Kızılötesi Termometrenin Teorik Prensibi ve Uygulaması
Sıcaklığı ölçmenin birçok yolu vardır. Termometreler iki tipe ayrılabilir: temaslı sıcaklık ölçüm cihazları ve temassız sıcaklık ölçüm cihazları. Kontak tipi tanıdık sıvı termometre, termokupl termometre ve termal dirençli termometre vb. içerir. Hepimizin bildiği gibi sıcaklık, ısıtma, gaz besleme, havalandırma ve iklimlendirme sistemlerinde en önemli parametrelerden biridir. Özellikle termal mühendislik ölçüm sürecinde, sıcaklığın doğruluğu genellikle deneyin başarısının veya başarısızlığının anahtarıdır. Bu nedenle, mühendislikte yüksek doğruluklu bir sıcaklık ölçüm cihazı gereklidir. Bu nedenle, bu makale, sıcaklık ölçüm araçlarında kızılötesi termometrelerin bazı ilkelerini ve uygulamalarını tanıtmaktadır.
Kızılötesi sıcaklık ölçümünün teorik prensibi:
Doğada, bir nesnenin sıcaklığı, iç termal hareketin varlığı nedeniyle mutlak sıfırdan yüksek olduğunda, 0.75µm~ dalga bandına sahip kızılötesi ışınlar dahil olmak üzere sürekli olarak elektromanyetik dalgaları çevreye yayar. 100µm. Özelliği, belirli bir sıcaklık ve dalga boyunda, bir nesne tarafından yayılan ışıma enerjisinin maksimum değere sahip olmasıdır. Bu tür bir malzemeye siyah cisim denir ve yansıma katsayısı 1'e ayarlanır. Diğer malzemelerin yansıma katsayısı 1'den küçüktür, bu gri cisim olarak adlandırılır, çünkü siyah cismin spektral radyasyon gücü P(λT) ve maksimum sıcaklık T, Planck'ın tespitini karşılar. Maksimum sıcaklık T'de, siyah cismin λ dalga boyunda birim alan başına radyasyon gücünün P(λT) olduğunu gösterir.
Sıcaklık yükseldikçe, nesnenin ışıma enerjisi güçlenir. Bu, kızılötesi radyasyon teorisinin başlangıç noktası ve tek bantlı kızılötesi termometrenin tasarım temelidir.
Sıcaklık arttıkça, radyasyon zirvesi kısa dalga yönüne (sola doğru) hareket eder ve Wien yer değiştirme teoremini karşılar, tepedeki dalga boyu maksimum sıcaklık T ile ters orantılıdır ve noktalı çizgi çizgidir zirveyi bağlamak. Bu formül bize neden yüksek sıcaklık termometrelerinin çoğunlukla kısa dalgalarda, düşük sıcaklık termometrelerinin ise çoğunlukla uzun dalgalarda çalıştığını anlatır.
Radyant enerjinin sıcaklıkla değişim oranı, kısa dalgada uzun dalgaya göre daha fazladır, yani kısa dalgada çalışan termometre nispeten yüksek bir sinyal-gürültü oranına (yüksek hassasiyet) ve güçlüdür. anti-parazit. Termometre, tepe dalga boyunda çalışmayı seçmeye çalışmalıdır. Özellikle düşük sıcaklık ve küçük hedefler söz konusu olduğunda bu özellikle önemlidir.
İki: Kızılötesi termometre, optik sistem, fotoelektrik dedektör, sinyal yükseltici, sinyal işleme, ekran çıkışı ve diğer parçalardan oluşur. Ölçülen nesneden ve geri besleme kaynağından gelen radyasyon, modülatör tarafından modüle edilir ve ardından kızılötesi detektöre girilir. İki sinyal arasındaki fark, anti-amplifikatör tarafından yükseltilir ve geri besleme kaynağının spektral parlaklığı nesneninkiyle aynı olacak şekilde geri besleme kaynağının sıcaklığını kontrol eder. Ekran, ölçülen nesnenin parlaklık sıcaklığını gösterir
Performans göstergeleri ve üç kızılötesi termometre seçimi:
Kızılötesi termometrelerin performans göstergeleri şunları içerir: sıcaklık ölçüm aralığı, ekran çözünürlüğü, doğruluk, çalışma ortamı sıcaklık aralığı, tekrarlanabilirlik, bağıl nem, yanıt süresi, güç kaynağı, yanıt spektrumu, boyut, maksimum değer ekranı, ağırlık, emisyon, vb. seçerken aşağıdakilere:
1. Sıcaklık ölçüm aralığını belirleyin: Sıcaklık ölçüm aralığı, termometrenin en önemli performans indeksidir. Her termometre tipinin kendine özgü sıcaklık aralığı vardır. Bu nedenle, kullanıcının ölçülen sıcaklık aralığı, ne çok dar ne de çok geniş olacak şekilde doğru ve kapsamlı bir şekilde değerlendirilmelidir. Kara cisim ışıması yasasına göre, spektrumun kısa dalga boyu bandında, sıcaklığın neden olduğu ışıma enerjisi değişimi, yayma hatasının neden olduğu ışıma enerjisi değişimini aşacaktır.
2 Hedef boyutu belirleyin: Kızılötesi termometreler, ilkeye göre tek renkli termometreler ve iki renkli termometreler (radyasyon kolorimetrik termometreler) olarak ayrılabilir. Tek renkli bir termometre için, sıcaklık ölçülürken, hedefin ölçülecek alanı termometrenin görüş alanını doldurmalıdır. Ölçülen hedef boyutunun görüş alanının yüzde 50'sini geçmesi önerilir. Hedef boyutu görüş alanından küçükse, arka plan radyasyon enerjisi termometrenin görsel ve akustik sembollerine girecek ve sıcaklık ölçüm değerlerine müdahale ederek hatalara neden olacaktır. Tersine, hedef pirometrenin görüş alanından daha büyükse, pirometre ölçüm alanı dışındaki arka plandan etkilenmeyecektir. İki renkli bir pirometre için sıcaklık, iki bağımsız dalga boyu bandındaki ışıma enerjisinin oranı ile belirlenir. Bu nedenle, ölçülecek hedefin küçük olması, görüş alanını doldurmaması ve ölçüm yolu üzerinde radyasyon enerjisini azaltan duman, toz ve engeller olması ölçüm sonuçları üzerinde önemli bir etkiye sahip olmayacaktır. . Küçük ve hareketli veya titreyen hedefler için iki renkli termometre en iyi seçimdir. Bunun nedeni, ışık ışınlarının küçük çapları ve ışık ışıma enerjisini kavisli, tıkalı ve katlanmış kanallar üzerinden taşıma esnekliğidir.
3 Mesafe katsayısını belirleyin (optik çözünürlük): Mesafe katsayısı, D:S oranı, yani termometre probu ile hedef arasındaki mesafe D ile ölçülen hedefin çapı arasındaki oran tarafından 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. Termometre hedeften uzaksa ve hedef küçükse mesafe katsayısı yüksek bir termometre seçilmelidir. Sabit odak uzaklığına sahip bir pirometre için, optik sistemin odak noktası noktanın en küçük konumudur ve odak noktasına yakın ve uzak nokta artacaktır. İki mesafe faktörü vardır.
4. Dalga boyu aralığını belirleyin: Hedef malzemenin emisyon ve yüzey özellikleri, pirometre spektrumunun karşılık gelen dalga boyunu belirler. Yüksek yansıtıcılığa sahip alaşımlı malzemeler için düşük veya değişken emisyon vardır. Yüksek sıcaklık alanında, metal malzemeleri ölçmek için en iyi dalga boyu yakın kızılötesidir ve 0.8-1.0 μm seçilebilir. Diğer sıcaklık bölgeleri 1,6μm, 2,2μm ve 3,9μm'yi seçebilir. Bazı malzemeler belirli bir dalga boyunda şeffaf olduğundan kızılötesi enerji bu malzemelere nüfuz edecektir ve bu malzeme için özel bir dalga boyu seçilmelidir.
5 Tepki süresini belirleyin: Tepki süresi, kızılötesi termometrenin, son okumanın enerjisinin yüzde 95'ine ulaşmak için gereken süre olarak tanımlanan, ölçülen sıcaklık değişimine tepki hızını gösterir ve zaman sabitiyle ilişkilidir. fotodedektör, sinyal işleme devresi ve görüntüleme sistemi ile ilgili. Hedefin hareket hızı çok hızlıysa veya hızlı ısınan bir hedefi ölçerken hızlı tepki 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 atalet ile statik veya hedef termal prosesler için pirometrenin tepki süresi gevşetilebilir.
6. Sinyal işleme işlevi: Ayrık işlem (parça üretimi gibi) ve sürekli işlem arasındaki fark göz önüne alındığında, kızılötesi termometrenin çoklu sinyal işleme işlevlerine (tepe noktası tutma, vadi tutma, ortalama değer gibi) sahip olması gerekir. Konveyör bandında sıcaklık ölçümü gibi seçim yapın Şişe kullanıldığında, tutulacak tepe değerini kullanmak gerekir ve sıcaklığının çıkış sinyali kontrolöre gönderilir. Aksi takdirde, termometre şişeler arasında daha düşük bir sıcaklık değeri okur. Pik tutma kullanılıyorsa, termometre yanıt süresini şişeler arasındaki zaman aralığından biraz daha uzun olacak şekilde ayarlayın, böylece en az bir şişe her zaman ölçüm altında olur.
7 Çevresel koşulların göz önünde bulundurulması: Termometrenin ortam koşullarının, dikkate alınması ve uygun şekilde çözülmesi gereken ölçüm sonuçları üzerinde büyük etkisi vardır, aksi takdirde sıcaklık ölçüm doğruluğunu etkiler ve hatta hasara neden olur. Ortam sıcaklığı yüksek ve toz, duman ve buhar olduğunda koruyucu kapak, su soğutma, hava soğutma sistemi, hava temizleyici ve üretici tarafından sağlanan diğer aksesuarlar seçilebilir. 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.
8. 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.
Dört Kızılötesi Termometrenin Özellikleri
1. Temassız ölçüm: Ölçülen sıcaklık alanının içine veya yüzeyine dokunması gerekmez, bu nedenle ölçülen sıcaklık alanının durumuna müdahale etmez ve termometrenin kendisi sıcaklık alanından zarar görmez.
2. Geniş ölçüm aralığı: Temassız bir sıcaklık ölçümü olduğundan, termometre daha yüksek veya daha düşük bir sıcaklık alanında değil, normal bir sıcaklıkta veya termometrenin izin verdiği koşullar altında çalışır. Normal şartlar altında eksi onlarca dereceden üç bin dereceye kadar ölçebilir.
3. Hızlı sıcaklık ölçüm hızı: yani hızlı tepki süresi. Hedefin kızılötesi radyasyonu alındığı sürece, sıcaklık kısa sürede sabitlenebilir.
4. Yüksek doğruluk: Kızılötesi sıcaklık ölçümü, temas sıcaklığı ölçümü gibi nesnenin sıcaklık dağılımını bozmaz, bu nedenle ölçüm doğruluğu yüksektir.
5. Yüksek hassasiyet: Nesnenin sıcaklığında küçük bir değişiklik olduğu sürece, radyasyon enerjisi büyük ölçüde değişecek ve bu da tespit edilmesi kolay olacaktır. Küçük sıcaklık alanının sıcaklığını ölçebilir ve
6. Sıcaklık dağılımı ölçümü ve hareketli veya dönen nesnelerin sıcaklık ölçümü. Güvenli ve uzun hizmet ömrü.
Beş kızılötesi termometrenin dezavantajları:
1. Çevresel faktörlere karşı hassas (ortam sıcaklığı, havadaki toz vb.)
2. Parlak veya parlatılmış metal yüzeyin sıcaklık okuması üzerinde büyük etkisi vardır.
3. Yalnızca nesnenin dış sıcaklığının ölçülmesiyle sınırlıdır, nesnenin içindeki sıcaklığın ölçülmesi sakıncalıdır ve engeller olduğunda
Altı kızılötesi termometrenin kullanımına ilişkin önlemler:
(1) Test edilen nesnenin emisyonu doğru bir şekilde belirlenmelidir;
(2) Çevredeki yüksek sıcaklıktaki nesnelerin etkisinden kaçının;
(3) Saydam malzemeler için ortam sıcaklığı ölçülen nesnenin sıcaklığından düşük olmalıdır;
(4) Termometre, ölçülecek nesnenin yüzeyine dikey olarak hizalanmalıdır ve açı hiçbir koşulda 30 dereceyi geçmemelidir.
(5) Parlak veya cilalı metal yüzeylerde sıcaklık ölçümü için kullanılamaz ve camdan sıcaklık ölçümü için kullanılamaz;
(6) Takip katsayısını doğru seçin, hedef çapı görüş alanını doldurmalıdır;
(7) Kızılötesi termometre aniden 20 derece veya daha yüksek bir ortam sıcaklığı farkına maruz kalırsa, ölçüm verileri hatalı olur ve ölçülen sıcaklık değeri, sıcaklık dengelendikten sonra alınır. .
Yedi iyileştirme planı:
Sıradan kızılötesi termometre yalnızca nesnenin dış sıcaklığını ölçmekle sınırlı olduğundan, nesnenin içindeki sıcaklığı ölçmek ve engeller olduğunda elverişsizdir, bu nedenle algılama kafasına bir optik fiber bölümü ve bir lens eklenebilir. küçük bir görüş açısı ile ön uca monte edilebilir, böylece ölçülen nesnenin ışıma enerjisi mercekten optik fiberin içine geçer. Optik fiberdeki çoklu yansımalardan sonra dedektöre iletilir. Fiber optik serbestçe bükülebildiğinden, radyasyon serbestçe döndürülebilir, bu da nesnenin iç sıcaklığını ölçme problemini çözer ve engeller tarafından engellenen köşeler gibi yerlerin sıcaklığını ölçebilir.
