Jaka jest zasada działania termometru na podczerwień?
Zasada działania termometru zewnętrznego
Zrozumienie zasady działania, wskaźników technicznych, środowiskowych warunków pracy, obsługi i konserwacji termometru na podczerwień poza grupą ma pomóc użytkownikom w prawidłowym doborze i użytkowaniu termometru na podczerwień.
Wszystkie obiekty o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego nieustannie emitują energię promieniowania podczerwonego do otaczającej przestrzeni. Charakterystyka promieniowania podczerwonego obiektu — wielkość energii promieniowania i jej rozkład według długości fali — ma bardzo ścisły związek z temperaturą jego powierzchni. Dlatego mierząc energię podczerwieni wypromieniowaną przez sam obiekt, można dokładnie określić temperaturę jego powierzchni, co jest obiektywną podstawą do pomiaru temperatury promieniowania podczerwonego.
Prawo promieniowania ciała doskonale czarnego:
Ciało doskonale czarne to wyidealizowany promiennik, który pochłania wszystkie długości fal energii promieniowania, nie odbija ani nie przepuszcza energii i ma emisyjność na swojej powierzchni równą 1. Należy zaznaczyć, że w przyrodzie nie ma ciała doskonale czarnego, jednak w celu wyjaśnienia i uzyskania prawa rozkładu promieniowania podczerwonego należy w badaniach teoretycznych dobrać odpowiedni model, jakim jest skwantowany oscylatorowy model promieniowania jamy ciała zaproponowany przez Plancka, tak że prawo Plancka dotyczące promieniowania ciała doskonale czarnego, to znaczy widmowe natężenie napromienienia ciała doskonale czarnego reprezentowane przez długość fali, jest punktem wyjścia wszystkich teorii promieniowania podczerwonego, dlatego nazywa się je prawem promieniowania ciała doskonale czarnego.
Wpływ emisyjności obiektu na pomiar temperatury promieniowania:
Rzeczywiste obiekty, które istnieją w naturze, prawie nie są ciałami doskonale czarnymi. Ilość promieniowania wszystkich rzeczywistych obiektów zależy nie tylko od długości fali promieniowania i temperatury obiektu, ale także od rodzaju materiału, z którego obiekt jest wykonany, metody przygotowania, procesu termicznego, stanu powierzchni i warunków środowiskowych. Dlatego, aby prawo promieniowania ciała doskonale czarnego miało zastosowanie do wszystkich przedmiotów praktycznych, należy wprowadzić proporcjonalny współczynnik związany z właściwościami materiału i stanami powierzchni, czyli emisyjnością. Współczynnik ten wskazuje, jak blisko promieniowania cieplnego rzeczywistego obiektu znajduje się promieniowanie ciała doskonale czarnego, a jego wartość mieści się w przedziale od zera do wartości mniejszej niż 1. Zgodnie z prawem promieniowania, dopóki znana jest emisyjność materiału, można poznać charakterystykę promieniowania podczerwonego dowolnego obiektu.
Główne czynniki wpływające na emisyjność to:
Rodzaj materiału, chropowatość powierzchni, struktura fizyczna i chemiczna oraz grubość materiału itp.
Używając termometru na podczerwień do pomiaru temperatury celu, należy najpierw zmierzyć promieniowanie podczerwone celu w jego paśmie, a następnie temperatura mierzonego celu jest obliczana przez termometr. Pirometry monochromatyczne są proporcjonalne do ilości promieniowania w paśmie: pirometry dwukolorowe są proporcjonalne do stosunku ilości promieniowania w dwóch pasmach.
System na podczerwień:
Termometr na podczerwień składa się z układu optycznego, detektora fotoelektrycznego, wzmacniacza sygnału, przetwarzania sygnału, wyjścia wyświetlacza i innych części. Układ optyczny gromadzi energię promieniowania podczerwonego celu w swoim polu widzenia, a rozmiar pola widzenia jest określany przez części optyczne termometru i jego położenie. Energia podczerwieni jest skupiana na fotodetektorze i przetwarzana na odpowiedni sygnał elektryczny. Sygnał przechodzi przez wzmacniacz i obwód przetwarzania sygnału i jest przetwarzany na wartość temperatury mierzonego celu po skorygowaniu zgodnie z algorytmem wewnętrznej obróbki instrumentu i emisyjności celu.
