Infrasarkanā termometra teorētiskais princips un pielietojums
Ir daudz veidu, kā mērīt temperatūru. Termometrus var iedalīt divos veidos: kontakta temperatūras mērinstrumenti un bezkontakta temperatūras mērinstrumenti. Kontakta veids ietver pazīstamo šķidruma termometru, termopāra termometru un termiskās pretestības termometru utt. Kā mēs visi zinām, temperatūra ir viens no svarīgākajiem parametriem apkures, gāzes apgādes, ventilācijas un gaisa kondicionēšanas sistēmās. Īpaši siltumtehnikas mērījumu procesā temperatūras precizitāte bieži ir eksperimenta panākumu vai neveiksmes atslēga. Tāpēc inženierzinātnēs ir nepieciešams augstas precizitātes temperatūras mērīšanas instruments. Tāpēc šajā rakstā ir aprakstīti daži infrasarkano termometru principi un pielietojums temperatūras mērīšanas rīkos.
Infrasarkanās temperatūras mērīšanas teorētiskais princips:
Dabā, ja objekta temperatūra ir augstāka par absolūto nulli, iekšējās termiskās kustības dēļ tas nepārtraukti izstaros elektromagnētiskos viļņus uz apkārtni, tostarp infrasarkanos starus ar viļņu joslu 0,75 µm~ 100 µm. Tā īpašība ir tāda, ka noteiktā temperatūrā un viļņa garumā objekta izstarotajai starojuma enerģijai ir maksimālā vērtība. Šāda veida materiālu sauc par melnu ķermeni, un tā atstarošanas koeficients ir iestatīts uz 1. Citu materiālu atstarošanas koeficients ir mazāks par 1, ko sauc par pelēko ķermeni, jo melnā ķermeņa spektrālā starojuma jauda P(λT). un maksimālā temperatūra T apmierina Planka noteikto. Tas parāda, ka pie maksimālās temperatūras T melnā ķermeņa starojuma jauda uz laukuma vienību pie viļņa garuma λ ir P(λT).
Temperatūrai paaugstinoties, objekta starojuma enerģija kļūst spēcīgāka. Tas ir infrasarkanā starojuma teorijas sākumpunkts un vienas joslas infrasarkanā termometra projektēšanas pamats.
Temperatūrai paaugstinoties, starojuma maksimums virzās uz īsviļņu virzienu (pa kreisi), un tas atbilst Vīnes pārvietošanās teorēmai, viļņa garums pie maksimuma ir apgriezti proporcionāls maksimālajai temperatūrai T, un punktētā līnija ir līnija savieno virsotni. Šī formula parāda, kāpēc augstas temperatūras termometri galvenokārt darbojas ar īsiem viļņiem, bet zemas temperatūras termometri galvenokārt strādā pie gariem viļņiem.
Izstarojuma enerģijas izmaiņu ātrums ar temperatūru ir lielāks pie īsviļņa nekā pie garā viļņa, tas ir, termometram, kas strādā pie īsviļņa, ir salīdzinoši augsta signāla un trokšņa attiecība (augsta jutība) un spēcīgs. pretiejaukšanās. Termometram jāmēģina izvēlēties strādāt pie maksimālā viļņa garuma. Īpaši zemas temperatūras un mazu mērķu gadījumā tas ir īpaši svarīgi.
Divi: infrasarkanais termometrs sastāv no optiskās sistēmas, fotoelektriskā detektora, signāla pastiprinātāja, signālu apstrādes, displeja izejas un citām daļām. Izmērītā objekta un atgriezeniskās saites avota starojumu modulē modulators un pēc tam ievada infrasarkanajā detektorā. Atšķirību starp diviem signāliem pastiprina pretpastiprinātājs un kontrolē atgriezeniskās saites avota temperatūru, lai atgriezeniskās saites avota spektrālais starojums būtu tāds pats kā objektam. Displejs parāda izmērītā objekta spilgtuma temperatūru
Veiktspējas indikatori un trīs infrasarkano termometru izvēle:
Infrasarkano termometru darbības rādītāji ietver: temperatūras mērījumu diapazonu, displeja izšķirtspēju, precizitāti, darba vides temperatūras diapazonu, atkārtojamību, relatīvo mitrumu, reakcijas laiku, barošanu, reakcijas spektru, izmēru, maksimālās vērtības displeju, svaru, izstarojuma spēju utt. atlasot:
1. Nosakiet temperatūras mērīšanas diapazonu: temperatūras mērīšanas diapazons ir vissvarīgākais termometra darbības rādītājs. Katram termometra veidam ir savs īpašs temperatūras diapazons. Tāpēc lietotāja izmērītais temperatūras diapazons ir jāizvērtē precīzi un visaptveroši, ne pārāk šaurs, ne pārāk plašs. Saskaņā ar melnā ķermeņa starojuma likumu spektra īsā viļņa garuma joslā temperatūras izraisītā starojuma enerģijas maiņa pārsniegs izstarojuma enerģijas izmaiņas, ko izraisa izstarojuma kļūda.
2 Nosakiet mērķa izmēru: Infrasarkanos termometrus var iedalīt vienkrāsainos termometros un divu krāsu termometros (radiācijas kolorimetriskajos termometros) saskaņā ar principu. Monohromatiskajam termometram, mērot temperatūru, mērāmā mērķa laukumam ir jāaizpilda termometra redzamības lauks. Ieteicams, lai izmērītā mērķa izmērs pārsniegtu 50 procentus no redzes lauka. Ja mērķa izmērs ir mazāks par redzes lauku, fona starojuma enerģija nonāks termometra vizuālajos un akustiskajos simbolos un traucēs temperatūras mērījumu rādījumus, radot kļūdas. Un otrādi, ja mērķis ir lielāks par pirometra redzamības lauku, pirometru neietekmēs fons ārpus mērījumu zonas. Divu krāsu pirometram temperatūru nosaka starojuma enerģijas attiecība divās neatkarīgās viļņu garuma joslās. Tāpēc, ja mēramais mērķis ir mazs, neaizpilda redzes lauku un mērījumu ceļā ir dūmi, putekļi un šķēršļi, kas vājina starojuma enerģiju, tas būtiski neietekmēs mērījumu rezultātus. . Maziem un kustīgiem vai vibrējošiem mērķiem vislabākā izvēle ir divu krāsu termometrs. Tas ir saistīts ar gaismas staru mazo diametru un to elastību, lai transportētu gaismas starojuma enerģiju pa izliektiem, bloķētiem un salocītiem kanāliem.
3 Nosakiet attāluma koeficientu (optisko izšķirtspēju): attāluma koeficientu nosaka attiecība D:S, tas ir, attāluma D attiecība starp termometra zondi un mērķi un izmērītā mērķa diametru. Ja termometrs jāuzstāda tālu no mērķa vides apstākļu dēļ un jāmēra mazs mērķis, jāizvēlas termometrs ar augstu optisko izšķirtspēju. Jo augstāka ir optiskā izšķirtspēja, ti, palielinot D:S attiecību, jo augstākas ir pirometra izmaksas. Ja termometrs atrodas tālu no mērķa un mērķis ir mazs, jāizvēlas termometrs ar augstu attāluma koeficientu. Pirometram ar fiksētu fokusa attālumu optiskās sistēmas fokusa punkts ir vietas mazākā pozīcija, un fokusa punkta tuvumā un tālumā esošā vieta palielināsies. Ir divi attāluma faktori.
4. Noteikt viļņa garuma diapazonu: Mērķa materiāla izstarojuma un virsmas raksturlielumi nosaka atbilstošo pirometra spektra viļņa garumu. Augstas atstarošanas sakausējuma materiāliem ir zema vai mainīga emisija. Augstas temperatūras zonā labākais viļņa garums metāla materiālu mērīšanai ir tuvu infrasarkanais starojums, un var izvēlēties 0.8-1.0 μm. Citas temperatūras zonas var izvēlēties 1,6 μm, 2,2 μm un 3,9 μm. Tā kā daži materiāli ir caurspīdīgi noteiktā viļņa garumā, infrasarkanā enerģija iekļūs šajos materiālos, un šim materiālam ir jāizvēlas īpašs viļņa garums.
5 Nosakiet reakcijas laiku: reakcijas laiks norāda infrasarkanā termometra reakcijas ātrumu uz izmērītajām temperatūras izmaiņām, kas tiek definēts kā laiks, kas nepieciešams, lai sasniegtu 95 procentus no gala rādījuma enerģijas, un tas ir saistīts ar laika konstanti. ar fotodetektoru, signālu apstrādes ķēdi un displeja sistēmu. Ja mērķa kustības ātrums ir ļoti ātrs vai mērot ātri uzkarstošu mērķi, jāizvēlas ātras reakcijas infrasarkanais termometrs, pretējā gadījumā netiks sasniegta pietiekama signāla reakcija un samazināsies mērījumu precizitāte. Tomēr ne visām lietojumprogrammām ir nepieciešams ātras reakcijas infrasarkanais termometrs. Statiskajiem vai mērķa termiskajiem procesiem ar termisko inerci pirometra reakcijas laiku var samazināt.
6. Signāla apstrādes funkcija: ņemot vērā atšķirību starp diskrēto procesu (piemēram, detaļu ražošanu) un nepārtraukto procesu, infrasarkanajam termometram ir jābūt vairākām signālu apstrādes funkcijām (piemēram, maksimuma noturēšana, ielejas noturēšana, vidējā vērtība), lai izvēlēties kādu no, piemēram, temperatūras mērīšanu uz konveijera lentes Kad pudele tiek izmantota, ir jāizmanto maksimālā vērtība, lai noturētu, un tās temperatūras izejas signāls tiek nosūtīts uz kontrolieri. Pretējā gadījumā termometrs nolasa zemāku temperatūras vērtību starp pudelēm. Ja izmantojat maksimuma noturēšanu, iestatiet termometra reakcijas laiku nedaudz garāku par laika intervālu starp pudelēm, lai vienmēr tiktu mērīta vismaz viena pudele.
7 Vides apstākļu ievērošana: termometra vides apstākļiem ir liela ietekme uz mērījumu rezultātiem, kas ir jāņem vērā un pareizi jāatrisina, pretējā gadījumā tas ietekmēs temperatūras mērījumu precizitāti un pat radīs bojājumus. Ja apkārtējā temperatūra ir augsta un ir putekļi, dūmi un tvaiki, var izvēlēties aizsargpārsegu, ūdens dzesēšanu, gaisa dzesēšanas sistēmu, gaisa attīrītāju un citus ražotāja nodrošinātos piederumus. Šie piederumi var efektīvi novērst vides ietekmi un aizsargāt termometru precīzai temperatūras mērīšanai. Norādot piederumus, pēc iespējas vairāk jāpieprasa standartizācijas pakalpojums, lai samazinātu uzstādīšanas izmaksas.
8. Infrasarkanā starojuma termometra kalibrēšana: infrasarkanais termometrs ir jākalibrē tā, lai tas varētu pareizi parādīt izmērītā mērķa temperatūru. Ja izmantotā termometra temperatūras mērījums lietošanas laikā ir ārpus pielaides, tas ir jānodod atpakaļ ražotājam vai remonta centram atkārtotai kalibrēšanai.
Četru infrasarkano termometru īpašības
1. Bezkontakta mērījums: tam nav jāpieskaras izmērītā temperatūras lauka iekšpusei vai virsmai, tāpēc tas netraucēs izmērītā temperatūras lauka stāvokli, un pats termometrs netiks sabojāts ar temperatūras lauku.
2. Plašs mērījumu diapazons: Tā kā tas ir bezkontakta temperatūras mērījums, termometrs neatrodas augstākas vai zemākas temperatūras laukā, bet darbojas normālā temperatūrā vai termometra atļautajos apstākļos. Normālos apstākļos tas var mērīt no mīnus desmitiem grādu līdz vairāk nekā trīs tūkstošiem grādu.
3. Ātrs temperatūras mērīšanas ātrums: tas ir, ātrs reakcijas laiks. Kamēr tiek uztverts mērķa infrasarkanais starojums, temperatūru var fiksēt īsā laikā.
4. Augsta precizitāte: infrasarkanās temperatūras mērīšana neiznīcinās paša objekta temperatūras sadalījumu, piemēram, kontakta temperatūras mērīšanu, tāpēc mērījumu precizitāte ir augsta.
5. Augsta jutība: kamēr objektā ir nelielas temperatūras izmaiņas, radiācijas enerģija ievērojami mainīsies, ko ir viegli noteikt. Tas var izmērīt temperatūru nelielā temperatūras laukā un
6. Temperatūras sadalījuma mērīšana un kustīgu vai rotējošu objektu temperatūras mērīšana. Drošs un ilgs kalpošanas laiks.
Piecu infrasarkano termometru trūkumi:
1. Neaizsargāts pret vides faktoriem (apkārtējā temperatūra, putekļi gaisā utt.)
2. Tam ir liela ietekme uz spilgtas vai pulētas metāla virsmas temperatūras rādījumu
3. Aprobežojas tikai ar objekta ārējās temperatūras mērīšanu, ir neērti mērīt temperatūru objekta iekšienē un tad, ja ir šķēršļi.
Piesardzības pasākumi, lietojot sešus infrasarkanos termometrus:
(1) Precīzi jānosaka pārbaudāmā objekta izstarojuma koeficients;
(2) Izvairieties no augstas temperatūras objektu ietekmes apkārtējā vidē;
(3) Caurspīdīgiem materiāliem apkārtējās vides temperatūrai jābūt zemākai par izmērītā objekta temperatūru;
(4) Termometrs jānovieto vertikāli pret mērāmā objekta virsmu, un leņķis nekādā gadījumā nedrīkst pārsniegt 30 grādus.
(5) To nevar izmantot temperatūras mērīšanai uz spilgtām vai pulētām metāla virsmām, un to nevar izmantot temperatūras mērīšanai caur stiklu;
(6) Pareizi izvēlieties sekošanas koeficientu, mērķa diametram ir jāaizpilda redzes lauks;
(7) Ja infrasarkanais termometrs pēkšņi tiek pakļauts apkārtējās temperatūras starpībai, kas ir 20 grādi vai augstāka, mērījumu dati būs neprecīzi, un izmērītā temperatūras vērtība tiks ņemta pēc temperatūras līdzsvarošanas. .
Septiņi uzlabošanas plāni:
Tā kā parastais infrasarkanais termometrs aprobežojas ar objekta ārējās temperatūras mērīšanu, ir neērti mērīt temperatūru objekta iekšienē un tad, ja ir šķēršļi, tāpēc noteikšanas galviņai var pievienot optiskās šķiedras daļu un objektīvu. ar nelielu skata leņķi var uzstādīt priekšējā galā, lai Mērītā objekta starojuma enerģija izietu caur objektīvu uz optiskās šķiedras iekšpusi. Pēc vairākiem atspīdumiem optiskajā šķiedrā tas tiek pārraidīts uz detektoru. Tā kā optisko šķiedru var brīvi saliekt, starojumu var brīvi pagriezt, kas atrisina objekta iekšējās temperatūras mērīšanas problēmu un var izmērīt temperatūru vietās, piemēram, stūros, ko bloķē šķēršļi.
