Badania nad metodą porównawczą błędu samokalibracji termometrów na podczerwień
Zasady pomiaru promieniowania ciała doskonale czarnego i temperatury w podczerwieni
Wszystkie obiekty o temperaturach powyżej zera absolutnego stale emitują energię promieniowania podczerwonego do otaczającej przestrzeni. Rozmiar i rozkład długości fal energii promieniowania podczerwonego obiektu są ściśle powiązane z temperaturą jego powierzchni. Dlatego też mierząc energię podczerwieni emitowaną przez sam obiekt, układ optyczny termometru przetwarza ją na sygnał elektryczny na detektorze i wyświetla temperaturę powierzchni mierzonego obiektu poprzez część wyświetlacza termometru na podczerwień, umożliwiając dokładny pomiar temperatura jego powierzchni. Jest to obiektywna podstawa pomiaru temperatury promieniowania podczerwonego.
Charakterystyka termometru na podczerwień: pomiar bezdotykowy, szeroki zakres pomiaru temperatury, szybka reakcja i wysoka czułość. Jednak ze względu na wpływ emisyjności mierzonego obiektu prawie niemożliwe jest zmierzenie prawdziwej temperatury mierzonego obiektu i mierzy się temperaturę powierzchni.
Znormalizowana metoda kalibracji termometrów na podczerwień polega na zastosowaniu kalibracji z piecem z ciałem doskonale czarnym. Ciało doskonale czarne odnosi się do obiektu o współczynniku absorpcji równym 1 dla wszystkich długości fal padającego promieniowania, w każdych okolicznościach. Ciało doskonale czarne jest wyidealizowanym modelem obiektu, dlatego wprowadza współczynnik promieniowania, który zmienia się w zależności od właściwości materiału i stanu powierzchni, a mianowicie emisyjność. Jego definicja to stosunek wydajności promieniowania rzeczywistego obiektu do wydajności ciała doskonale czarnego w tej samej temperaturze. Promieniowanie i absorpcja promieniowania podczerwonego przez obiekt jest zgodna z prawem Kirchhoffa. Kiedy wiązka promieniowania jest rzucana na powierzchnię dowolnego obiektu, zgodnie z zasadą zachowania energii, suma absorpcji, współczynnika odbicia i przepuszczalności padającego promieniowania obiektu musi być równa 1. Ogólnie rzecz biorąc, emisyjność wynosi nie jest łatwe do zmierzenia i zwykle można je określić, mierząc szybkość absorpcji. Dlatego źródła promieniowania ciała doskonale czarnego są wykorzystywane jako standardy promieniowania w celu sprawdzenia intensywności promieniowania różnych źródeł promieniowania podczerwonego.
Termometr na podczerwień składa się z układu optycznego, fotodetektora, wzmacniacza sygnału, przetwarzania sygnału, wyjścia wyświetlacza i innych elementów. Linie promieniowania badanego obiektu i źródła odbicia są demodulowane przez modulator i wprowadzane do detektora podczerwieni. Różnica między dwoma sygnałami jest wzmacniana przez wzmacniacz zwrotny, a temperatura źródła sprzężenia zwrotnego jest kontrolowana, tak aby jasność widmowa źródła sprzężenia zwrotnego była taka sama jak jasność widmowa obiektu. Wyświetlacz wskazuje jasność i temperaturę mierzonego obiektu. Temperatura mierzona za pomocą termometru na podczerwień jest temperaturą promieniowania obiektu, a nie rzeczywistą temperaturą obiektu. Ponieważ absolutne ciało doskonale czarne nie istnieje, całkowite promieniowanie cieplne rzeczywistego obiektu jest zawsze mniejsze niż całkowite absolutne promieniowanie ciała czarnego w tej samej temperaturze. Dlatego temperatura mierzona termometrem na podczerwień powinna być zdecydowanie niższa niż rzeczywista temperatura obiektu. Przy pomiarze temperatury emisyjność termometru na podczerwień należy ustawić w miarę możliwości (w przypadku termometrów na podczerwień z regulowaną emisyjnością) na tę samą wartość emisyjności co mierzony materiał, a zmierzona wartość powinna być zgodna z rzeczywistą temperaturą mierzonego obiektu tak dużo jak to możliwe.
Wprowadzenie do metody samokalibracji termometru na podczerwień
Najważniejszymi czynnikami zapewniającymi dokładność termometrów na podczerwień są emisyjność, odległość od plamki, położenie plamki i pole widzenia. Dzięki komunikacji i konsultacjom z ekspertami zajmującymi się pomiarami temperatury w podczerwieni oraz personelem technicznym producentów sprzętu, a także dzięki wielu metodom powtarzalnej praktyki, samodzielnie wykonano zestaw sprzętu kalibracyjnego w oparciu o zasadę pieca z ciałem doskonale czarnym. Możliwość samokalibracji i porównania tej metody sprawdzono poprzez porównanie. Dokonaj porównania błędów podstawowych, wpływu zmian odległości pomiarowej oraz określenia zakresu emisyjności w czasie samokalibracji. Przed przystąpieniem do testowania należy ustawić termometr na podczerwień w optymalnym stanie przed użyciem go do testów na miejscu.
