Zasada teoretyczna i zastosowanie termometru na podczerwień
Istnieje wiele sposobów mierzenia temperatury. Termometry można podzielić na dwa typy: kontaktowe przyrządy do pomiaru temperatury i bezdotykowe przyrządy do pomiaru temperatury. Typ styku obejmuje znany termometr cieczowy, termometr termoparowy, termometr rezystancyjny itp. Jak wszyscy wiemy, temperatura jest jednym z najważniejszych parametrów w instalacjach grzewczych, gazowych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Szczególnie w procesie pomiarów termotechnicznych dokładność pomiaru temperatury jest często kluczem do sukcesu lub niepowodzenia eksperymentu. Dlatego przyrząd do pomiaru temperatury o wysokiej dokładności jest niezbędny w inżynierii. Dlatego w tym artykule przedstawiono niektóre zasady i zastosowania termometrów na podczerwień w narzędziach do pomiaru temperatury.
Teoretyczna zasada pomiaru temperatury w podczerwieni:
W przyrodzie, gdy temperatura obiektu jest wyższa od zera absolutnego, z powodu istnienia wewnętrznego ruchu termicznego, obiekt będzie w sposób ciągły emitował do otoczenia fale elektromagnetyczne, w tym promienie podczerwone o paśmie fal 0,75µm~ 100µm. Jego cechą charakterystyczną jest to, że przy danej temperaturze i długości fali energia promieniowania emitowana przez obiekt ma wartość maksymalną. Ten rodzaj materiału nazywany jest ciałem czarnym, a jego współczynnik odbicia jest ustawiony na 1. Współczynnik odbicia innych materiałów jest mniejszy niż 1, nazywany jest ciałem szarym, ponieważ widmowa moc promieniowania P(λT) ciała doskonale czarnego a maksymalna temperatura T spełnia determinację Plancka. Pokazuje, że w maksymalnej 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 jednopasmowego termometru na podczerwień.
Wraz ze wzrostem temperatury pik promieniowania przesuwa się w kierunku fal krótkich (w lewo) i spełnia twierdzenie o przesunięciu Wiena, długość fali w piku jest odwrotnie proporcjonalna do maksymalnej temperatury T, a linia przerywana to linia łączący szczyt. Ta formuła mówi nam, dlaczego termometry wysokotemperaturowe działają głównie na falach krótkich, a termometry niskotemperaturowe działają głównie na falach długich.
Szybkość zmian energii promieniowania wraz z temperaturą jest większa na falach krótkich niż na falach długich, to znaczy termometr pracujący na falach krótkich ma stosunkowo wysoki stosunek sygnału do szumu (wysoka czułość) i silne przeciwzakłóceniowy. Termometr powinien spróbować wybrać pracę przy maksymalnej długości fali. Szczególnie w przypadku niskich temperatur i małych celów jest to szczególnie ważne.
Dwa: 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 przeciwwzmacniacz i kontroluje temperaturę źródła sprzężenia zwrotnego, dzięki czemu luminancja widmowa źródła sprzężenia zwrotnego jest taka sama jak widmowa luminancja obiektu. Wyświetlacz wskazuje temperaturę jasności mierzonego obiektu
Wskaźniki wydajności i wybór trzech termometrów na podczerwień:
Wskaźniki wydajności termometrów na podczerwień obejmują: zakres pomiaru temperatury, rozdzielczość wyświetlacza, dokładność, zakres temperatur środowiska pracy, powtarzalność, wilgotność względną, czas reakcji, zasilanie, widmo odpowiedzi, rozmiar, wyświetlanie wartości maksymalnej, wagę, emisyjność itp. Zwróć uwagę przy wyborze:
1. Określ zakres pomiaru temperatury: Zakres pomiaru temperatury jest najważniejszym wskaźnikiem wydajności termometru. Każdy typ termometru ma swój własny zakres temperatur. Dlatego zakres temperatur mierzonych przez użytkownika musi być rozpatrywany dokładnie i kompleksowo, ani za wąski, ani za szeroki. Zgodnie z prawem promieniowania ciała doskonale czarnego, w krótkim paśmie widma zmiana energii promieniowania spowodowana temperaturą będzie większa niż zmiana energii promieniowania spowodowana błędem emisyjności.
2 Określ rozmiar docelowy: Termometry na podczerwień można podzielić na termometry jednokolorowe i termometry dwukolorowe (termometry kolorymetryczne promieniowania) zgodnie z zasadą. W przypadku termometru monochromatycznego podczas pomiaru temperatury obszar mierzonego celu powinien wypełniać pole widzenia termometru. Zaleca się, aby mierzony rozmiar celu przekraczał 50 procent pola widzenia. Jeśli rozmiar celu jest mniejszy niż pole widzenia, energia promieniowania tła wniknie do symboli wizualnych i akustycznych termometru i zakłóci odczyty pomiaru temperatury, powodując błędy. I odwrotnie, jeśli cel jest większy niż pole widzenia pirometru, na pirometr nie będzie miało wpływu tło poza obszarem pomiaru. W przypadku pirometru dwukolorowego temperaturę określa się na podstawie stosunku energii promieniowania w dwóch niezależnych pasmach długości fal. W związku z tym, gdy obiekt do pomiaru jest mały, nie wypełnia pola widzenia, a na drodze pomiaru występuje dym, kurz i przeszkody osłabiające energię promieniowania, nie będzie to miało istotnego wpływu na wyniki pomiarów . W przypadku małych i ruchomych lub wibrujących obiektów najlepszym wyborem jest termometr dwukolorowy. Wynika to z małej średnicy promieni świetlnych i ich elastyczności w transporcie energii promieniowania świetlnego przez zakrzywione, zablokowane i pofałdowane kanały.
3 Określ współczynnik odległości (rozdzielczość optyczna): Współczynnik odległości jest określany przez stosunek D:S, czyli stosunek odległości D między sondą termometru a celem i średnicą mierzonego celu. Jeśli termometr musi być zainstalowany z dala od celu ze względu na warunki środowiskowe i musi być mierzony mały cel, należy wybrać termometr o wysokiej rozdzielczości optycznej. Im wyższa rozdzielczość optyczna, tj. zwiększenie stosunku D:S, tym wyższy koszt pirometru. Jeżeli termometr znajduje się daleko od celu, a cel jest mały, należy wybrać termometr o wysokim współczynniku odległości. W przypadku pirometru ze stałą ogniskową ognisko układu optycznego jest najmniejszą pozycją plamki, a plamka w pobliżu i daleko od ogniska będzie się zwiększać. Istnieją dwa czynniki odległości.
4. Określ zakres długości fal: emisyjność i charakterystyka powierzchni materiału docelowego określają odpowiednią długość fali widma pirometru. W przypadku materiałów stopowych o wysokim współczynniku odbicia występuje niska lub zmienna emisyjność. W obszarze wysokich temperatur najlepszą długością fali do pomiaru materiałów metalowych jest bliska podczerwień i można wybrać 0.{3}}.{4}} μm. Inne strefy temperaturowe mogą wybrać 1,6 μm, 2,2 μm i 3,9 μm. Ponieważ niektóre materiały są przezroczyste przy określonej długości fali, energia podczerwona przeniknie przez te materiały i dla tego materiału należy wybrać specjalną długość fali.
5 Określ czas odpowiedzi: Czas odpowiedzi wskazuje szybkość reakcji termometru na podczerwień na zmierzoną zmianę temperatury, która jest zdefiniowana jako czas potrzebny do osiągnięcia 95 procent energii końcowego odczytu i jest powiązana ze stałą czasową związane z fotodetektorem, obwodem przetwarzania sygnału i systemem wyświetlania. Jeśli prędkość poruszania się celu jest bardzo duża lub podczas pomiaru szybko nagrzewającego się celu, należy wybrać szybko reagujący termometr na podczerwień, w przeciwnym razie nie zostanie osiągnięta wystarczająca odpowiedź sygnału, a dokładność pomiaru zostanie zmniejszona. Jednak nie wszystkie zastosowania wymagają szybko reagującego termometru na podczerwień. W przypadku statycznych lub docelowych procesów termicznych z bezwładnością cieplną czas odpowiedzi pirometru można skrócić.
6. Funkcja przetwarzania sygnału: Ze względu na różnicę między procesem dyskretnym (takim jak produkcja części) a procesem ciągłym, termometr na podczerwień musi mieć wiele funkcji przetwarzania sygnału (takich jak zatrzymanie wartości szczytowej, zatrzymanie doliny, wartość średnia) do wyboru np. pomiar temperatury na przenośniku taśmowym W przypadku użycia butelki konieczne jest wykorzystanie wartości szczytowej do jej utrzymania, a sygnał wyjściowy jej temperatury przesyłany jest do sterownika. W przeciwnym razie termometr wskaże niższą temperaturę między butelkami. Jeśli korzystasz z funkcji Peak Hold, ustaw czas reakcji termometru na nieco dłuższy niż odstęp czasowy między kolejnymi butelkami, tak aby co najmniej jedna butelka była zawsze w trakcie pomiaru.
7 Uwzględnienie warunków środowiskowych: Warunki środowiskowe termometru mają duży wpływ na wyniki pomiarów, które należy wziąć pod uwagę i odpowiednio rozwiązać, w przeciwnym razie wpłynie to na dokładność pomiaru temperatury, a nawet spowoduje uszkodzenie. Gdy temperatura otoczenia jest wysoka i występuje kurz, dym i para, można wybrać osłonę ochronną, chłodzenie wodą, system chłodzenia powietrzem, oczyszczacz powietrza i inne akcesoria dostarczane przez producenta. Te akcesoria mogą skutecznie przeciwdziałać wpływom środowiska i chronić termometr w celu dokładnego pomiaru temperatury. Podczas określania akcesoriów należy w miarę możliwości poprosić o standaryzację usługi, aby obniżyć koszty instalacji.
8. Kalibracja termometru na podczerwień: termometr na podczerwień należy skalibrować, aby poprawnie wyświetlał temperaturę mierzonego celu. Jeśli pomiar temperatury zastosowanego termometru jest poza tolerancją podczas użytkowania, należy go zwrócić do producenta lub centrum napraw w celu ponownej kalibracji.
Cechy czterech termometrów na podczerwień
1. Pomiar bezdotykowy: Nie musi dotykać wnętrza ani powierzchni mierzonego pola temperatury, więc nie będzie ingerował w stan mierzonego pola temperatury, a sam termometr nie zostanie uszkodzony przez pole temperatury.
2. Szeroki zakres pomiarowy: Ponieważ jest to bezkontaktowy pomiar temperatury, termometr nie znajduje się w polu wyższej lub niższej temperatury, ale pracuje w normalnej temperaturze lub w warunkach dopuszczonych przez termometr. W normalnych warunkach może mierzyć od minus kilkudziesięciu stopni do ponad trzech tysięcy stopni.
3. Szybka prędkość pomiaru temperatury: czyli szybki czas reakcji. Tak długo, jak odbierane jest promieniowanie podczerwone celu, temperaturę można ustalić w krótkim czasie.
4. Wysoka dokładność: pomiar temperatury w podczerwieni nie zniszczy rozkładu temperatury samego obiektu, jak pomiar temperatury kontaktu, więc dokładność pomiaru jest wysoka.
5. Wysoka czułość: dopóki występuje niewielka zmiana temperatury obiektu, energia promieniowania zmieni się znacznie, co jest łatwe do wykrycia. Może mierzyć temperaturę małego pola temperatury i
6. Pomiar rozkładu temperatury oraz pomiar temperatury poruszających się lub obracających obiektów. Bezpieczna i długa żywotność.
Wady pięciu termometrów na podczerwień:
1. Wrażliwe na czynniki środowiskowe (temperatura otoczenia, kurz w powietrzu itp.)
2. Ma duży wpływ na odczyt temperatury jasnej lub polerowanej powierzchni metalowej
3. Ograniczony tylko do pomiaru temperatury zewnętrznej obiektu, niewygodny jest pomiar temperatury wewnątrz obiektu i gdy występują przeszkody
Środki ostrożności dotyczące korzystania z sześciu termometrów na podczerwień:
(1) Emisyjność badanego obiektu musi być dokładnie określona;
(2) Unikaj wpływu obiektów o wysokiej temperaturze w otaczającym środowisku;
(3) W przypadku materiałów przezroczystych temperatura otoczenia powinna być niższa niż temperatura mierzonego obiektu;
(4) Termometr powinien być ustawiony pionowo w stosunku do powierzchni mierzonego obiektu i pod żadnym pozorem kąt nie powinien przekraczać 30 stopni
(5) Nie można go używać do pomiaru temperatury na jasnych lub polerowanych powierzchniach metalowych i nie można go używać do pomiaru temperatury przez szkło;
(6) Prawidłowo wybierz współczynnik śledzenia, średnica celu musi wypełniać pole widzenia;
(7) Jeśli termometr na podczerwień zostanie nagle wystawiony na działanie różnicy temperatur otoczenia wynoszącej 20 stopni lub więcej, dane pomiarowe będą niedokładne, a zmierzona wartość temperatury zostanie pobrana po wyrównaniu temperatury. .
Siedem planów ulepszeń:
Ponieważ zwykły termometr na podczerwień ogranicza się tylko do pomiaru temperatury zewnętrznej obiektu, pomiar temperatury wewnątrz obiektu i przeszkód jest niewygodny, dlatego do głowicy detekcyjnej można dodać odcinek światłowodu i soczewkę o małym kącie widzenia można zainstalować z przodu, dzięki czemu energia promieniowania mierzonego obiektu przechodzi przez soczewkę do wnętrza światłowodu. Po wielokrotnym odbiciu w światłowodzie jest przesyłany do detektora. Ponieważ światłowód można swobodnie zginać, promieniowanie można swobodnie obracać, co rozwiązuje problem pomiaru temperatury wewnętrznej obiektu i może mierzyć temperaturę miejsc, takich jak rogi zablokowane przez przeszkody.
