Теоретический принцип и применение инфракрасного термометра
Существует множество способов измерения температуры. Термометры можно разделить на два типа: контактные измерители температуры и бесконтактные измерители температуры. К контактному типу относятся привычные жидкостные термометры, термопарные термометры и термометры сопротивления и т. д. Как известно, температура является одним из важнейших параметров в системах отопления, газоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Особенно в процессе теплотехнических измерений точность температуры часто является ключом к успеху или неудаче эксперимента. Поэтому в технике необходим высокоточный прибор для измерения температуры. Поэтому в этой статье представлены некоторые принципы и области применения инфракрасных термометров в средствах измерения температуры.
Теоретический принцип инфракрасного измерения температуры:
В природе, когда температура объекта выше абсолютного нуля, из-за существования внутреннего теплового движения он будет непрерывно излучать электромагнитные волны в окружающую среду, включая инфракрасные лучи с диапазоном волн 0,75 мкм~ 100 мкм. Его характеристика состоит в том, что при заданной температуре и длине волны лучистая энергия, излучаемая объектом, имеет максимальное значение. Этот тип материала называется черным телом, и его коэффициент отражения равен 1. Коэффициент отражения других материалов меньше 1, что называется серым телом, поскольку спектральная мощность излучения P(λT) черного тела а максимальная температура T удовлетворяет определению Планка. Он показывает, что при максимальной температуре T мощность излучения абсолютно черного тела на единицу площади на длине волны λ равна P(λT).
По мере повышения температуры лучистая энергия объекта становится сильнее. Это отправная точка теории инфракрасного излучения и основа конструкции однодиапазонного инфракрасного термометра.
При повышении температуры пик излучения смещается в коротковолновое направление (влево) и удовлетворяет теореме смещения Вина, длина волны в пике обратно пропорциональна максимальной температуре Т, пунктирная линия — линия подключение вершины. Эта формула объясняет нам, почему высокотемпературные термометры в основном работают на коротких волнах, а низкотемпературные термометры — на длинных.
Скорость изменения лучистой энергии с температурой на коротковолновом больше, чем на длинноволновом, т. е. термометр, работающий на коротковолновом, имеет относительно высокое отношение сигнал/шум (высокая чувствительность) и сильный защита от помех. Термометр должен попытаться выбрать работу на пиковой длине волны. Это особенно важно в случае низкой температуры и небольших целей.
Два: инфракрасный термометр состоит из оптической системы, фотоэлектрического детектора, усилителя сигнала, обработки сигнала, вывода на дисплей и других частей. Излучение от измеряемого объекта и источника обратной связи модулируется модулятором и затем поступает на инфракрасный детектор. Разница между двумя сигналами усиливается антиусилителем и контролирует температуру источника обратной связи, так что спектральная яркость источника обратной связи такая же, как у объекта. На дисплее отображается яркостная температура измеряемого объекта
Показатели производительности и выбор трех инфракрасных термометров:
К рабочим характеристикам инфракрасных термометров относятся: диапазон измерения температуры, разрешение дисплея, точность, диапазон температур рабочей среды, повторяемость, относительная влажность, время отклика, источник питания, спектр отклика, размер, отображение максимального значения, вес, коэффициент излучения и т. д. Обратите внимание. к следующему при выборе:
1. Определите диапазон измерения температуры. Диапазон измерения температуры является наиболее важным показателем эффективности термометра. Каждый тип термометра имеет свой собственный температурный диапазон. Следовательно, диапазон измеряемых пользователем температур должен рассматриваться точно и всесторонне, не слишком узко и не слишком широко. Согласно закону излучения черного тела, в коротковолновом диапазоне спектра изменение лучистой энергии, вызванное температурой, будет превышать изменение лучистой энергии, вызванное ошибкой коэффициента излучения.
2 Определите размер цели: Инфракрасные термометры можно разделить на одноцветные термометры и двухцветные термометры (радиационные колориметрические термометры) по принципу. Для монохроматического термометра при измерении температуры площадь измеряемой мишени должна заполнять поле зрения термометра. Рекомендуется, чтобы измеренный размер цели превышал 50 процентов поля зрения. Если размер цели меньше поля зрения, энергия фонового излучения попадет в визуальные и акустические символы термометра и будет мешать показаниям измерения температуры, вызывая ошибки. И наоборот, если цель больше, чем поле зрения пирометра, фон за пределами области измерения не повлияет на пирометр. Для двухцветного пирометра температура определяется соотношением лучистой энергии в двух независимых диапазонах длин волн. Поэтому, когда измеряемая цель мала, не заполняет поле зрения, а на пути измерения присутствуют дым, пыль и препятствия, ослабляющие энергию излучения, это не окажет существенного влияния на результаты измерения. . Для небольших и движущихся или вибрирующих целей лучше всего подходит двухцветный термометр. Это происходит из-за малого диаметра световых лучей и их гибкости для переноса лучистой энергии света по изогнутым, заблокированным и складчатым каналам.
3 Определите коэффициент расстояния (оптическое разрешение): Коэффициент расстояния определяется отношением D:S, то есть отношением расстояния D между зондом термометра до цели и диаметром измеряемой цели. 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. Если термометр находится далеко от цели, а цель мала, следует выбрать термометр с высоким коэффициентом расстояния. Для пирометра с фиксированным фокусным расстоянием фокальная точка оптической системы является наименьшим положением пятна, а пятно вблизи и вдали от фокальной точки будет увеличиваться. Есть два фактора расстояния.
4. Определите диапазон длин волн: Излучательная способность и характеристики поверхности целевого материала определяют соответствующую длину волны спектра пирометра. Для материалов из сплавов с высокой отражательной способностью существует низкий или переменный коэффициент излучения. В области высоких температур наилучшей длиной волны для измерения металлических материалов является ближний инфракрасный диапазон, и можно выбрать 0.8-1.0 мкм. Для других температурных зон можно выбрать 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.
5 Определите время отклика: Время отклика указывает скорость реакции инфракрасного термометра на измеренное изменение температуры, которое определяется как время, необходимое для достижения 95 процентов энергии окончательного показания, и связано с постоянной времени. фотодетектора, схемы обработки сигналов и системы отображения. 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 с тепловой инерцией время отклика пирометра можно уменьшить.
6. Функция обработки сигнала: Ввиду разницы между дискретным процессом (например, производство деталей) и непрерывным процессом, инфракрасный термометр должен иметь несколько функций обработки сигнала (например, удержание пика, удержание долины, среднее значение) для выбрать из, таких как измерение температуры на конвейерной ленте. Когда бутылка используется, необходимо использовать пиковое значение для удержания, а выходной сигнал ее температуры отправляется на контроллер. В противном случае термометр показывает более низкое значение температуры между бутылками. При использовании удержания пика время отклика термометра должно быть немного больше временного интервала между бутылками, чтобы по крайней мере одна бутылка всегда находилась под измерением.
7 Учет условий окружающей среды: условия окружающей среды термометра оказывают большое влияние на результаты измерения, которые следует учитывать и правильно разрешать, в противном случае это повлияет на точность измерения температуры и даже приведет к повреждению. При высокой температуре окружающей среды и наличии пыли, дыма и пара можно выбрать защитный кожух, водяное охлаждение, систему воздушного охлаждения, воздухоочиститель и другие аксессуары, предоставляемые 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.
8. 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.
Особенности четырех инфракрасных термометров
1. Бесконтактное измерение: не нужно касаться внутренней части или поверхности поля измеряемой температуры, поэтому оно не будет мешать состоянию поля измеряемой температуры, а сам термометр не будет поврежден полем температуры.
2. Широкий диапазон измерения: поскольку это бесконтактное измерение температуры, термометр не находится в области более высокой или более низкой температуры, а работает при нормальной температуре или в условиях, допускаемых термометром. В нормальных условиях она может измеряться от минус десятков градусов до более чем трех тысяч градусов.
3. Высокая скорость измерения температуры: то есть быстрое время отклика. Пока принимается инфракрасное излучение цели, температура может быть зафиксирована за короткое время.
4. Высокая точность: инфракрасное измерение температуры не разрушит распределение температуры самого объекта, как измерение контактной температуры, поэтому точность измерения высока.
5. Высокая чувствительность: при небольшом изменении температуры объекта энергия излучения будет сильно меняться, что легко обнаружить. Он может измерять температуру крошечного температурного поля и
6. Измерение распределения температуры и измерение температуры движущихся или вращающихся объектов. Безопасный и длительный срок службы.
Недостатки пяти инфракрасных термометров:
1. Уязвимость к факторам окружающей среды (температура окружающей среды, запыленность воздуха и т. д.)
2. Это оказывает большое влияние на показания температуры блестящей или полированной металлической поверхности.
3. Ограничено только измерением внешней температуры объекта, неудобно измерять температуру внутри объекта и при наличии препятствий
Меры предосторожности при использовании шести инфракрасных термометров:
(1) Должна быть точно определена излучательная способность испытуемого объекта;
(2) Избегайте воздействия высокотемпературных объектов в окружающей среде;
(3) Для прозрачных материалов температура окружающей среды должна быть ниже температуры измеряемого объекта;
(4) Термометр должен быть выровнен вертикально по отношению к поверхности измеряемого объекта, и угол ни при каких обстоятельствах не должен превышать 30 градусов.
(5) Его нельзя использовать для измерения температуры на блестящих или полированных металлических поверхностях, а также нельзя использовать для измерения температуры через стекло;
(6) Правильно выберите коэффициент слежения, диаметр мишени должен заполнять поле зрения;
(7) Если инфракрасный термометр внезапно подвергнется воздействию разницы температур окружающей среды в 20 градусов или выше, данные измерения будут неточными, и измеренное значение температуры будет получено после того, как температура будет сбалансирована. .
Семь планов улучшения:
Поскольку обычный инфракрасный термометр ограничен только измерением внешней температуры объекта, неудобно измерять температуру внутри объекта и при наличии препятствий, поэтому к детекторной головке можно добавить отрезок оптоволокна и линзу. с малым углом обзора можно установить на переднем конце, чтобы лучистая энергия измеряемого объекта проходила через линзу внутрь оптического волокна. После многократного отражения в оптическом волокне оно передается на детектор. Поскольку оптическое волокно можно свободно сгибать, излучение можно свободно поворачивать, что решает проблему измерения внутренней температуры объекта и позволяет измерять температуру в таких местах, как углы, заблокированные препятствиями.
