Analýza modernej aplikácie technológie infračerveného teplomera
Princíp merania teploty infračerveného teplomera spočíva v premene infračervenej sálavej energie vyžarovanej objektom na elektrický signál. Veľkosť energie infračerveného žiarenia zodpovedá teplote samotného objektu. Podľa veľkosti prevedeného elektrického signálu možno určiť teplotu objektu. Technológia infračerveného merania teploty bola vyvinutá na snímanie a meranie teploty povrchu s tepelnými zmenami, určenie obrazu jeho rozloženia teploty a rýchle zistenie skrytých teplotných rozdielov. Toto je infračervená termokamera. Infračervené termovízne kamery boli prvýkrát použité v armáde. V roku 2019 spoločnosť TI Corporation zo Spojených štátov vyvinula prvý infračervený skenovací prieskumný systém na svete. Neskôr sa infračervená termovízna technológia postupne používala v lietadlách, tankoch, vojnových lodiach a iných zbraniach v západných krajinách, ako tepelný zameriavací systém pre prieskumné ciele, výrazne zlepšuje schopnosť vyhľadávať a zasahovať ciele. Infračervená termovízna kamera vyrábaná švédskou spoločnosťou AGA je na poprednom mieste v civilnej technike.
Infračervený teplomer sa skladá z optického systému, fotoelektrického detektora, zosilňovača signálu, spracovania signálu, výstupu na displej a ďalších častí. Optický systém zhromažďuje cieľovú energiu infračerveného žiarenia vo svojom zornom poli a veľkosť zorného poľa je určená optickými časťami teplomera a jeho polohou. Infračervená energia je zameraná na fotodetektor a premenená na zodpovedajúci elektrický signál. Signál prechádza cez zosilňovač a obvod spracovania signálu a po korekcii podľa algoritmu vnútorného spracovania prístroja a emisivity cieľa sa prevedie na hodnotu teploty meraného cieľa.
V prírode všetky objekty s teplotou vyššou ako absolútna nula neustále vyžarujú energiu infračerveného žiarenia do okolitého priestoru. Veľkosť energie infračerveného žiarenia objektu a jeho rozloženie podľa vlnovej dĺžky majú veľmi úzky vzťah s jeho povrchovou teplotou. Preto meraním infračervenej energie vyžarovanej samotným objektom možno presne určiť jeho povrchovú teplotu, ktorá je objektívnym základom pre meranie teploty infračerveného žiarenia.
Čierne teleso je idealizovaný žiarič, ktorý absorbuje všetky vlnové dĺžky energie žiarenia, nemá odraz ani prenos energie a na svojom povrchu má emisivitu 1. Praktické predmety v prírode však takmer nie sú čierne telesá. Na objasnenie a získanie distribúcie infračerveného žiarenia je potrebné v teoretickom výskume zvoliť vhodný model. Toto je kvantovaný oscilátorový model žiarenia telesnej dutiny navrhnutý Planckom, teda odvodený zo zákona Planckovho žiarenia čierneho telesa, teda spektrálneho žiarenia čierneho telesa vyjadreného vlnovou dĺžkou, čo je východiskový bod všetkých teórií infračerveného žiarenia, takže je nazývaný zákon žiarenia čierneho telesa. Množstvo žiarenia všetkých skutočných objektov nezávisí len od vlnovej dĺžky žiarenia a teploty objektu, ale aj od typu materiálu, z ktorého sa objekt skladá, spôsobu prípravy, tepelného procesu, stavu povrchu a podmienok prostredia.
Infračervené meranie teploty využíva metódu bodovej analýzy, to znamená, že tepelné žiarenie lokálnej oblasti objektu je zamerané na jeden detektor a výkon žiarenia sa premieňa na teplotu prostredníctvom emisivity známeho objektu. . Kvôli rôznym detekovaným objektom, rozsahom merania a príležitostiam použitia je dizajn vzhľadu a vnútorná štruktúra infračervených teplomerov rozdielna, ale základná štruktúra je vo všeobecnosti podobná, najmä vrátane optického systému, fotodetektora, zosilňovača signálu a spracovania signálu, výstupu displeja a iných časti. Infračervené žiarenie vyžarované žiaričom. Vstupom do optického systému je infračervené žiarenie modulátorom modulované na striedavé žiarenie a detektorom je prevedené na zodpovedajúci elektrický signál. Signál prechádza cez zosilňovač a obvod spracovania signálu a po korekcii podľa algoritmu v prístroji a emisivity cieľa sa prevedie na hodnotu teploty meraného cieľa.
Tri kategórie infračervených teplomerov:
(1) Infračervený teplomer pre ľudské použitie: Infračervený teplomer na čele je teplomer, ktorý využíva princíp infračerveného príjmu na meranie ľudského tela. Pri používaní stačí detekčné okienko pohodlne zarovnať s čelom a môžete rýchlo a presne zmerať telesnú teplotu.
(2) Priemyselný infračervený teplomer: Priemyselný infračervený teplomer meria povrchovú teplotu objektu a jeho optický senzor vyžaruje, odráža a prenáša energiu a potom sa energia zbiera a zaostruje sondou a potom sa informácie premenia na čítanie. zobrazenie inými obvodmi Na stroji je laserové svetlo vybavené týmto strojom efektívnejšie pri zameriavaní meraného objektu a zlepšovaní presnosti merania.
(3) Infračervené teplomery pre chov zvierat: Bezdotykové infračervené teplomery pre zvieratá sú založené na Planckovom princípe presným meraním teploty povrchu tela na špecifických častiach povrchu tela zvieraťa a korekciou teplotného rozdielu medzi teplotou povrchu tela a skutočnú teplotu. Dokáže presne zobraziť individuálnu telesnú teplotu zvieraťa.
Určenie rozsahu vlnových dĺžok: Emisivita a povrchové vlastnosti materiálu terča určujú spektrálnu odozvu alebo vlnovú dĺžku pyrometra. Pre zliatinové materiály s vysokou odrazivosťou existuje nízka alebo premenlivá emisivita. V oblasti s vysokou teplotou je najlepšia vlnová dĺžka na meranie kovových materiálov blízko infračerveného žiarenia a možno vybrať vlnovú dĺžku {{0}}.18-1.0μm. Ostatné teplotné zóny si môžu zvoliť vlnové dĺžky 1,6 μm, 2,2 μm a 3,9 μm. Keďže niektoré materiály sú pri určitej vlnovej dĺžke priehľadné, infračervená energia prenikne týmito materiálmi a pre tento materiál by sa mala zvoliť špeciálna vlnová dĺžka. Napríklad vlnové dĺžky 10 μm, 2,2 μm a 3,9 μm sa používajú na meranie vnútornej teploty skla (testované sklo musí byť veľmi hrubé, inak prejde); vlnová dĺžka 5,0 μm sa používa na meranie vnútornej teploty skla; ; Ďalším príkladom je meranie polyetylénovej plastovej fólie s vlnovou dĺžkou 3,43 μm a polyesteru s vlnovou dĺžkou 4,3 μm alebo 7,9 μm.
Stanovte čas odozvy: Čas odozvy udáva rýchlosť reakcie infračerveného teplomera na nameranú zmenu teploty, ktorá je definovaná ako čas potrebný na dosiahnutie 95 percent energie konečného odčítania, čo súvisí s časovou konštantou fotodetektor, obvod na spracovanie signálu a zobrazovací systém. Čas odozvy nového infračerveného teplomera môže dosiahnuť 1 ms. Je to oveľa rýchlejšie ako metóda merania kontaktnej teploty. Ak je rýchlosť pohybu cieľa veľmi rýchla alebo pri meraní rýchlo sa zahrievajúceho cieľa, treba zvoliť infračervený teplomer s rýchlou odozvou, inak sa nedosiahne dostatočná odozva signálu a zníži sa presnosť merania. Nie všetky aplikácie však vyžadujú infračervený teplomer s rýchlou odozvou. Pre statické alebo cieľové tepelné procesy, kde existuje tepelná zotrvačnosť, môže byť doba odozvy pyrometra uvoľnená. Preto by sa mal výber doby odozvy infračerveného teplomera prispôsobiť situácii meraného cieľa.
Optické rozlíšenie je určené pomerom D k S, čo je pomer vzdialenosti D medzi pyrometrom k cieľu a priemeru S meraného bodu. Ak musí byť teplomer inštalovaný ďaleko od cieľa kvôli podmienkam prostredia a musí sa merať malý cieľ, mal by sa zvoliť teplomer s vysokým optickým rozlíšením. Čím vyššie je optické rozlíšenie, teda zvýšenie pomeru D:S, tým vyššia je cena pyrometra.
Určenie rozsahu vlnových dĺžok: Emisivita a povrchové vlastnosti materiálu terča určujú spektrálnu odozvu alebo vlnovú dĺžku pyrometra. Pre zliatinové materiály s vysokou odrazivosťou existuje nízka alebo premenlivá emisivita. V oblasti s vysokou teplotou je najlepšia vlnová dĺžka na meranie kovových materiálov blízko infračerveného žiarenia a môže byť vlnová dĺžka {{0}}.18-1.{{10}}μm môže byť vybraný. Ostatné teplotné zóny si môžu zvoliť vlnové dĺžky 1,6 μm, 2,2 μm a 3,9 μm. Keďže niektoré materiály sú pri určitej vlnovej dĺžke priehľadné, infračervená energia prenikne týmito materiálmi a pre tento materiál by sa mala zvoliť špeciálna vlnová dĺžka. Napríklad na meranie vnútornej teploty skla sa používajú vlnové dĺžky 1,0 μm, 2,2 μm a 3,9 μm (sklo, ktoré sa má testovať, musí byť veľmi hrubé, inak prejde); vlnová dĺžka 5,0 μm sa používa na meranie vnútornej teploty skla; vlnová dĺžka 8-14 μm sa používa pre nízke meranie. Odporúča sa; ďalším príkladom je meranie vlnovej dĺžky 3,43 μm pre polyetylénový plastový film a vlnovú dĺžku 4,3 μm alebo 7,9 μm pre polyester.
Stanovte čas odozvy: Čas odozvy udáva rýchlosť reakcie infračerveného teplomera na nameranú zmenu teploty, ktorá je definovaná ako čas potrebný na dosiahnutie 95 percent energie konečného odčítania, čo súvisí s časovou konštantou fotodetektor, obvod na spracovanie signálu a zobrazovací systém. Čas odozvy infračerveného teplomera značky Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM môže dosiahnuť 1 ms. Je to oveľa rýchlejšie ako metódy merania kontaktnej teploty. Ak je rýchlosť pohybu cieľa veľmi rýchla alebo pri meraní rýchlo sa zahrievajúceho cieľa, treba zvoliť infračervený teplomer s rýchlou odozvou, inak sa nedosiahne dostatočná odozva signálu a zníži sa presnosť merania. Nie všetky aplikácie však vyžadujú infračervený teplomer s rýchlou odozvou. Pre statické alebo cieľové tepelné procesy, kde existuje tepelná zotrvačnosť, môže byť doba odozvy pyrometra uvoľnená. Preto by sa mal výber doby odozvy infračerveného teplomera prispôsobiť situácii meraného cieľa.
Funkcia spracovania signálu: Meranie diskrétnych procesov (ako je výroba dielov) sa líši od kontinuálnych procesov, ktoré vyžadujú, aby infračervené teplomery mali funkcie spracovania signálu (ako je zadržanie vrcholu, zadržanie v údolí, priemerná hodnota). Napríklad pri meraní teploty skla na dopravnom páse je potrebné použiť špičkovú hodnotu na podržanie a výstupný signál o jej teplote sa posiela do regulátora.
Zohľadnenie podmienok prostredia: Podmienky prostredia teplomera majú veľký vplyv na výsledky merania, ktoré je potrebné zvážiť a správne vyriešiť, inak to ovplyvní presnosť merania teploty a dokonca spôsobí poškodenie teplomera. Keď je okolitá teplota príliš vysoká a je tam prach, dym a para, môžete si vybrať ochranný kryt, vodné chladenie, systém vzduchového chladenia, dúchadlo a ďalšie príslušenstvo dodávané výrobcom. Toto príslušenstvo dokáže efektívne riešiť vplyvy prostredia a chrániť teplomer pre presné meranie teploty. Pri špecifikácii príslušenstva by sa mala čo najviac požadovať štandardizácia servisu, aby sa znížili náklady na inštaláciu. Keď dym, prach alebo iné častice znižujú energetický signál merania, je najlepšou voľbou dvojfarebný teplomer. Pri hluku, elektromagnetickom poli, vibráciách alebo neprístupných podmienkach prostredia alebo iných drsných podmienkach je dvojfarebný teplomer z optických vlákien tou najlepšou voľbou.
V aplikáciách s utesnenými alebo nebezpečnými materiálmi, ako sú nádoby alebo vákuové komory, sa pyrometer pozerá cez okno. Materiál musí byť dostatočne pevný a musí prejsť rozsahom prevádzkových vlnových dĺžok použitého pyrometra. Zistite tiež, či operátor potrebuje aj pozorovať cez okno, preto zvoľte vhodné miesto inštalácie a materiál okna, aby ste sa vyhli vzájomnému ovplyvňovaniu. V aplikáciách nízkoteplotného merania sa ako okná zvyčajne používajú materiály Ge alebo Si, ktoré sú nepriepustné pre viditeľné svetlo a ľudské oko nemôže cez okno pozorovať cieľ. Ak operátor potrebuje prejsť cez okenný terč, mal by sa použiť optický materiál, ktorý prenáša infračervené aj viditeľné svetlo. Napríklad ako materiál okienka by sa mal použiť optický materiál, ktorý prenáša infračervené aj viditeľné svetlo, ako je ZnSe alebo BaF2.
Jednoduchá obsluha a jednoduché použitie: Infračervené teplomery by mali byť intuitívne, ľahko ovládateľné a ľahko použiteľné operátormi. Medzi nimi sú prenosné infračervené teplomery malé, ľahké a prenášané ľuďmi, ktoré integrujú meranie teploty a výstup displeja. Prístroje na meranie teploty môžu zobrazovať teplotu a vydávať rôzne informácie o teplote na paneli displeja a niektoré môžu byť ovládané diaľkovým ovládačom alebo počítačovým softvérovým programom.
V prípade drsných a komplikovaných podmienok prostredia je možné zvoliť systém so samostatnou hlavicou na meranie teploty a displejom pre jednoduchú inštaláciu a konfiguráciu. Je možné zvoliť formu výstupu signálu zodpovedajúcu aktuálnemu riadiacemu zariadeniu. Kalibrácia teplomera infračerveného žiarenia: infračervený teplomer musí byť kalibrovaný tak, aby správne zobrazoval teplotu meraného cieľa. Ak je meranie teploty použitého teplomera počas používania mimo tolerancie, je potrebné ho vrátiť výrobcovi alebo opravárenskému stredisku na opätovnú kalibráciu.
