Arbetsprincip och systemsammansättning av infraröda termometrar
En infraröd termometer består av ett optiskt system, en fotoelektrisk detektor, en signalförstärkare, signalbehandlingsenhet, display och utgångsmodul. Det optiska systemet samlar in infraröd strålningsenergi från målet inom sitt synfält. Storleken på synfältet bestäms av termometerns optiska komponenter och deras arrangemang. Den infraröda energin fokuseras på den fotoelektriska detektorn och omvandlas till en motsvarande elektrisk signal. Efter att ha passerat genom förstärkaren och signalbehandlingskretsen omvandlas signalen till temperaturvärdet för det uppmätta målet baserat på inbyggda algoritmer och målemissionskorrigering.
I naturen sänder alla föremål med en temperatur över absolut noll kontinuerligt ut infraröd strålningsenergi till det omgivande rummet. Storleken på ett objekts infraröda strålningsenergi och dess fördelning över våglängder har ett mycket nära samband med dess yttemperatur. Därför kan yttemperaturen bestämmas exakt genom att mäta den infraröda energin som utstrålas av själva föremålet. Detta är den objektiva grunden för termometrin för infraröd strålning.
En blackbody är en idealisk radiator. Den absorberar strålningsenergi av alla våglängder utan reflektion eller transmission, och dess ytemissionsförmåga är lika med 1. Men nästan inga verkliga objekt i naturen är svarta kroppar. För att förstå och erhålla de lagar som styr infraröd strålningsfördelning måste en lämplig teoretisk modell antas för forskning: den kvantiserade oscillatormodellen av hålighetsstrålning som föreslagits av Planck. Detta leder till Plancks lag om svartkroppsstrålning, som beskriver den spektrala strålningsexitansen för en svartkropp som en funktion av våglängden. Den fungerar som utgångspunkten för alla teorier om infraröd strålning och är känd som lagen om svartkroppsstrålning. Strålningsmängden för alla verkliga objekt beror inte bara på strålningsvåglängden och objektets temperatur, utan också på materialtyp, tillverkningsmetod, termisk historia, yttillstånd och miljöfaktorer. För att tillämpa lagen om svartkroppsstrålning på verkliga objekt måste därför en proportionell koefficient relaterad till materialegenskaper och ytförhållanden införas - nämligen emissivitet. Denna koefficient indikerar hur nära värmestrålningen från ett verkligt objekt närmar sig svartkroppsstrålning, och dess värde sträcker sig mellan 0 och mindre än 1. Enligt strålningslagar kan den infraröda strålningsegenskaperna för ett objekt vara kända när materialets emissivitet har erhållits. De viktigaste faktorerna som påverkar emissiviteten inkluderar materialtyp, ytjämnhet, fysikalisk-kemisk struktur och materialtjocklek.
När man mäter måltemperaturen med en infraröd strålningstermometer, mäter instrumentet först den infraröda strålningsmängden för målet inom dess arbetsvågband och beräknar sedan måltemperaturen. En monokromatisk termometer är proportionell mot strålningsmängden inom ett vågband, medan en tvåfärgstermometer är proportionell mot förhållandet mellan strålningsmängder från två vågband.
