Infrapunalämpömetrian teoreettiset periaatteet ja infrapunalämpömittarin sovellukset
Lämpötilan mittaamiseen on monia tapoja. Lämpömittarit voidaan jakaa kahteen luokkaan: kosketuslämpötilan mittauslaitteet ja kosketuksettomat lämpötilanmittauslaitteet. Kosketintyyppejä ovat tutut nestelämpömittarit, termoparilämpömittarit, vastuslämpömittarit jne. Kuten kaikki tiedämme, lämpötila on yksi tärkeimmistä parametreista lämmitys-, kaasunsyöttö-, ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmissä. Erityisesti lämpömittausprosessissa lämpötilan tarkkuus on usein avain kokeen onnistumisen tai epäonnistumisen määrittämiseen. Siksi korkean lämpötilan mittauslaite on välttämätön tekniikassa. Siksi tässä artikkelissa esitellään infrapunalämpömittarien periaatteet ja sovellukset lämpötilan mittaustyökalujen joukossa.
Infrapunalämpötilan mittauksen teoreettinen periaate:
Luonnossa, kun esineen lämpötila on korkeampi kuin nolla sisäisen lämpöliikkeen vuoksi, se säteilee jatkuvasti sähkömagneettisia aaltoja ympäristöön, mukaan lukien infrapunasäteet, joiden aallonpituusalue on 0,75µm–100µm. . Sen ominaispiirre on, että tietyllä lämpötilalla ja aallonpituudella kohteen lähettämällä säteilyenergialla on suuri arvo. Tätä materiaalia kutsutaan mustaksi kappaleeksi ja sen heijastuskerroin on asetettu arvoon 1. Muiden materiaalien heijastuskerroin on pienempi kuin 1, jota kutsutaan mustaksi kappaleeksi. Harmaa kappale, koska mustan kappaleen spektrisäteilytehon P (λT) ja lämpötilan T välinen suhde täyttää Planckin lain. Se osoittaa, että lämpötilassa T mustan kappaleen säteilyteho pinta-alayksikköä kohti aallonpituudella λ on P(λT).
Lämpötilan noustessa kohteen säteilyenergia vahvistuu. Tämä on infrapunasäteilyteorian lähtökohta ja perusta yksikaistaisten infrapunalämpömittareiden suunnittelulle.
Lämpötilan noustessa säteilyhuippu siirtyy lyhytaaltosuuntaan (vasemmalle) ja täyttää Wienin siirtolauseen. Huipun aallonpituus on kääntäen verrannollinen lämpötilaan T, ja katkoviiva on huiput yhdistävä viiva. Tämä kaava kertoo meille, miksi korkean lämpötilan lämpömittarit toimivat enimmäkseen lyhyillä aalloilla ja matalan lämpötilan lämpömittarit toimivat enimmäkseen pitkillä aalloilla.
Säteilevän energian muutosnopeus lämpötilan kanssa on suurempi lyhyillä aallonpituuksilla kuin pitkillä aallonpituuksilla. Toisin sanoen lyhyillä aallonpituuksilla toimivilla lämpömittareilla on suhteellisen korkea signaali-kohinasuhde (korkea herkkyys) ja vahva häiriönesto. Lämpömittarin tulisi yrittää toimia huippuaallonpituudella. Tämä on erityisen tärkeää pienten matalan lämpötilan kohteiden tapauksessa.
Infrapunalämpömittari koostuu optisesta järjestelmästä, valosähköisestä ilmaisimesta, signaalivahvistimesta, signaalinkäsittelystä, näytön lähdöstä ja muista osista. Modulaattori moduloi mitatun kohteen ja takaisinkytkentälähteen säteilyä ja syöttää sen sitten infrapunailmaisimeen. Kahden signaalin välistä eroa vahvistaa käänteisvahvistin ja se ohjaa takaisinkytkentälähteen lämpötilaa siten, että takaisinkytkentälähteen spektrisäteily on sama kuin kohteen spektrisäteily. Näyttö näyttää mitattavan kohteen kirkkauslämpötilan
