Анализ современного применения технологии инфракрасных термометров
Принцип измерения температуры инфракрасным термометром заключается в преобразовании энергии инфракрасного излучения, излучаемой объектом, в электрический сигнал. Величина энергии инфракрасного излучения соответствует температуре самого объекта. По размеру преобразованного электрического сигнала можно определить температуру объекта. Технология инфракрасного измерения температуры была разработана для сканирования и измерения температуры поверхности с тепловыми изменениями, определения изображения ее температурного распределения и быстрого обнаружения скрытых температурных перепадов. Это инфракрасный тепловизор. Инфракрасные тепловизионные камеры впервые были использованы в вооруженных силах. В 2019 году корпорация TI из США разработала первую в мире систему разведки с инфракрасным сканированием. Позднее инфракрасная тепловизионная технология последовательно использовалась в самолетах, танках, боевых кораблях и другом вооружении западных стран, как тепловизионный комплекс для разведки целей, она значительно улучшает возможности поиска и поражения целей. Инфракрасная тепловизионная камера производства шведской компании AGA занимает лидирующие позиции в гражданской технике.
Инфракрасный термометр состоит из оптической системы, фотоэлектрического детектора, усилителя сигнала, устройства обработки сигнала, дисплея и других частей. Оптическая система улавливает энергию инфракрасного излучения цели в своем поле зрения, а размер поля зрения определяется оптическими частями термометра и его положением. Инфракрасная энергия фокусируется на фотодетекторе и преобразуется в соответствующий электрический сигнал. Сигнал проходит через усилитель и схему обработки сигналов и преобразуется в значение температуры измеряемой цели после корректировки по алгоритму внутренней обработки прибора и коэффициента излучения цели.
В природе все объекты с температурой выше абсолютного нуля постоянно излучают энергию инфракрасного излучения в окружающее пространство. Величина энергии инфракрасного излучения объекта и ее распределение по длине волны имеют очень тесную связь с температурой его поверхности. Следовательно, путем измерения инфракрасной энергии, излучаемой самим объектом, можно точно определить температуру его поверхности, что является объективной основой для измерения температуры инфракрасного излучения.
Черное тело представляет собой идеализированный излучатель, который поглощает все длины волн энергии излучения, не имеет отражения или передачи энергии и имеет коэффициент излучения 1 на своей поверхности. Однако практические объекты в природе почти не являются черными телами. Для уточнения и получения распределения инфракрасного излучения в теоретических исследованиях необходимо выбрать соответствующую модель. Это модель квантованного осциллятора излучения полости тела, предложенная Планком. Таким образом, был получен закон планковского излучения черного тела, то есть спектральная яркость черного тела, выраженная длиной волны, которая является отправной точкой всех теорий инфракрасного излучения, поэтому она называется законом излучения черного тела. Количество излучения всех реальных объектов зависит не только от длины волны излучения и температуры объекта, но также от типа материала, из которого состоит объект, метода подготовки, термического процесса, состояния поверхности и условий окружающей среды.
Инфракрасное измерение температуры использует метод точечного анализа, то есть тепловое излучение локальной области объекта фокусируется на одном детекторе, а мощность излучения преобразуется в температуру через коэффициент излучения известного объекта. . Из-за различных обнаруженных объектов, диапазонов измерения и случаев использования внешний вид и внутренняя структура инфракрасных термометров различаются, но основная структура в целом аналогична, в основном включая оптическую систему, фотодетектор, усилитель сигнала и обработку сигнала, вывод на дисплей и другое. части. Инфракрасное излучение, испускаемое излучателем. Попадая в оптическую систему, инфракрасное излучение модулируется модулятором в переменное излучение, а детектором преобразуется в соответствующий электрический сигнал. Сигнал проходит через усилитель и схему обработки сигнала и преобразуется в значение температуры измеряемой цели после корректировки в соответствии с алгоритмом в приборе и коэффициентом излучения цели.
Три категории инфракрасных термометров:
(1) Инфракрасный термометр для человека: Инфракрасный термометр лобного типа — это термометр, использующий принцип инфракрасного приема для измерения человеческого тела. При использовании вам нужно только удобно совместить окно обнаружения со лбом, и вы сможете быстро и точно измерить температуру тела.
(2) Промышленный инфракрасный термометр: Промышленный инфракрасный термометр измеряет температуру поверхности объекта, а его оптический датчик излучает, отражает и передает энергию, а затем энергия собирается и фокусируется зондом, а затем информация преобразуется в показания. отображение другими цепями На машине лазерный луч, оснащенный этой машиной, более эффективен для наведения на измеряемый объект и повышения точности измерения.
(3) Инфракрасные термометры для животноводства: Бесконтактные инфракрасные термометры для животных основаны на принципе Планка, точно измеряя температуру поверхности тела определенных частей поверхности тела животного и корректируя разницу температур между температурой поверхности тела и фактическая температура. Может точно отображать индивидуальную температуру тела животного.
Определение диапазона длин волн: Излучательная способность и свойства поверхности целевого материала определяют спектральную характеристику или длину волны пирометра. Для материалов из сплавов с высокой отражательной способностью существует низкая или переменная излучательная способность. В области высоких температур наилучшая длина волны для измерения металлических материалов находится в ближнем инфракрасном диапазоне, и можно выбрать длину волны {{0}}.18-1.0 мкм. Для других температурных зон можно выбрать длину волны 1,6 мкм, 2,2 мкм и 3,9 мкм. Поскольку некоторые материалы прозрачны на определенной длине волны, инфракрасная энергия будет проникать через эти материалы, и для этого материала следует выбирать особую длину волны. Например, длины волн 10 мкм, 2,2 мкм и 3,9 мкм используются для измерения внутренней температуры стекла (испытываемое стекло должно быть очень толстым, иначе оно пройдет насквозь); длина волны 5,0 мкм используется для измерения внутренней температуры стекла; ; Другим примером является измерение полиэтиленовой пленки с длиной волны 3,43 мкм и полиэстера с длиной волны 4,3 мкм или 7,9 мкм.
Определите время отклика: Время отклика указывает скорость реакции инфракрасного термометра на измеренное изменение температуры, которое определяется как время, необходимое для достижения 95 процентов энергии конечного показания, которое связано с постоянной времени фотодетектор, схема обработки сигналов и система отображения. Время отклика нового инфракрасного термометра может достигать 1 мс. Это намного быстрее, чем контактный метод измерения температуры. Если скорость движения цели очень высока или при измерении быстро нагревающейся цели следует выбрать быстродействующий инфракрасный термометр, в противном случае не будет достигнут достаточный отклик сигнала, и точность измерения будет снижена. Однако не для всех приложений требуется быстродействующий инфракрасный термометр. Для статических или целевых тепловых процессов, где существует тепловая инерция, время отклика пирометра может быть уменьшено. Поэтому выбор времени отклика инфракрасного термометра должен быть адаптирован к ситуации измеряемой цели.
Оптическое разрешение определяется отношением D к S, которое представляет собой отношение расстояния D между пирометром и мишенью и диаметром S пятна измерения. Если термометр должен быть установлен далеко от цели из-за условий окружающей среды, и необходимо измерить маленькую цель, следует выбрать термометр с высоким оптическим разрешением. Чем выше оптическое разрешение, т. е. чем выше соотношение D:S, тем выше стоимость пирометра.
Определение диапазона длин волн: Излучательная способность и свойства поверхности целевого материала определяют спектральную характеристику или длину волны пирометра. Для материалов из сплавов с высокой отражательной способностью существует низкая или переменная излучательная способность. В области высоких температур наилучшая длина волны для измерения металлических материалов находится в ближнем инфракрасном диапазоне, а длина волны {{0}}.18-1.{{10}} мкм может быть выбрано. Для других температурных зон можно выбрать длину волны 1,6 мкм, 2,2 мкм и 3,9 мкм. Поскольку некоторые материалы прозрачны на определенной длине волны, инфракрасная энергия будет проникать через эти материалы, и для этого материала следует выбирать особую длину волны. Например, длины волн 1,0 мкм, 2,2 мкм и 3,9 мкм используются для измерения внутренней температуры стекла (проверяемое стекло должно быть очень толстым, иначе оно пройдет насквозь); длина волны 5,0 мкм используется для измерения внутренней температуры стекла; длина волны 8-14 мкм используется для низких измерений Целесообразно; другим примером является измерение длины волны 3,43 мкм для полиэтиленовой пластиковой пленки и длины волны 4,3 мкм или 7,9 мкм для полиэстера.
Определите время отклика: Время отклика указывает скорость реакции инфракрасного термометра на измеренное изменение температуры, которое определяется как время, необходимое для достижения 95 процентов энергии конечного показания, которое связано с постоянной времени фотодетектор, схема обработки сигналов и система отображения. Время отклика инфракрасного термометра марки Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM может достигать 1 мс. Это намного быстрее, чем контактные методы измерения температуры. Если скорость движения цели очень высока или при измерении быстро нагревающейся цели следует выбрать быстродействующий инфракрасный термометр, в противном случае не будет достигнут достаточный отклик сигнала, и точность измерения будет снижена. Однако не для всех приложений требуется быстродействующий инфракрасный термометр. Для статических или целевых тепловых процессов, где существует тепловая инерция, время отклика пирометра может быть уменьшено. Поэтому выбор времени отклика инфракрасного термометра должен быть адаптирован к ситуации измеряемой цели.
Функция обработки сигнала: измерение дискретных процессов (таких как производство деталей) отличается от непрерывных процессов, требуя, чтобы инфракрасные термометры имели функции обработки сигналов (такие как удержание пика, удержание впадины, среднее значение). Например, при измерении температуры стекла на конвейерной ленте необходимо использовать пиковое значение для удержания, а выходной сигнал его температуры подается на контроллер.
Учет условий окружающей среды: условия окружающей среды термометра имеют большое влияние на результаты измерения, которые следует учитывать и правильно разрешать, иначе это повлияет на точность измерения температуры и даже приведет к повреждению термометра. Когда температура окружающей среды слишком высока и есть пыль, дым и пар, вы можете выбрать защитный кожух, водяное охлаждение, систему воздушного охлаждения, воздуходувку и другие аксессуары, предоставленные производителем. Эти аксессуары могут эффективно справляться с влиянием окружающей среды и защищать термометр для точного измерения температуры. При выборе аксессуаров необходимо максимально стандартизировать обслуживание, чтобы снизить затраты на установку. Когда дым, пыль или другие частицы уменьшают энергетический сигнал измерения, лучшим выбором является двухцветный термометр. В условиях шума, электромагнитного поля, вибрации или недоступных условий окружающей среды или других суровых условий наилучшим выбором является двухцветный термометр с оптоволоконным кабелем.
В приложениях с герметичными или опасными материалами, такими как контейнеры или вакуумные камеры, пирометр смотрит через окно. Материал должен быть достаточно прочным и проходить через рабочий диапазон длин волн используемого пирометра. Также определите, должен ли оператор также наблюдать через окно, поэтому выберите подходящее место установки и материал окна, чтобы избежать взаимного влияния. В низкотемпературных измерениях материалы Ge или Si обычно используются в качестве окон, которые непрозрачны для видимого света, и человеческий глаз не может наблюдать цель через окно. Если оператору необходимо пройти через оконную мишень, следует использовать оптический материал, пропускающий как инфракрасное излучение, так и видимый свет. Например, в качестве материала окна следует использовать оптический материал, пропускающий как инфракрасное излучение, так и видимый свет, такой как ZnSe или BaF2.
Простое управление и простота использования: инфракрасные термометры должны быть интуитивно понятными, простыми в эксплуатации и простыми в использовании операторами. Среди них портативные инфракрасные термометры — маленькие, легкие и переносимые людьми, которые объединяют измерение температуры и вывод на дисплей. Приборы для измерения температуры могут отображать температуру и выводить различную информацию о температуре на панель дисплея, а некоторые из них могут управляться с помощью дистанционного управления или компьютерной программы.
В случае суровых и сложных условий окружающей среды можно выбрать систему с отдельной головкой для измерения температуры и дисплеем для простоты установки и настройки. Можно выбрать форму выходного сигнала, соответствующую текущему оборудованию управления. Калибровка термометра инфракрасного излучения: инфракрасный термометр должен быть откалиброван, чтобы он мог правильно отображать температуру измеряемой цели. Если измерение температуры используемого термометра выходит за допустимые пределы во время использования, его необходимо вернуть производителю или в ремонтный центр для повторной калибровки.
