Teoretický princíp a použitie infračerveného teplomera
Existuje mnoho spôsobov, ako merať teplotu. Teplomery možno rozdeliť do dvoch typov: kontaktné prístroje na meranie teploty a bezkontaktné prístroje na meranie teploty. Kontaktný typ zahŕňa známy kvapalinový teplomer, termočlánkový teplomer a tepelný odporový teplomer atď. Ako všetci vieme, teplota je jedným z najdôležitejších parametrov vo vykurovacích, plynových, ventilačných a klimatizačných systémoch. Najmä v procese tepelnotechnického merania je presnosť teploty často kľúčom k úspechu alebo neúspechu experimentu. Preto je v strojárstve nevyhnutný prístroj na meranie teploty s vysokou presnosťou. Preto tento článok predstavuje niektoré princípy a aplikácie infračervených teplomerov v nástrojoch na meranie teploty.
Teoretický princíp infračerveného merania teploty:
V prírode, keď je teplota objektu vyššia ako absolútna nula, v dôsledku existencie vnútorného tepelného pohybu bude objekt nepretržite vyžarovať elektromagnetické vlny do okolia, vrátane infračervených lúčov s vlnovým pásmom 0,75 µm~ 100 um. Jeho charakteristikou je, že pri danej teplote a vlnovej dĺžke má žiarivá energia vyžarovaná objektom maximálnu hodnotu. Tento druh materiálu sa nazýva čierne teleso a jeho koeficient odrazu je nastavený na 1. Koeficient odrazu iných materiálov je menší ako 1, nazýva sa to šedé teleso, pretože spektrálny výkon žiarenia P(λT) čierneho telesa a maximálna teplota T vyhovuje Planckovmu určeniu. Ukazuje, že pri maximálnej teplote T je sila žiarenia čierneho telesa na jednotku plochy pri vlnovej dĺžke λ P(λT).
So stúpajúcou teplotou sa energia žiarenia objektu stáva silnejšou. Toto je východiskový bod teórie infračerveného žiarenia a konštrukčný základ jednopásmového infračerveného teplomera.
Keď sa teplota zvyšuje, vrchol žiarenia sa pohybuje v smere krátkych vĺn (doľava) a spĺňa Wienovu vetu o posunutí, vlnová dĺžka na vrchole je nepriamo úmerná maximálnej teplote T a bodkovaná čiara je čiara spájajúcej vrchol. Tento vzorec nám hovorí, prečo teplomery s vysokou teplotou väčšinou fungujú pri krátkych vlnách a teplomery s nízkou teplotou väčšinou fungujú pri dlhých vlnách.
Rýchlosť zmeny energie žiarenia s teplotou je väčšia na krátkych vlnách ako na dlhých vlnách, to znamená, že teplomer pracujúci na krátkych vlnách má relatívne vysoký pomer signálu k šumu (vysoká citlivosť) a silný proti rušeniu. Teplomer by sa mal pokúsiť zvoliť prácu pri maximálnej vlnovej dĺžke. Najmä v prípade nízkej teploty a malých cieľov je to obzvlášť dôležité.
Dva: Infračervený teplomer sa skladá z optického systému, fotoelektrického detektora, zosilňovača signálu, spracovania signálu, výstupu displeja a ďalších častí. Žiarenie z meraného objektu a zdroja spätnej väzby je modulované modulátorom a následne privedené do infračerveného detektora. Rozdiel medzi týmito dvoma signálmi je zosilnený antizosilňovačom a riadi teplotu zdroja spätnej väzby, takže spektrálne žiarenie zdroja spätnej väzby je rovnaké ako vyžarovanie objektu. Displej zobrazuje teplotu jasu meraného objektu
Indikátory výkonu a výber troch infračervených teplomerov:
Výkonnostné ukazovatele infračervených teplomerov zahŕňajú: rozsah merania teploty, rozlíšenie displeja, presnosť, rozsah teploty pracovného prostredia, opakovateľnosť, relatívna vlhkosť, čas odozvy, napájanie, spektrum odozvy, veľkosť, zobrazenie maximálnej hodnoty, hmotnosť, emisivitu atď. pri výbere na nasledujúce:
1. Určite rozsah merania teploty: Rozsah merania teploty je najdôležitejším ukazovateľom výkonu teplomera. Každý typ teplomeru má svoj špecifický teplotný rozsah. Teplotný rozsah nameraný používateľom je preto potrebné zvážiť presne a komplexne, nie príliš úzky ani príliš široký. Podľa zákona o žiarení čierneho telesa v pásme krátkych vlnových dĺžok spektra zmena energie žiarenia spôsobená teplotou prevýši zmenu energie žiarenia spôsobenú chybou emisivity.
2 Určte cieľovú veľkosť: Infračervené teplomery možno podľa princípu rozdeliť na jednofarebné teplomery a dvojfarebné teplomery (radiačné kolorimetrické teplomery). Pri monochromatickom teplomere by pri meraní teploty mala oblasť meraného terča vyplniť zorné pole teplomera. Odporúča sa, aby veľkosť meraného cieľa presahovala 50 percent zorného poľa. Ak je veľkosť cieľa menšia ako zorné pole, energia žiarenia pozadia vstúpi do vizuálnych a akustických symbolov teplomera a bude interferovať s nameranými hodnotami teploty, čo spôsobí chyby. Naopak, ak je cieľ väčší ako zorné pole pyrometra, pyrometer nebude ovplyvnený pozadím mimo oblasti merania. Pre dvojfarebný pyrometer je teplota určená pomerom energie žiarenia v dvoch nezávislých pásmach vlnových dĺžok. Preto, keď je meraný cieľ malý, nevypĺňa zorné pole a na dráhe merania je dym, prach a prekážky, ktoré tlmia energiu žiarenia, nebude to mať významný vplyv na výsledky merania. . Pre malé a pohyblivé alebo vibrujúce terče je dvojfarebný teplomer tou najlepšou voľbou. Je to spôsobené malým priemerom svetelných lúčov a ich flexibilitou pri prenose energie žiarenia cez zakrivené, zablokované a zložené kanály.
3 Určite koeficient vzdialenosti (optické rozlíšenie): Koeficient vzdialenosti je určený pomerom D:S, teda pomerom vzdialenosti D medzi sondou teplomera k cieľu a priemerom meraného cieľa. 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. Ak je teplomer ďaleko od cieľa a cieľ je malý, mal by sa zvoliť teplomer s vysokým koeficientom vzdialenosti. Pre pyrometer s pevnou ohniskovou vzdialenosťou je ohniskom optického systému najmenšia poloha bodu a bod blízko a ďaleko od ohniska sa zväčší. Existujú dva faktory vzdialenosti.
4. Určite rozsah vlnových dĺžok: Emisivita a povrchové charakteristiky materiálu terča určujú zodpovedajúcu vlnovú dĺžku spektra 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 blízke infračervené žiarenie a možno vybrať 0.8-1.0 μm. Ostatné teplotné zóny si môžu zvoliť 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.
5 Určite 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 a súvisí s časovou konštantou fotodetektora, obvodu spracovania signálu a zobrazovacieho systému. 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 s tepelnou zotrvačnosťou môže byť doba odozvy pyrometra uvoľnená.
6. Funkcia spracovania signálu: Vzhľadom na rozdiel medzi diskrétnym procesom (ako je výroba súčiastok) a kontinuálnym procesom sa vyžaduje, aby infračervený teplomer mal viacero funkcií spracovania signálu (ako je špičková, dolná, priemerná hodnota). na výber, napríklad meranie teploty na dopravnom páse Pri použití fľaše je potrebné použiť špičkovú hodnotu na podržanie a výstupný signál jej teploty sa posiela do regulátora. V opačnom prípade teplomer ukazuje nižšiu hodnotu teploty medzi fľašami. Ak používate podržanie vrcholu, nastavte čas odozvy teplomera tak, aby bol o niečo dlhší ako časový interval medzi fľašami, aby sa vždy merala aspoň jedna fľaša.
7 Zohľadnenie podmienok prostredia: Podmienky prostredia teplomera majú veľký vplyv na výsledky merania, ktoré treba zvážiť a správne vyriešiť, inak ovplyvnia presnosť merania teploty a dokonca spôsobia poškodenie. Keď je okolitá teplota vysoká a je tam prach, dym a para, je možné zvoliť ochranný kryt, vodné chladenie, vzduchový chladiaci systém, čističku vzduchu a ďalšie príslušenstvo poskytované 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.
8. 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.
Vlastnosti štyroch infračervených teplomerov
1. Bezdotykové meranie: Nepotrebuje sa dotýkať vnútrajška ani povrchu meraného teplotného poľa, takže nebude rušiť stav meraného teplotného poľa a samotný teplomer sa teplotným poľom nepoškodí.
2. Široký rozsah merania: Pretože ide o bezdotykové meranie teploty, teplomer nie je vo vyššom alebo nižšom teplotnom poli, ale pracuje pri normálnej teplote alebo za podmienok, ktoré teplomer umožňuje. Za normálnych okolností môže merať mínus desiatky stupňov až viac ako tri tisícky stupňov.
3. Rýchla rýchlosť merania teploty: to znamená rýchly čas odozvy. Pokiaľ je prijímané infračervené žiarenie cieľa, teplota sa dá v krátkom čase fixovať.
4. Vysoká presnosť: Infračervené meranie teploty nezničí distribúciu teploty samotného objektu ako kontaktné meranie teploty, takže presnosť merania je vysoká.
5. Vysoká citlivosť: Pokiaľ dôjde k malej zmene teploty objektu, energia žiarenia sa výrazne zmení, čo sa dá ľahko zistiť. Dokáže merať teplotu malého teplotného poľa a
6. Meranie rozloženia teploty a meranie teploty pohybujúcich sa alebo rotujúcich predmetov. Bezpečná a dlhá životnosť.
Nevýhody piatich infračervených teplomerov:
1. Zraniteľnosť voči environmentálnym faktorom (okolitá teplota, prach vo vzduchu atď.)
2. Má veľký vplyv na odčítanie teploty lesklého alebo lešteného kovového povrchu
3. Obmedzené iba na meranie vonkajšej teploty objektu, je nepohodlné merať teplotu vo vnútri objektu a pri prekážkach
Bezpečnostné opatrenia pri používaní šiestich infračervených teplomerov:
(1) Emisivita skúšaného objektu musí byť presne určená;
(2) Vyhnite sa vplyvu predmetov s vysokou teplotou v okolitom prostredí;
(3) Pre priehľadné materiály by teplota okolia mala byť nižšia ako teplota meraného objektu;
(4) Teplomer by mal byť zarovnaný vertikálne k povrchu meraného objektu a za žiadnych okolností by uhol nemal prekročiť 30 stupňov
(5) Nedá sa použiť na meranie teploty na lesklých alebo leštených kovových povrchoch a nedá sa použiť na meranie teploty cez sklo;
(6) Správne zvoľte sledovací koeficient, cieľový priemer musí vyplniť zorné pole;
(7) Ak je infračervený teplomer náhle vystavený rozdielu okolitej teploty 20 stupňov alebo viac, namerané údaje budú nepresné a nameraná hodnota teploty sa načíta po vyrovnaní teploty. .
Sedem plánov na zlepšenie:
Keďže bežný infračervený teplomer je obmedzený len na meranie vonkajšej teploty objektu, je nepohodlné merať teplotu vo vnútri objektu a keď sú tam prekážky, takže k detekčnej hlave možno pridať časť optického vlákna a šošovku s malým pozorovacím uhlom je možné nainštalovať na predný koniec, takže energia žiarenia meraného objektu prechádza cez šošovku do vnútra optického vlákna. Po viacnásobných odrazoch v optickom vlákne sa prenesie do detektora. Pretože sa optické vlákno môže voľne ohýbať, žiarenie sa môže voľne otáčať, čo rieši problém merania vnútornej teploty objektu a môže merať teplotu miest, ako sú rohy blokované prekážkami.
