Infrapunalämpömittarin toimintaperiaate ja virheanalyysi
Infrapunalämpömittarijärjestelmän koostumus
Infrapunalämpötilan mittauksessa käytetään pistekohtaista analyysimenetelmää, eli kohteen paikallisen alueen lämpösäteily keskitetään yhteen ilmaisimeen ja säteilyteho muunnetaan lämpötilaksi tunnetun kohteen emissiivisyyden kautta. . Erilaisten havaittujen kohteiden, mittausalueiden ja käyttötilanteiden vuoksi infrapunalämpömittarien ulkonäkö ja sisäinen rakenne ovat erilaisia, mutta perusrakenne on yleensä samanlainen, sisältäen pääasiassa optisen järjestelmän, valotunnistimen, signaalivahvistimen ja signaalinkäsittelyn, näytön ulostulon infrapuna sen perusrakenteen säteilijän lähettämä säteily tulee optiseen järjestelmään ja modulaattori moduloi infrapunasäteilyn vuorottelevaksi säteilyksi, jonka ilmaisin muuntaa vastaavaksi sähköiseksi signaaliksi. Signaali kulkee vahvistimen ja signaalinkäsittelypiirin läpi ja muunnetaan mitatun kohteen lämpötila-arvoksi sen jälkeen, kun se on korjattu instrumentissa olevan algoritmin ja kohteen emissiivisyyden mukaan.
Infrapunalämpötilan mittauksen virheanalyysi
Koska infrapunalämpötilan mittaus on kosketukseton, tulee erilaisia virheitä, ja virheisiin vaikuttavat monet tekijät. Itse instrumentin tekijöiden lisäksi se ilmenee pääasiassa seuraavista näkökohdista.
1. Säteilynopeus
Emissiivisyys on fyysinen suure esineen säteilykyvystä suhteessa mustaan kappaleeseen. Se ei liity pelkästään esineen materiaalin muotoon, pinnan karheuteen, epätasaisuuksiin jne., vaan liittyy myös testin suuntaan. Jos kohde on sileä pinta, sen suuntaus on herkempi. Eri aineiden emissiokyky on erilainen, ja infrapunalämpömittarin kohteesta vastaanottaman säteilyenergian määrä on verrannollinen sen emissiokykyyn.
(1) Emissiivisuuden asetus
Kirchhoffin lauseen [2] mukaan: kohteen pinnan puolipallomainen monokromaattinen emissiivisyys (ε) on yhtä suuri kuin sen puolipallomainen monokromaattinen absorptiokyky ( ), ε= . Terminen tasapainon olosuhteissa kohteen säteilyteho on yhtä suuri kuin sen absorboitunut teho, eli absorptionopeuden ( ), heijastavuuden (ρ) ja läpäisykyvyn ( ) summa on 1, eli plus ρ plus {{ 3}}, ja kuva 3 selittää yllä olevan lain. Läpinäkymättömän (tai tietyn paksuisen) kohteen läpäisevyyden ollessa näkyvissä =0, vain säteily ja heijastus ( plus ρ=1), kun kohteen emissiokyky on suurempi, heijastavuus on pienempi, taustan vaikutus ja heijastus Mitä pienempi arvo on, sitä suurempi on testin tarkkuus; päinvastoin, mitä korkeampi taustalämpötila tai korkeampi heijastavuus, sitä suurempi vaikutus testiin. Tästä nähdään, että varsinaisessa havaintoprosessissa on kiinnitettävä huomiota eri esineitä ja lämpömittareita vastaavaan emissiivisyyteen ja asetettava emissiivisyys mahdollisimman tarkasti mitatun lämpötilan virheen pienentämiseksi.
(2) Testikulma
Emissiivisyys liittyy testisuuntaan. Mitä suurempi testikulma, sitä suurempi testivirhe. Tämä jää helposti huomiotta käytettäessä infrapunaa lämpötilan mittaukseen. Yleisesti ottaen testikulma on paras 30 asteen sisällä, yleensä korkeintaan 45 astetta, jos se on testattava yli 45 asteen lämpötilassa, emissiokykyä voidaan alentaa sopivasti korjausta varten. Jos halutaan arvioida ja analysoida kahden identtisen kohteen lämpötilamittaustietoja, niin testikulman on oltava sama testin aikana, jotta se on vertailukelpoisempi.
