Teoretisk princip och tillämpning av infraröd termometer
Det finns många sätt att mäta temperatur. Termometrar kan delas in i två typer: instrument för kontakttemperaturmätning och beröringsfria temperaturmätinstrument. Kontakttypen inkluderar den välkända vätsketermometern, termoelementtermometern och termisk motståndstermometer etc. Som vi alla vet är temperatur en av de viktigaste parametrarna i värme-, gasförsörjnings-, ventilations- och luftkonditioneringssystem. Speciellt i processen för termisk teknisk mätning är noggrannheten av temperaturen ofta nyckeln till framgång eller misslyckande av experimentet. Därför är ett instrument för temperaturmätning med hög noggrannhet väsentligt inom tekniken. Därför introducerar denna artikel några principer och tillämpningar av infraröda termometrar i temperaturmätningsverktyg.
Teoretisk princip för infraröd temperaturmätning:
I naturen, när temperaturen på ett objekt är högre än den absoluta nollpunkten, på grund av förekomsten av inre termisk rörelse, kommer det kontinuerligt att utstråla elektromagnetiska vågor till omgivningen, inklusive infraröda strålar med ett vågband på 0.75µm~ 100 µm. Dess egenskap är att vid en given temperatur och våglängd har strålningsenergin som sänds ut av ett föremål ett maxvärde. Denna typ av material kallas en svart kropp, och dess reflektionskoefficient är satt till 1. Reflektionskoefficienten för andra material är mindre än 1, kallas Det är en grå kropp, eftersom den svarta kroppens spektrala strålningseffekt P(λT) och den maximala temperaturen T uppfyller Plancks bestämning. Den visar att vid den maximala temperaturen T är strålningseffekten för den svarta kroppen per ytenhet vid våglängden λ P(λT).
När temperaturen stiger blir objektets strålningsenergi starkare. Detta är utgångspunkten för teorin om infraröd strålning och designgrunden för enkelbands infraröd termometer.
När temperaturen ökar rör sig strålningstoppen till kortvågsriktningen (till vänster), och den uppfyller Wiens förskjutningssats, våglängden vid toppen är omvänt proportionell mot maxtemperaturen T, och den streckade linjen är linjen förbinder toppen. Denna formel berättar varför högtemperaturtermometrar mestadels fungerar vid korta vågor och lågtemperaturtermometrar mestadels fungerar vid långa vågor.
Förändringshastigheten för strålningsenergi med temperaturen är större vid kortvågen än vid långvågen, det vill säga termometern som arbetar vid kortvågen har ett relativt högt signal-brusförhållande (hög känslighet) och stark anti-interferens. Termometern ska försöka välja att arbeta vid toppvåglängden. Särskilt vid låg temperatur och små mål är detta särskilt viktigt.
Två: Infraröd termometer består av optiskt system, fotoelektrisk detektor, signalförstärkare, signalbehandling, displayutgång och andra delar. Strålningen från det uppmätta objektet och återkopplingskällan moduleras av modulatorn och matas sedan in till den infraröda detektorn. Skillnaden mellan de två signalerna förstärks av anti-förstärkaren och styr temperaturen på återkopplingskällan, så att återkopplingskällans spektrala strålning är densamma som objektets. Displayen visar ljusstyrketemperaturen för det uppmätta objektet
Prestandaindikatorer och val av tre infraröda termometrar:
Prestandaindikatorerna för infraröda termometrar inkluderar: temperaturmätningsområde, skärmupplösning, noggrannhet, arbetsmiljötemperaturintervall, repeterbarhet, relativ fuktighet, svarstid, strömförsörjning, svarsspektrum, storlek, maxvärdesvisning, vikt, emissivitet, etc. Var uppmärksam till följande när du väljer:
1. Bestäm temperaturmätområdet: Temperaturmätområdet är termometerns viktigaste prestandaindex. Varje typ av termometer har sitt eget specifika temperaturområde. Därför måste användarens uppmätta temperaturområde betraktas noggrant och heltäckande, varken för snävt eller för brett. Enligt lagen om svart kroppsstrålning, i det korta våglängdsbandet i spektrumet, kommer förändringen av strålningsenergin som orsakas av temperaturen att överstiga förändringen av strålningsenergin som orsakas av emissivitetsfel.
2 Bestäm målstorleken: Infraröda termometrar kan delas in i enfärgade termometrar och tvåfärgade termometrar (strålningskolorimetriska termometrar) enligt principen. För en monokromatisk termometer, när man mäter temperatur, bör området för målet som ska mätas fylla termometerns synfält. Det rekommenderas att den uppmätta målstorleken överstiger 50 procent av synfältet. Om målstorleken är mindre än synfältet kommer bakgrundsstrålningsenergin att komma in i termometerns visuella och akustiska symboler och störa temperaturmätningsavläsningarna, vilket orsakar fel. Omvänt, om målet är större än pyrometerns synfält, kommer pyrometern inte att påverkas av bakgrund utanför mätområdet. För en tvåfärgspyrometer bestäms temperaturen av förhållandet mellan strålningsenergi i två oberoende våglängdsband. Därför, när målet som ska mätas är litet, inte fyller synfältet, och det finns rök, damm och hinder på mätbanan, som dämpar strålningsenergin, kommer det inte att ha någon signifikant inverkan på mätresultaten . För små och rörliga eller vibrerande mål är tvåfärgstermometern det bästa valet. Detta beror på ljusstrålarnas lilla diameter och deras flexibilitet att transportera ljusstrålningsenergi över krökta, blockerade och vikta kanaler.
3 Bestäm avståndskoefficienten (optisk upplösning): Avståndskoefficienten bestäms av förhållandet D:S, det vill säga förhållandet mellan avståndet D mellan termometerns sond och målet och diametern på det uppmätta målet. Om termometern måste installeras långt bort från målet på grund av miljöförhållanden, och ett litet mål måste mätas, bör en termometer med hög optisk upplösning väljas. Ju högre optisk upplösning, dvs öka D:S-förhållandet, desto högre kostnad för pyrometern. Om termometern är långt borta från målet och målet är litet, bör en termometer med hög avståndskoefficient väljas. För en pyrometer med en fast brännvidd är brännpunkten för det optiska systemet punktens minsta position, och punkten nära och långt från brännpunkten kommer att öka. Det finns två avståndsfaktorer.
4. Bestäm våglängdsområdet: Emissiviteten och ytegenskaperna hos målmaterialet bestämmer motsvarande våglängd för pyrometerspektrat. För legeringsmaterial med hög reflektivitet finns låg eller variabel emissivitet. I området med hög temperatur är den bästa våglängden för mätning av metallmaterial nära-infraröd, och 0.8-1.0 μm kan väljas. Andra temperaturzoner kan välja 1,6μm, 2,2μm och 3,9μm. Eftersom vissa material är transparenta vid en viss våglängd kommer infraröd energi att tränga igenom dessa material, och en speciell våglängd bör väljas för detta material.
5 Bestäm svarstiden: Svarstiden anger reaktionshastigheten för den infraröda termometern till den uppmätta temperaturförändringen, vilket definieras som den tid som krävs för att nå 95 procent av energin för den slutliga avläsningen, och den är relaterad till tidskonstanten av fotodetektorn, signalbehandlingskretsen och displaysystemet relaterat. Om målets rörelsehastighet är mycket snabb eller vid mätning av ett snabbt uppvärmande mål, bör en infraröd termometer med snabb respons väljas, annars uppnås inte tillräckligt signalsvar och mätnoggrannheten minskas. Det är dock inte alla applikationer som kräver en infraröd termometer med snabb respons. För statiska eller måltermiska processer med termisk tröghet kan pyrometerns svarstid sänkas.
6. Signalbehandlingsfunktion: Med tanke på skillnaden mellan den diskreta processen (såsom tillverkning av delar) och den kontinuerliga processen, måste den infraröda termometern ha flera signalbehandlingsfunktioner (såsom topphållning, dalhållning, medelvärde) för att välja mellan, såsom temperaturmätning på transportbandet När flaskan används är det nödvändigt att använda toppvärdet för att hålla, och utsignalen för dess temperatur skickas till styrenheten. Annars visar termometern ett lägre temperaturvärde mellan flaskorna. Om du använder peak hold, ställ in termometerns svarstid att vara något längre än tidsintervallet mellan flaskorna så att minst en flaska alltid är under mätning.
7 Hänsyn till miljöförhållanden: Termometerns miljöförhållanden har stor inverkan på mätresultaten, som bör beaktas och korrekt lösas, annars kommer det att påverka temperaturmätningens noggrannhet och till och med orsaka skada. När omgivningstemperaturen är hög och det finns damm, rök och ånga kan skyddskåpa, vattenkylning, luftkylningssystem, luftrenare och andra tillbehör från tillverkaren väljas. Dessa tillbehör kan effektivt hantera miljöpåverkan och skydda termometern för noggrann temperaturmätning. Vid specificering av tillbehör bör standardisera service begäras så mycket som möjligt för att minska installationskostnaderna.
8. Kalibrering av termometern för infraröd strålning: den infraröda termometern måste kalibreras så att den korrekt kan visa temperaturen för det uppmätta målet. Om temperaturmätningen av termometern som används är otolerans under användning, måste den returneras till tillverkaren eller reparationscenter för omkalibrering.
Funktioner hos fyra infraröda termometer
1. Beröringsfri mätning: Det behöver inte röra insidan eller ytan av det uppmätta temperaturfältet, så det kommer inte att störa tillståndet för det uppmätta temperaturfältet, och själva termometern kommer inte att skadas av temperaturfältet.
2. Brett mätområde: Eftersom det är en beröringsfri temperaturmätning befinner sig termometern inte i ett högre eller lägre temperaturfält, utan arbetar vid normal temperatur eller under de förhållanden som termometern tillåter. Under normala omständigheter kan den mäta minus tiotals grader till mer än tre tusen grader.
3. Snabb temperaturmätningshastighet: det vill säga snabb svarstid. Så länge som den infraröda strålningen från målet tas emot kan temperaturen fixeras på kort tid.
4. Hög noggrannhet: Infraröd temperaturmätning kommer inte att förstöra temperaturfördelningen av själva objektet som kontakttemperaturmätning, så mätnoggrannheten är hög.
5. Hög känslighet: Så länge det sker en liten förändring i objektets temperatur kommer strålningsenergin att förändras kraftigt, vilket är lätt att upptäcka. Det kan mäta temperaturen på ett litet temperaturfält och
6. Temperaturfördelningsmätning och temperaturmätning av rörliga eller roterande föremål. Säker och lång livslängd.
Nackdelar med fem infraröda termometrar:
1. Sårbar för miljöfaktorer (omgivningstemperatur, damm i luften, etc.)
2. Det har stor inverkan på temperaturavläsningen av den ljusa eller polerade metallytan
3. Endast begränsat till att mäta föremålets yttre temperatur, det är obekvämt att mäta temperaturen inuti föremålet och när det finns hinder
Försiktighetsåtgärder för användning av sex infraröda termometrar:
(1) Emissionsförmågan för föremålet som testas måste bestämmas noggrant;
(2) Undvik påverkan av högtemperaturföremål i den omgivande miljön;
(3) För transparenta material bör omgivningstemperaturen vara lägre än temperaturen på det uppmätta objektet;
(4) Termometern bör riktas vertikalt mot ytan på det föremål som ska mätas, och under inga omständigheter får vinkeln överstiga 30 grader
(5) Den kan inte användas för temperaturmätning på ljusa eller polerade metallytor och kan inte användas för temperaturmätning genom glas;
(6) Välj uppföljningskoefficienten korrekt, måldiametern måste fylla synfältet;
(7) Om den infraröda termometern plötsligt utsätts för en omgivningstemperaturskillnad på 20 grader eller högre, kommer mätdata att vara felaktiga, och det uppmätta temperaturvärdet kommer att tas efter att temperaturen är balanserad. .
Sju förbättringsplaner:
Eftersom den vanliga infraröda termometern endast är begränsad till att mäta objektets yttre temperatur, är det obekvämt att mäta temperaturen inuti objektet och när det finns hinder, så en del av optisk fiber kan läggas till detektionshuvudet och en lins med en liten betraktningsvinkel kan installeras på framsidan, så att strålningsenergin från det uppmätta objektet passerar genom linsen till insidan av den optiska fibern. Efter flera reflektioner i den optiska fibern överförs den till detektorn. Eftersom den optiska fibern kan böjas fritt, kan strålningen vridas fritt, vilket löser problemet med att mäta objektets inre temperatur, och kan mäta temperaturen på platser som hörn blockerade av hinder.
