur melebihi 50 peratus daripada medan pandangan. Jika saiz sasaran lebih kecil daripada medan pandangan, tenaga sinaran latar belakang akan memasuki simbol visual dan akustik termometer dan mengganggu bacaan pengukuran suhu, menyebabkan ralat. Sebaliknya, jika sasaran lebih besar daripada medan pandangan pyrometer, pyrometer tidak akan terjejas oleh latar belakang di luar kawasan ukuran. Untuk pyrometer dua warna, suhu ditentukan oleh nisbah tenaga sinaran dalam dua jalur panjang gelombang bebas. Oleh itu, apabila sasaran yang hendak diukur adalah kecil, tidak memenuhi medan pandangan, dan terdapat asap, habuk, dan halangan pada laluan pengukuran, yang melemahkan tenaga sinaran, ia tidak akan memberi kesan yang ketara pada hasil pengukuran . Untuk sasaran kecil dan bergerak atau bergetar, termometer dua warna ialah pilihan terbaik. Ini disebabkan oleh diameter kecil sinaran cahaya dan fleksibilitinya untuk mengangkut tenaga sinaran cahaya ke atas saluran melengkung, terhalang dan terlipat.
3 Tentukan pekali jarak (resolusi optik): Pekali jarak ditentukan oleh nisbah D:S, iaitu nisbah jarak D antara kuar termometer kepada sasaran dan diameter sasaran yang diukur. Jika termometer mesti dipasang jauh dari sasaran kerana keadaan persekitaran, dan sasaran kecil mesti diukur, termometer dengan resolusi optik tinggi harus dipilih. Lebih tinggi resolusi optik, iaitu meningkatkan nisbah D:S, lebih tinggi kos pyrometer. Jika termometer jauh dari sasaran dan sasarannya kecil, termometer dengan pekali jarak tinggi harus dipilih. Untuk pyrometer dengan panjang fokus tetap, titik fokus sistem optik adalah kedudukan terkecil tempat itu, dan titik dekat dan jauh dari titik fokus akan meningkat. Terdapat dua faktor jarak.
4. Tentukan julat panjang gelombang: Emisitiviti dan ciri permukaan bahan sasaran menentukan panjang gelombang yang sepadan bagi spektrum pirometer. Untuk bahan aloi pemantulan tinggi, terdapat emisiviti rendah atau berubah-ubah. Dalam kawasan suhu tinggi, panjang gelombang terbaik untuk mengukur bahan logam ialah inframerah dekat dan 0.8-1.0 μm boleh dipilih. Zon suhu lain boleh memilih 1.6μm, 2.2μm dan 3.9μm. Oleh kerana sesetengah bahan telus pada panjang gelombang tertentu, tenaga inframerah akan menembusi bahan-bahan ini, dan panjang gelombang khas harus dipilih untuk bahan ini.
5 Tentukan masa tindak balas: Masa tindak balas menunjukkan kelajuan tindak balas termometer inframerah kepada perubahan suhu yang diukur, yang ditakrifkan sebagai masa yang diperlukan untuk mencapai 95 peratus tenaga bacaan akhir, dan ia berkaitan dengan pemalar masa. pengesan foto, litar pemprosesan isyarat dan sistem paparan yang berkaitan. Jika kelajuan bergerak sasaran adalah sangat pantas atau semasa mengukur sasaran pemanasan pantas, termometer inframerah tindak balas pantas harus dipilih, jika tidak, tindak balas isyarat yang mencukupi tidak akan dicapai, dan ketepatan pengukuran akan dikurangkan. Walau bagaimanapun, tidak semua aplikasi memerlukan termometer inframerah tindak balas pantas. Untuk proses terma statik atau sasaran dengan inersia haba, masa tindak balas pyrometer boleh dilonggarkan.
6. Fungsi pemprosesan isyarat: Memandangkan perbezaan antara proses diskret (seperti pengeluaran bahagian) dan proses berterusan, termometer inframerah diperlukan untuk mempunyai pelbagai fungsi pemprosesan isyarat (seperti pegangan puncak, pegangan lembah, nilai purata) untuk pilih daripada, seperti pengukuran suhu pada tali pinggang penghantar Apabila botol digunakan, adalah perlu untuk menggunakan nilai puncak untuk dipegang, dan isyarat keluaran suhunya dihantar kepada pengawal. Jika tidak, termometer membaca nilai suhu yang lebih rendah antara botol. Jika menggunakan penahanan puncak, tetapkan masa tindak balas termometer menjadi lebih lama sedikit daripada selang masa antara botol supaya sekurang-kurangnya satu botol sentiasa dalam ukuran.
7 Pertimbangan keadaan persekitaran: Keadaan persekitaran termometer mempunyai pengaruh yang besar terhadap hasil pengukuran, yang harus dipertimbangkan dan diselesaikan dengan betul, jika tidak, ia akan menjejaskan ketepatan pengukuran suhu dan juga menyebabkan kerosakan. Apabila suhu ambien tinggi dan terdapat habuk, asap dan wap, penutup pelindung, penyejukan air, sistem penyejukan udara, pembersih udara dan aksesori lain yang disediakan oleh pengilang boleh dipilih. Aksesori ini boleh menangani pengaruh alam sekitar dengan berkesan dan melindungi termometer untuk pengukuran suhu yang tepat. Apabila menentukan aksesori, perkhidmatan piawaian hendaklah diminta sebanyak mungkin untuk mengurangkan kos pemasangan.
8. Penentukuran termometer sinaran inframerah: termometer inframerah mesti ditentukur supaya ia boleh memaparkan suhu sasaran yang diukur dengan betul. Jika ukuran suhu termometer yang digunakan di luar toleransi semasa digunakan, ia perlu dikembalikan kepada pengilang atau pusat pembaikan untuk penentukuran semula.
Ciri-ciri Empat Termometer Inframerah
1. Pengukuran bukan sentuhan: Ia tidak perlu menyentuh bahagian dalam atau permukaan medan suhu yang diukur, jadi ia tidak akan mengganggu keadaan medan suhu yang diukur, dan termometer itu sendiri tidak akan rosak oleh medan suhu.
2. Julat ukuran yang luas: Oleh kerana ia adalah ukuran suhu bukan sentuhan, termometer tidak berada dalam medan suhu yang lebih tinggi atau lebih rendah, tetapi berfungsi pada suhu biasa atau di bawah keadaan yang dibenarkan oleh termometer. Dalam keadaan biasa, ia boleh mengukur tolak puluhan darjah hingga lebih daripada tiga ribu darjah.
3. Kelajuan pengukuran suhu yang cepat: iaitu masa tindak balas yang cepat. Selagi sinaran inframerah sasaran diterima, suhu boleh ditetapkan dalam masa yang singkat.
4. Ketepatan tinggi: Pengukuran suhu inframerah tidak akan memusnahkan taburan suhu objek itu sendiri seperti pengukuran suhu sentuhan, jadi ketepatan pengukuran adalah tinggi.
5. Kepekaan tinggi: Selagi terdapat perubahan kecil dalam suhu objek, tenaga sinaran akan berubah dengan banyak, yang mudah untuk dikesan. Ia boleh mengukur suhu medan suhu kecil dan
6. Pengukuran taburan suhu, dan pengukuran suhu objek yang bergerak atau berputar. Selamat dan hayat perkhidmatan yang panjang.
Kelemahan lima termometer inframerah:
1. Terdedah kepada faktor persekitaran (suhu persekitaran, habuk di udara, dsb.)
2. Ia mempunyai pengaruh yang besar pada bacaan suhu permukaan logam yang terang atau digilap
3. Hanya terhad kepada mengukur suhu luaran objek, adalah menyusahkan untuk mengukur suhu di dalam objek dan apabila terdapat halangan
Langkah berjaga-jaga untuk penggunaan enam termometer inframerah:
(1) Emisiviti objek yang diuji mesti ditentukan dengan tepat;
(2) Elakkan pengaruh objek suhu tinggi di persekitaran sekeliling;
(3) Untuk bahan lutsinar, suhu ambien hendaklah lebih rendah daripada suhu objek yang diukur;
(4) Termometer hendaklah diselaraskan secara menegak ke permukaan objek yang hendak diukur, dan dalam apa jua keadaan tidak boleh sudut melebihi 30 darjah
(5) Ia tidak boleh digunakan untuk pengukuran suhu pada permukaan logam yang terang atau digilap, dan tidak boleh digunakan untuk pengukuran suhu melalui kaca;
(6) Pilih pekali susulan dengan betul, diameter sasaran mesti memenuhi medan pandangan;
(7) Jika termometer inframerah tiba-tiba terdedah kepada perbezaan suhu ambien 20 darjah atau lebih tinggi, data pengukuran akan menjadi tidak tepat, dan nilai suhu yang diukur akan diambil selepas suhu seimbang. .
Tujuh rancangan penambahbaikan:
Oleh kerana termometer inframerah biasa hanya terhad untuk mengukur suhu luaran objek, adalah menyusahkan untuk mengukur suhu di dalam objek dan apabila terdapat halangan, jadi bahagian gentian optik boleh ditambah pada kepala pengesanan, dan kanta. dengan sudut pandangan kecil boleh dipasang di hujung hadapan, supaya Tenaga sinaran objek yang diukur melalui kanta ke bahagian dalam gentian optik. Selepas beberapa pantulan dalam gentian optik, ia dihantar ke pengesan. Kerana gentian optik boleh dibengkokkan dengan bebas, sinaran boleh diputar secara bebas, yang menyelesaikan masalah mengukur suhu dalaman objek, dan boleh mengukur suhu tempat seperti sudut yang disekat oleh halangan.
