Infrapuna termomeetritehnoloogia kaasaegse rakendamise analüüs
Infrapunatermomeetri temperatuuri mõõtmise põhimõte seisneb objekti poolt kiiratava infrapunakiirguse energia muundamises elektrisignaaliks. Infrapunakiirguse energia suurus vastab objekti enda temperatuurile. Teisendatud elektrisignaali suuruse järgi saab määrata objekti temperatuuri. Infrapuna temperatuuri mõõtmise tehnoloogia on välja töötatud pinna temperatuuri skaneerimiseks ja mõõtmiseks koos termiliste muutustega, selle temperatuurijaotuse kujutise määramiseks ning varjatud temperatuurierinevuste kiireks tuvastamiseks. See on infrapuna termokaamera. Infrapuna-soojuskaameraid kasutati esmakordselt sõjaväes. 2019. aastal töötas Ameerika Ühendriikide TI Corporation välja maailma esimese infrapunaskaneeriva luuresüsteemi. Hiljem kasutati infrapuna-termopilditehnoloogiat lääneriikides järjestikku lennukites, tankides, sõjalaevades ja muudes relvades, luuresihtmärkide termilise vaatlussüsteemina, mis parandab oluliselt sihtmärkide otsimise ja tabamise võimet. Rootsi ettevõtte AGA toodetud infrapuna-soojuskaamera on tsiviiltehnoloogias juhtival positsioonil.
Infrapunatermomeeter koosneb optilisest süsteemist, fotoelektrilisest detektorist, signaalivõimendist, signaalitöötlusest, kuvari väljundist ja muudest osadest. Optiline süsteem kogub sihtmärgiks oleva infrapunakiirguse energia oma vaatevälja ning vaatevälja suuruse määravad termomeetri optilised osad ja selle asukoht. Infrapunaenergia fokusseeritakse fotodetektorile ja muundatakse vastavaks elektrisignaaliks. Signaal läbib võimendi ja signaalitöötlusahela ning teisendatakse pärast korrigeerimist mõõdetud sihtmärgi temperatuuriväärtuseks vastavalt instrumendi sisetöötluse algoritmile ja sihtmärgi kiirgusvõimele.
Looduses kiirgavad kõik absoluutsest nullist kõrgema temperatuuriga objektid ümbritsevasse ruumi pidevalt infrapunakiirguse energiat. Objekti infrapunakiirguse energia suurus ja selle jaotus lainepikkuse järgi on väga tihedalt seotud selle pinnatemperatuuriga. Seetõttu saab objekti enda poolt kiirgavat infrapunaenergiat mõõtes täpselt määrata selle pinnatemperatuuri, mis on infrapunakiirguse temperatuuri mõõtmise objektiivseks aluseks.
Must keha on idealiseeritud radiaator, mis neelab kõik kiirgusenergia lainepikkused, ei peegeldu ega edasta energiat ning mille pinnal on kiirgusvõime 1. Praktilised esemed looduses pole aga peaaegu mustad kehad. Infrapunakiirguse jaotuse selgitamiseks ja saamiseks tuleb teoreetilises uurimistöös valida sobiv mudel. See on Plancki välja pakutud kehaõõne kiirguse kvantiseeritud ostsillaatormudel, mis tuletas Plancki musta keha kiirguse seaduse, st lainepikkusega väljendatud musta keha spektraalse kiirguse, mis on kõigi infrapunakiirguse teooriate lähtepunkt, seega nimetatakse musta keha kiirguse seaduseks. Kõikide tegelike objektide kiirgushulk ei sõltu mitte ainult kiirguse lainepikkusest ja objekti temperatuurist, vaid ka objekti materjali tüübist, valmistamismeetodist, termilisest protsessist, pinna seisundist ja keskkonnatingimustest.
Infrapuna temperatuuri mõõtmisel kasutatakse punkt-punkti analüüsi meetodit, see tähendab, et objekti kohaliku piirkonna soojuskiirgus fokusseeritakse ühele detektorile ja kiirgusvõimsus muundatakse temperatuuriks tuntud objekti kiirgusvõime kaudu. . Erinevate tuvastatud objektide, mõõtmisvahemike ja kasutusjuhtude tõttu on infrapunatermomeetrite välimus ja sisemine struktuur erinev, kuid põhistruktuur on üldiselt sarnane, hõlmates peamiselt optilist süsteemi, fotodetektorit, signaalivõimendit ja signaalitöötlust, kuvari väljundit ja muud osad. Radiaatori kiirgav infrapunakiirgus. Optilisse süsteemi sisenedes moduleerib infrapunakiirgus modulaatori poolt vahelduvaks kiirguseks ja detektor muundab selle vastavaks elektrisignaaliks. Signaal läbib võimendi ja signaalitöötlusahela ning teisendatakse mõõdetud sihtmärgi temperatuuriväärtuseks pärast korrigeerimist vastavalt instrumendis olevale algoritmile ja sihtmärgi kiirgusvõimele.
Kolm infrapunatermomeetrite kategooriat:
(1) Inimestele mõeldud infrapunatermomeeter: otsaesise tüüpi infrapunatermomeeter on termomeeter, mis kasutab inimkeha mõõtmiseks infrapuna vastuvõtu põhimõtet. Kasutamisel tuleb tuvastusakna lihtsalt mugavalt otsmikuga joondada ning saad kiiresti ja täpselt mõõta kehatemperatuuri.
(2) Tööstuslik infrapunatermomeeter: tööstuslik infrapunatermomeeter mõõdab objekti pinnatemperatuuri ning selle optiline andur kiirgab, peegeldab ja edastab energiat ning seejärel kogub ja fokusseerib sond energiat ning seejärel muundatakse teave lugemiseks. kuvamine muude vooluahelate abil Masinas on selle masinaga varustatud laservalgus efektiivsem mõõdetava objekti sihtimisel ja mõõtmistäpsuse parandamisel.
(3) Loomakasvatuse infrapunatermomeetrid: Loomade kontaktivabad infrapunatermomeetrid põhinevad Plancki põhimõttel, mõõtes täpselt looma kehapinna teatud osade kehapinna temperatuuri ning korrigeerides temperatuuride erinevust kehapinna temperatuuri ja tegelik temperatuur. Oskab täpselt kuvada looma individuaalset kehatemperatuuri.
Lainepikkuse vahemiku määramine: sihtmaterjali kiirgusvõime ja pinnaomadused määravad püromeetri spektraalreaktsiooni ehk lainepikkuse. Suure peegeldusvõimega sulamimaterjalide puhul on kiirgusvõime madal või erinev. Kõrge temperatuuriga piirkonnas on metallmaterjalide mõõtmiseks parim lainepikkus infrapuna lähedal ja valida saab lainepikkuseks {{0}}.18-1.0μm. Teised temperatuuritsoonid saavad valida lainepikkused 1,6 μm, 2,2 μm ja 3,9 μm. Kuna mõned materjalid on teatud lainepikkusel läbipaistvad, tungib infrapunaenergia nendesse materjalidesse ja selle materjali jaoks tuleks valida spetsiaalne lainepikkus. Näiteks klaasi sisetemperatuuri mõõtmiseks kasutatakse lainepikkusi 10 μm, 2,2 μm ja 3,9 μm (testitav klaas peab olema väga paks, muidu läheb see läbi); klaasi sisetemperatuuri mõõtmiseks kasutatakse lainepikkust 5,0 μm; ; Teine näide on mõõta polüetüleenplastkilet lainepikkusega 3,43 μm ja polüestrit lainepikkusega 4,3 μm või 7,9 μm.
Määrake reageerimisaeg: Reageerimisaeg näitab infrapuna termomeetri reaktsioonikiirust mõõdetud temperatuurimuutusele, mis on defineeritud kui aeg, mis kulub 95 protsendini lõppnäidu energiast, mis on seotud mõõtmisaja ajakonstandiga. fotodetektor, signaalitöötlusahel ja kuvasüsteem. Uue infrapuna termomeetri reaktsiooniaeg võib ulatuda 1 ms-ni. See on palju kiirem kui kontakttemperatuuri mõõtmise meetod. Kui sihtmärgi liikumiskiirus on väga kiire või kiirelt kuumenevat sihtmärki mõõtes, tuleks valida kiire reageerimisega infrapunatermomeeter, vastasel juhul ei saavutata piisavat signaalireaktsiooni ja väheneb mõõtmistäpsus. Kuid mitte kõik rakendused ei vaja kiiret infrapunatermomeetrit. Staatiliste või sihtsoojusprotsesside puhul, kus on olemas termiline inerts, saab püromeetri reaktsiooniaega lõdvendada. Seetõttu tuleks infrapuna termomeetri reaktsiooniaja valik kohandada mõõdetava sihtmärgi olukorraga.
Optiline eraldusvõime määratakse suhtega D ja S, mis on püromeetri ja sihtmärgi vahelise kauguse D ja mõõtepunkti läbimõõdu S suhe. Kui termomeeter tuleb keskkonnatingimuste tõttu paigaldada sihtmärgist kaugele ja mõõta tuleb väikest sihtmärki, tuleks valida kõrge optilise eraldusvõimega termomeeter. Mida kõrgem on optiline eraldusvõime ehk D:S suhe suurendamine, seda suurem on püromeetri maksumus.
Lainepikkuse vahemiku määramine: sihtmaterjali kiirgusvõime ja pinnaomadused määravad püromeetri spektraalreaktsiooni ehk lainepikkuse. Suure peegeldusvõimega sulamimaterjalide puhul on kiirgusvõime madal või erinev. Kõrge temperatuuriga piirkonnas on metallmaterjalide mõõtmiseks parim lainepikkus infrapuna lähedal ja lainepikkus {{0}}.18-1.{{10}}μm võib olla valitud. Teised temperatuuritsoonid saavad valida lainepikkused 1,6 μm, 2,2 μm ja 3,9 μm. Kuna mõned materjalid on teatud lainepikkusel läbipaistvad, tungib infrapunaenergia nendesse materjalidesse ja selle materjali jaoks tuleks valida spetsiaalne lainepikkus. Näiteks klaasi sisetemperatuuri mõõtmiseks kasutatakse lainepikkusi 1,0 μm, 2,2 μm ja 3,9 μm (testitav klaas peab olema väga paks, muidu läheb see läbi); klaasi sisetemperatuuri mõõtmiseks kasutatakse lainepikkust 5,0 μm; madala mõõtmise jaoks kasutatakse lainepikkust 8-14 μm. Soovitav on; teine näide on mõõta polüetüleenplastkile lainepikkust 3,43 μm ja polüestri lainepikkust 4,3 μm või 7,9 μm.
Määrake reageerimisaeg: Reageerimisaeg näitab infrapuna termomeetri reaktsioonikiirust mõõdetud temperatuurimuutusele, mis on defineeritud kui aeg, mis kulub 95 protsendini lõppnäidu energiast, mis on seotud mõõtmisaja ajakonstandiga. fotodetektor, signaalitöötlusahel ja kuvasüsteem. Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM kaubamärgi infrapuna termomeetri reaktsiooniaeg võib ulatuda 1 ms-ni. See on palju kiirem kui kontakttemperatuuri mõõtmise meetodid. Kui sihtmärgi liikumiskiirus on väga kiire või kiirelt kuumenevat sihtmärki mõõtes, tuleks valida kiire reageerimisega infrapunatermomeeter, vastasel juhul ei saavutata piisavat signaalireaktsiooni ja väheneb mõõtmistäpsus. Kuid mitte kõik rakendused ei vaja kiiret infrapunatermomeetrit. Staatiliste või sihtsoojusprotsesside puhul, kus on olemas termiline inerts, saab püromeetri reaktsiooniaega lõdvendada. Seetõttu tuleks infrapuna termomeetri reaktsiooniaja valik kohandada mõõdetava sihtmärgi olukorraga.
Signaalitöötluse funktsioon: diskreetsete protsesside (nt osade tootmine) mõõtmine erineb pidevast protsessist, mis nõuab, et infrapunatermomeetritel oleks signaalitöötlusfunktsioonid (nagu piigi hoidmine, oru hoidmine, keskmine väärtus). Näiteks klaasi temperatuuri mõõtmisel konveierilindil on vaja kasutada tippväärtust hoidmiseks ja selle temperatuuri väljundsignaal saadetakse kontrollerile.
Keskkonnatingimustega arvestamine: Termomeetri keskkonnatingimused mõjutavad mõõtetulemusi suurel määral, mida tuleks kaaluda ja korralikult lahendada, vastasel juhul mõjutab see temperatuuri mõõtmise täpsust ja põhjustab isegi termomeetri kahjustusi. Kui ümbritseva õhu temperatuur on liiga kõrge ning seal on tolmu, suitsu ja auru, saate valida kaitsekatte, vesijahutuse, õhkjahutussüsteemi, õhupuhuri ja muud tootja poolt pakutavad tarvikud. Need tarvikud suudavad tõhusalt toime tulla keskkonnamõjudega ja kaitsta termomeetrit täpseks temperatuuri mõõtmiseks. Lisatarvikute määramisel tuleks võimalikult palju nõuda standardimisteenust, et vähendada paigalduskulusid. Kui suits, tolm või muud osakesed vähendavad mõõtmisenergia signaali, on kahevärviline termomeeter parim valik. Müra, elektromagnetvälja, vibratsiooni või raskesti ligipääsetavate keskkonnatingimuste või muude karmide tingimuste korral on fiiberoptiline kahevärviline termomeeter parim valik.
Suletud või ohtlike materjalidega rakendustes, nagu mahutid või vaakumkambrid, kuvatakse püromeetril läbi akna. Materjal peab olema piisavalt tugev ja läbima kasutatava püromeetri töölainepikkuse vahemikku. Samuti määrake kindlaks, kas operaator peab ka läbi akna jälgima, seega valige vastastikune mõjutamise vältimiseks sobiv paigalduskoht ja aknamaterjal. Madala temperatuuri mõõtmise rakendustes kasutatakse akendena tavaliselt Ge või Si materjale, mis on nähtavale valgusele läbipaistmatud ja inimsilm ei suuda sihtmärki läbi akna jälgida. Kui operaatoril on vaja akna sihtmärki läbida, tuleks kasutada optilist materjali, mis edastab nii infrapunakiirgust kui ka nähtavat valgust. Näiteks aknamaterjalina tuleks kasutada nii infrapunakiirgust kui ka nähtavat valgust läbivat optilist materjali, näiteks ZnSe või BaF2.
Lihtne käsitsemine ja lihtne kasutamine: infrapunatermomeetrid peaksid olema intuitiivsed, hõlpsasti kasutatavad ja operaatoritele hõlpsasti kasutatavad. Nende hulgas on kaasaskantavad infrapunatermomeetrid väikesed, kerged ja inimeste käes, mis integreerivad temperatuuri mõõtmise ja kuvamise väljundi. Temperatuuri mõõteriistad suudavad kuvada temperatuuri ja väljastada erinevat temperatuuriteavet näidikupaneelil ning mõnda neist saab juhtida kaugjuhtimispuldi või arvutitarkvara abil.
Karmide ja keeruliste keskkonnatingimuste korral saab lihtsaks paigaldamiseks ja seadistamiseks valida eraldi temperatuuri mõõtepea ja näidikuga süsteemi. Valida saab praegusele juhtimisseadmestikule sobiva signaali väljundvormi. Infrapunakiirguse termomeetri kalibreerimine: infrapunatermomeeter peab olema kalibreeritud nii, et see suudaks õigesti kuvada mõõdetud sihtmärgi temperatuuri. Kui kasutatud termomeetri temperatuurimõõtmine on kasutamise ajal tolerantsist väljas, tuleb see uuesti kalibreerimiseks tootjale või remondikeskusesse tagastada.
