Kızılötesi Termometre Teknolojisinin Modern Uygulamasına İlişkin Analiz
Kızılötesi termometrenin sıcaklık ölçüm prensibi, nesne tarafından yayılan kızılötesi ışıma enerjisini elektrik sinyaline dönüştürmektir. Kızılötesi ışıma enerjisinin boyutu, nesnenin kendi sıcaklığına karşılık gelir. Dönüştürülen elektrik sinyalinin boyutuna göre cismin sıcaklığı belirlenebilir. Kızılötesi sıcaklık ölçüm teknolojisi, termal değişimlerle yüzeyin sıcaklığını taramak ve ölçmek, sıcaklık dağılım görüntüsünü belirlemek ve gizli sıcaklık farklarını hızlı bir şekilde tespit etmek için geliştirilmiştir. Bu, kızılötesi termal görüntüleme cihazıdır. Kızılötesi termal görüntüleme kameraları ilk olarak orduda kullanıldı. 2019'da Amerika Birleşik Devletleri'nden TI Corporation, dünyanın ilk kızılötesi taramalı keşif sistemini geliştirdi. Daha sonra kızılötesi termal görüntüleme teknolojisi, Batı ülkelerinde uçaklarda, tanklarda, savaş gemilerinde ve diğer silahlarda art arda kullanıldı, keşif hedefleri için bir termal nişan sistemi olarak, hedefleri arama ve vurma yeteneğini büyük ölçüde geliştiriyor. İsveçli AGA firmasının ürettiği kızılötesi termal görüntüleme kamerası sivil teknolojide lider konumdadır.
Kızılötesi termometre, optik sistem, fotoelektrik dedektör, sinyal yükseltici, sinyal işleme, ekran çıkışı ve diğer parçalardan oluşur. Optik sistem, hedef kızılötesi radyasyon enerjisini görüş alanında toplar ve görüş alanının boyutu, termometrenin optik parçaları ve konumu ile belirlenir. Kızılötesi enerji bir fotodetektöre odaklanır ve karşılık gelen bir elektrik sinyaline dönüştürülür. Sinyal, amplifikatör ve sinyal işleme devresinden geçer ve cihazın dahili işleminin algoritmasına ve hedefin emisyonuna göre düzeltildikten sonra ölçülen hedefin sıcaklık değerine dönüştürülür.
Doğada, mutlak sıfırdan daha yüksek bir sıcaklığa sahip olan tüm nesneler, çevreleyen boşluğa sürekli olarak kızılötesi radyasyon enerjisi yayarlar. Bir nesnenin kızılötesi radyasyon enerjisinin boyutu ve dalga boyuna göre dağılımı, yüzey sıcaklığı ile çok yakın bir ilişkiye sahiptir. Bu nedenle, nesnenin kendisi tarafından yayılan kızılötesi enerjiyi ölçerek, yüzey sıcaklığı doğru bir şekilde belirlenebilir; bu, kızılötesi radyasyon sıcaklığı ölçümü için nesnel temeldir.
Siyah cisim, radyasyon enerjisinin tüm dalga boylarını emen, enerji yansıması veya iletimi olmayan ve yüzeyinde 1 emisyon değerine sahip olan idealleştirilmiş bir yayıcıdır. Ancak doğadaki pratik nesneler neredeyse siyah cisimler değildir. Kızılötesi radyasyonun dağılımını netleştirmek ve elde etmek için teorik araştırmalarda uygun bir model seçilmelidir. Bu, Planck tarafından önerilen vücut boşluğu radyasyonunun nicelleştirilmiş osilatör modelidir, böylece Planck'ın kara cisim radyasyonu yasasını, yani tüm kızılötesi radyasyon teorilerinin başlangıç noktası olan dalga boyu ile ifade edilen siyah cisim spektral ışımasını türetmiştir. kara cisim ışıması kanunu denir. Tüm gerçek nesnelerin radyasyon miktarı, sadece nesnenin radyasyon dalga boyuna ve sıcaklığına değil, aynı zamanda nesneyi oluşturan malzemenin cinsine, hazırlama yöntemine, ısıl işleme, yüzey durumuna ve çevre koşullarına da bağlıdır.
Kızılötesi sıcaklık ölçümü, noktadan noktaya bir analiz yöntemini benimser, yani nesnenin yerel bir bölgesinin termal radyasyonu tek bir dedektöre odaklanır ve radyasyon gücü, bilinen nesnenin yayıcılığı yoluyla sıcaklığa dönüştürülür. . Farklı algılanan nesneler, ölçüm aralıkları ve kullanım durumları nedeniyle, kızılötesi termometrelerin görünüm tasarımı ve iç yapısı farklıdır, ancak temel yapı genellikle benzerdir, esas olarak optik sistem, fotodetektör, sinyal yükseltici ve sinyal işleme, ekran çıkışı ve diğer parçalar. Bir radyatör tarafından yayılan kızılötesi radyasyon. Optik sisteme giren kızılötesi radyasyon, modülatör tarafından alternatif radyasyona modüle edilir ve dedektör tarafından karşılık gelen bir elektrik sinyaline dönüştürülür. Sinyal, amplifikatör ve sinyal işleme devresinden geçerek cihazdaki algoritmaya ve hedef emisiviteye göre düzeltildikten sonra ölçülen hedefin sıcaklık değerine dönüştürülür.
Üç kızılötesi termometre kategorisi:
(1) İnsan kullanımı için kızılötesi termometre: Alın tipi kızılötesi termometre, insan vücudunu ölçmek için kızılötesi alma prensibini kullanan bir termometredir. Kullanımdayken, yalnızca algılama penceresini alnınız ile uygun şekilde hizalamanız yeterlidir ve vücut ısısını hızlı ve doğru bir şekilde ölçebilirsiniz.
(2) Endüstriyel kızılötesi termometre: Endüstriyel kızılötesi termometre, nesnenin yüzey sıcaklığını ölçer ve optik sensörü enerjiyi yayar, yansıtır ve iletir ve ardından enerji prob tarafından toplanır ve odaklanır ve ardından bilgi okumaya dönüştürülür. diğer devrelerle görüntüleme Makinede, bu makineyle donatılmış lazer ışığı, ölçülen nesneyi hedeflemede ve ölçüm doğruluğunu iyileştirmede daha etkilidir.
(3) Hayvancılık için kızılötesi termometreler: Hayvanlar için temassız kızılötesi termometreler, hayvan vücut yüzeyinin belirli bölümlerinin vücut yüzey sıcaklığını doğru bir şekilde ölçerek ve vücut yüzey sıcaklığı ile sıcaklık arasındaki sıcaklık farkını düzelterek Planck ilkesine dayanır. gerçek sıcaklık. Hayvanın bireysel vücut sıcaklığını doğru bir şekilde gösterebilir.
Dalga boyu aralığının belirlenmesi: Hedef malzemenin emisyon ve yüzey özellikleri, pirometrenin spektral tepkisini veya dalga boyunu belirler. Yüksek yansıtıcılığa sahip alaşımlı malzemeler için, düşük veya değişen bir emisyon vardır. Yüksek sıcaklık alanında, metal malzemeleri ölçmek için en iyi dalga boyu yakın kızılötesidir ve {{0}}.18-1.0μm dalga boyu seçilebilir. Diğer sıcaklık bölgeleri 1,6μm, 2,2μm ve 3,9μm dalga boylarını seçebilir. Bazı malzemeler belirli bir dalga boyunda şeffaf oldukları için kızılötesi enerji bu malzemelere nüfuz edecektir ve bu malzeme için özel bir dalga boyu seçilmelidir. Örneğin, camın iç sıcaklığını ölçmek için 10 μm, 2,2 μm ve 3,9 μm dalga boyları kullanılır (test edilecek cam çok kalın olmalıdır, aksi takdirde içinden geçer); 5,0 μm dalga boyu camın iç sıcaklığını ölçmek için kullanılır; ; Başka bir örnek, 3,43 μm dalga boyuna sahip polietilen plastik filmi ve 4,3 μm veya 7,9 μm dalga boyuna sahip polyesteri ölçmektir.
Tepki süresini belirleyin: Tepki süresi, kızılötesi termometrenin ölçülen sıcaklık değişimine tepki hızını gösterir; bu, son okumanın enerjisinin yüzde 95'ine ulaşmak için gereken süre olarak tanımlanır; fotodetektör, sinyal işleme devresi ve görüntüleme sistemi. Yeni kızılötesi termometrenin tepki süresi 1 ms'ye ulaşabilir. Bu, temas sıcaklığı ölçüm yönteminden çok daha hızlıdır. Hedefin hareket hızı çok hızlıysa veya hızlı ısınan bir hedefi ölçerken hızlı yanıt veren bir kızılötesi termometre seçilmelidir, aksi takdirde yeterli sinyal yanıtı elde edilemez ve ölçüm doğruluğu azalır. Ancak, tüm uygulamalar hızlı yanıt veren bir kızılötesi termometre gerektirmez. Termal ataletin mevcut olduğu statik veya hedef termal prosesler için pirometrenin tepki süresi gevşetilebilir. Bu nedenle, kızılötesi termometrenin yanıt süresinin seçimi, ölçülen hedefin durumuna göre uyarlanmalıdır.
Optik çözünürlük, pirometrenin hedefe olan uzaklığı D ile ölçüm noktasının çapı S arasındaki oran olan D'nin S'ye oranıyla belirlenir. Çevresel koşullar nedeniyle termometrenin hedeften uzağa kurulması ve küçük bir hedefin ölçülmesi gerekiyorsa, optik çözünürlüğü yüksek bir termometre seçilmelidir. Optik çözünürlük ne kadar yüksekse, yani D:S oranı arttıkça, pirometrenin maliyeti de o kadar yüksek olur.
Dalga boyu aralığının belirlenmesi: Hedef malzemenin emisyon ve yüzey özellikleri, pirometrenin spektral tepkisini veya dalga boyunu belirler. Yüksek yansıtıcılığa sahip alaşımlı malzemeler için, düşük veya değişen bir emisyon vardır. Yüksek sıcaklık alanında, metal malzemeleri ölçmek için en iyi dalga boyu yakın kızılötesidir ve {{0}}.18-1.{{10}}μm dalga boyu şu olabilir: seçildi. Diğer sıcaklık bölgeleri 1,6μm, 2,2μm ve 3,9μm dalga boylarını seçebilir. Bazı malzemeler belirli bir dalga boyunda şeffaf oldukları için kızılötesi enerji bu malzemelere nüfuz edecektir ve bu malzeme için özel bir dalga boyu seçilmelidir. Örneğin, camın iç sıcaklığını ölçmek için 1.0 μm, 2.2 μm ve 3.9 μm dalga boyları kullanılır (test edilecek cam çok kalın olmalıdır, aksi takdirde içinden geçer); 5.0 μm dalga boyu, camın iç sıcaklığını ölçmek için kullanılır; 8-14 μm dalga boyu düşük ölçüm için kullanılır. Tavsiye edilir; başka bir örnek, polietilen plastik film için 3,43 μm dalga boyunu ve polyester için 4,3 μm veya 7,9 μm dalga boyunu ölçmektir.
Tepki süresini belirleyin: Tepki süresi, kızılötesi termometrenin ölçülen sıcaklık değişimine tepki hızını gösterir; bu, son okumanın enerjisinin yüzde 95'ine ulaşmak için gereken süre olarak tanımlanır; fotodetektör, sinyal işleme devresi ve görüntüleme sistemi. Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM marka kızılötesi termometrenin tepki süresi 1ms'ye ulaşabilir. Bu, temaslı sıcaklık ölçüm yöntemlerinden çok daha hızlıdır. Hedefin hareket hızı çok hızlıysa veya hızlı ısınan bir hedefi ölçerken hızlı yanıt veren bir kızılötesi termometre seçilmelidir, aksi takdirde yeterli sinyal yanıtı elde edilemez ve ölçüm doğruluğu azalır. Ancak, tüm uygulamalar hızlı yanıt veren bir kızılötesi termometre gerektirmez. Termal ataletin mevcut olduğu statik veya hedef termal prosesler için pirometrenin tepki süresi gevşetilebilir. Bu nedenle, kızılötesi termometrenin yanıt süresinin seçimi, ölçülen hedefin durumuna göre uyarlanmalıdır.
Sinyal işleme işlevi: Ayrı süreçlerin ölçülmesi (parça üretimi gibi) sürekli işlemlerden farklıdır ve kızılötesi termometrelerin sinyal işleme işlevlerine (tepe noktası tutma, vadi tutma, ortalama değer gibi) sahip olmasını gerektirir. Örneğin, taşıma bandındaki camın sıcaklığını ölçerken, tutmak için tepe değerini kullanmak gerekir ve sıcaklığının çıkış sinyali kontrolöre gönderilir.
Çevresel koşulların göz önünde bulundurulması: Termometrenin çevresel koşullarının, dikkate alınması ve uygun şekilde çözülmesi gereken ölçüm sonuçları üzerinde büyük etkisi vardır, aksi takdirde sıcaklık ölçüm doğruluğunu etkiler ve hatta termometrenin hasar görmesine neden olur. Ortam sıcaklığı çok yüksek ve toz, duman ve buhar olduğunda, üretici tarafından sağlanan koruyucu kapak, su soğutma, hava soğutma sistemi, hava üfleyici ve diğer aksesuarları seçebilirsiniz. Bu aksesuarlar çevresel etkileri etkili bir şekilde ele alabilir ve doğru sıcaklık ölçümü için termometreyi koruyabilir. Aksesuarlar belirlenirken, kurulum maliyetlerinin düşürülmesi için mümkün olduğunca standardize hizmet talep edilmelidir. Duman, toz veya diğer parçacıklar ölçüm enerji sinyalini azalttığında, iki renkli bir termometre en iyi seçimdir. Gürültü, elektromanyetik alan, titreşim veya erişilemeyen çevre koşulları veya diğer zorlu koşullar altında, fiber optik iki renkli termometre en iyi seçimdir.
Kaplar veya vakum odaları gibi sızdırmaz veya tehlikeli maddeler içeren uygulamalarda, pirometre bir pencereden bakar. Malzeme yeterince güçlü olmalı ve kullanılan pirometrenin çalışma dalga boyu aralığından geçmelidir. Ayrıca operatörün pencereden de gözlem yapması gerekip gerekmediğini belirleyin, bu nedenle karşılıklı etkiyi önlemek için uygun kurulum yeri ve pencere malzemesini seçin. Düşük sıcaklık ölçüm uygulamalarında pencere olarak genellikle görünür ışığı geçirmeyen Ge veya Si malzemeleri kullanılır ve insan gözü pencereden hedefi göremez. Operatörün pencere hedefinden geçmesi gerekiyorsa, hem kızılötesi radyasyonu hem de görünür ışığı ileten bir optik malzeme kullanılmalıdır. Örneğin, pencere malzemesi olarak ZnSe veya BaF2 gibi hem kızılötesi radyasyonu hem de görünür ışığı ileten bir optik malzeme kullanılmalıdır.
Basit çalıştırma ve kolay kullanım: Kızılötesi termometreler sezgisel olmalı, çalıştırması kolay olmalı ve operatörler tarafından kullanımı kolay olmalıdır. Bunların arasında taşınabilir kızılötesi termometreler küçük, hafif ve sıcaklık ölçümü ile görüntü çıktısını entegre eden kişiler tarafından taşınır. Sıcaklık ölçüm cihazları, sıcaklığı görüntüleyebilir ve ekran panelinde çeşitli sıcaklık bilgileri verebilir ve bazıları uzaktan kumanda veya bilgisayar yazılım programı ile çalıştırılabilir.
Zorlu ve karmaşık çevre koşullarında, kolay kurulum ve konfigürasyon için ayrı bir sıcaklık ölçüm kafasına ve ekrana sahip bir sistem seçilebilir. Mevcut kontrol ekipmanına uyan sinyal çıkış formu seçilebilir. Kızılötesi radyasyon termometresinin kalibrasyonu: Kızılötesi termometrenin, ölçülen hedefin sıcaklığını doğru şekilde gösterebilmesi için kalibre edilmesi gerekir. Kullanılan termometrenin sıcaklık ölçümü kullanım sırasında tolerans dışındaysa, yeniden kalibrasyon için üreticiye veya tamir merkezine iade edilmesi gerekir.
