Teoretyczne podstawy termometrii na podczerwień i zastosowania termometrii na podczerwień
Istnieje wiele sposobów pomiaru temperatury. Termometry można podzielić na dwie kategorie: przyrządy do kontaktowego pomiaru temperatury i przyrządy do bezdotykowego pomiaru temperatury. Typy styków obejmują znane termometry cieczowe, termometry termoparowe, termometry rezystancyjne itp. Jak wszyscy wiemy, temperatura jest jednym z najważniejszych parametrów w systemach ogrzewania, dostaw gazu, wentylacji i klimatyzacji. Zwłaszcza w procesie pomiaru termicznego dokładność temperatury jest często kluczem do określenia sukcesu lub niepowodzenia eksperymentu. Dlatego w inżynierii niezbędny jest przyrząd do pomiaru wysokiej temperatury. Dlatego w artykule zostaną przedstawione zasady i zastosowania termometrów na podczerwień wśród narzędzi do pomiaru temperatury.
Teoretyczna zasada pomiaru temperatury w podczerwieni:
W naturze, gdy temperatura obiektu jest wyższa od zera, ze względu na wewnętrzny ruch termiczny, będzie on w sposób ciągły emitował do otoczenia fale elektromagnetyczne, w tym promienie podczerwone o zakresie długości fal 0.75µm~100µm . Jego cechą charakterystyczną jest to, że przy danej temperaturze i długości fali energia promieniowania emitowana przez obiekt ma dużą wartość. Materiał ten nazywany jest ciałem czarnym, a jego współczynnik odbicia wynosi 1. Współczynnik odbicia innych materiałów jest mniejszy niż 1, co nazywa się ciałem czarnym. Ciało szare, ponieważ związek pomiędzy mocą widmową promieniowania P (λT) ciała doskonale czarnego a temperaturą T spełnia prawo Plancka. Pokazuje, że w temperaturze T moc promieniowania ciała doskonale czarnego na jednostkę powierzchni przy długości fali λ wynosi P(λT).
Wraz ze wzrostem temperatury energia promieniowania obiektu staje się silniejsza. Jest to punkt wyjścia teorii promieniowania podczerwonego i podstawa projektowania jednopasmowych termometrów na podczerwień.
Wraz ze wzrostem temperatury pik promieniowania przesuwa się w kierunku fal krótkich (w lewo), co spełnia twierdzenie o przesunięciu Wiena. Długość fali w piku jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury T, a linia przerywana to linia łącząca piki. Wzór ten mówi nam, dlaczego termometry wysokotemperaturowe działają głównie przy falach krótkich, a termometry niskotemperaturowe przeważnie przy falach długich.
Szybkość zmiany energii promieniowania wraz z temperaturą jest większa przy krótkich falach niż przy długich falach. Oznacza to, że termometry pracujące na krótkich falach mają stosunkowo wysoki stosunek sygnału do szumu (wysoka czułość) i silne przeciwdziałanie zakłóceniom. Termometr powinien próbować pracować przy maksymalnej długości fali. Jest to szczególnie ważne w przypadku małych celów niskotemperaturowych.
Termometr na podczerwień składa się z układu optycznego, detektora fotoelektrycznego, wzmacniacza sygnału, przetwarzania sygnału, wyjścia wyświetlacza i innych części. Promieniowanie mierzonego obiektu i źródła sprzężenia zwrotnego jest modulowane przez modulator, a następnie wprowadzane do detektora podczerwieni. Różnica między dwoma sygnałami jest wzmacniana przez wzmacniacz odwrotny i kontroluje temperaturę źródła sprzężenia zwrotnego, tak aby jasność widmowa źródła sprzężenia zwrotnego była taka sama jak jasność widmowa obiektu. Wyświetlacz wskazuje temperaturę jasności mierzonego obiektu
