Infrapunalämpömittaritekniikan nykyaikaisen soveltamisen analyysi
Infrapunalämpömittarin lämpötilan mittausperiaate on muuntaa kohteen lähettämä infrapunasäteilyenergia sähköiseksi signaaliksi. Infrapunasäteilyenergian koko vastaa itse kohteen lämpötilaa. Muunnetun sähkösignaalin koon mukaan voidaan määrittää kohteen lämpötila. Infrapunalämpötilan mittaustekniikka on kehitetty skannaamaan ja mittaamaan pinnan lämpötilaa lämpömuutoksilla, määrittämään sen lämpötilajakautumakuva ja havaitsemaan nopeasti piilossa olevat lämpötilaerot. Tämä on infrapunalämpökamera. Infrapunalämpökameroita käytettiin ensimmäisen kerran armeijassa. Vuonna 2019 yhdysvaltalainen TI Corporation kehitti maailman ensimmäisen infrapunaskannaustiedustelujärjestelmän. Myöhemmin infrapunalämpökuvaustekniikkaa käytettiin peräkkäin lentokoneissa, tankeissa, sota-aluksissa ja muissa aseissa länsimaissa , lämpöhavaintojärjestelmänä tiedustelukohteisiin, se parantaa huomattavasti kykyä etsiä ja lyödä kohteita. Ruotsalaisen AGA-yhtiön valmistama infrapunalämpökamera on johtavassa asemassa siviiliteknologiassa.
Infrapunalämpömittari koostuu optisesta järjestelmästä, valosähköisestä ilmaisimesta, signaalivahvistimesta, signaalinkäsittelystä, näytön lähdöstä ja muista osista. Optinen järjestelmä kerää kohde-infrapunasäteilyenergian näkökenttään, ja näkökentän koon määräävät lämpömittarin optiset osat ja sen sijainti. Infrapunaenergia kohdistetaan valoilmaisimeen ja muunnetaan vastaavaksi sähköiseksi signaaliksi. Signaali kulkee vahvistimen ja signaalinkäsittelypiirin läpi ja muunnetaan mitatun kohteen lämpötila-arvoksi sen jälkeen, kun se on korjattu instrumentin sisäisen käsittelyn algoritmin ja kohteen emissiokyvyn mukaisesti.
Luonnossa kaikki esineet, joiden lämpötila on korkeampi kuin absoluuttinen nolla, lähettävät jatkuvasti infrapunasäteilyä ympäröivään tilaan. Kohteen infrapunasäteilyenergian koolla ja sen jakautumisella aallonpituuden mukaan on hyvin läheinen yhteys sen pintalämpötilaan. Siksi mittaamalla kohteen itsensä säteilemää infrapunaenergiaa voidaan määrittää tarkasti sen pintalämpötila, joka on objektiivinen perusta infrapunasäteilyn lämpötilamittaukselle.
Musta kappale on idealisoitu säteilijä, joka absorboi kaikki säteilyenergian aallonpituudet, ei heijastu tai siirrä energiaa ja jonka pinnalla on emissiokyky 1. Käytännön esineet luonnossa eivät kuitenkaan ole juurikaan mustia kappaleita. Infrapunasäteilyn jakauman selkeyttämiseksi ja saamiseksi teoreettisessa tutkimuksessa on valittava sopiva malli. Tämä on Planckin ehdottama kvantisoitu oskillaattorimalli ruumiinontelon säteilystä, joten johdettu Planckin mustan kappaleen säteilyn laki eli mustan kappaleen spektrisäteily aallonpituudella ilmaistuna, joka on kaikkien infrapunasäteilyteorioiden lähtökohta, joten se on kutsutaan mustan kappaleen säteilyn laiksi. Kaikkien todellisten esineiden säteilymäärä ei riipu pelkästään säteilyn aallonpituudesta ja kohteen lämpötilasta, vaan myös kohteen muodostavan materiaalin tyypistä, valmistusmenetelmästä, lämpöprosessista, pinnan tilasta ja ympäristöolosuhteista.
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 ja muut osat. Säteilijän lähettämä infrapunasäteily. Optiseen järjestelmään saapuessaan modulaattori moduloi infrapunasäteilyn vuorottelevaksi säteilyksi ja muuntaa sen vastaavaksi sähköiseksi signaaliksi ilmaisimen toimesta. 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.
Kolme infrapunalämpömittariluokkaa:
(1) Infrapunalämpömittari ihmiskäyttöön: Otsatyyppinen infrapunalämpömittari on lämpömittari, joka käyttää infrapunavastaanoton periaatetta ihmiskehon mittaamiseen. Käytön aikana sinun tarvitsee vain kohdistaa tunnistusikkuna kätevästi otsaan, ja voit mitata kehon lämpötilan nopeasti ja tarkasti.
(2) Teollinen infrapunalämpömittari: Teollinen infrapunalämpömittari mittaa kohteen pintalämpötilan, ja sen optinen anturi säteilee, heijastaa ja lähettää energiaa, minkä jälkeen anturi kerää ja kohdistaa energian, minkä jälkeen tiedot muunnetaan lukemaksi. näyttö muilla piireillä Koneessa tällä koneella varustettu laservalo kohdistaa tehokkaammin mitattavaan kohteeseen ja parantaa mittaustarkkuutta.
(3) Infrapunalämpömittarit karjanhoitoon: Eläinten kosketuksettomat infrapunalämpömittarit perustuvat Planck-periaatteeseen mittaamalla tarkasti eläimen ruumiinpinnan tiettyjen osien kehon pintalämpötilaa ja korjaamalla ruumiinpinnan lämpötilan ja todellinen lämpötila. Pystyy näyttämään tarkasti eläimen kehon lämpötilan.
Aallonpituusalueen määrittäminen: Kohdemateriaalin emissiivisyys ja pintaominaisuudet määräävät pyrometrin spektrivasteen tai aallonpituuden. Korkean heijastavuuden omaavien metalliseosmateriaalien emissiokyky on alhainen tai vaihteleva. Korkean lämpötilan alueella paras aallonpituus metallimateriaalien mittaamiseen on lähellä infrapunaa, ja aallonpituus {{0}}.18-1.0μm voidaan valita. Muut lämpötilavyöhykkeet voivat valita 1,6 μm, 2,2 μm ja 3,9 μm aallonpituuksiksi. Koska jotkin materiaalit ovat läpinäkyviä tietyllä aallonpituudella, infrapunaenergia tunkeutuu näihin materiaaleihin, ja tälle materiaalille tulisi valita erityinen aallonpituus. Esimerkiksi lasin sisälämpötilan mittaamiseen käytetään aallonpituuksia 10 μm, 2,2 μm ja 3,9 μm (testattavan lasin tulee olla hyvin paksu, muuten se läpäisee); lasin sisälämpötilan mittaamiseen käytetään aallonpituutta 5,0 μm; ; Toinen esimerkki on mitata polyeteenimuovikalvo, jonka aallonpituus on 3,43 μm, ja polyesteri, jonka aallonpituus on 4,3 μm tai 7,9 μm.
Määritä vasteaika: Vasteaika ilmaisee infrapunalämpömittarin reaktionopeuden mitattuun lämpötilan muutokseen, joka määritellään ajaksi, joka tarvitaan saavuttamaan 95 prosenttia loppulukeman energiasta, joka on suhteessa mittauslaitteen aikavakioon. valoilmaisin, signaalinkäsittelypiiri ja näyttöjärjestelmä. Uuden infrapunalämpömittarin vasteaika voi olla 1 ms. Tämä on paljon nopeampi kuin kosketuslämpötilan mittausmenetelmä. Jos kohteen liikenopeus on erittäin nopea tai nopeasti kuumenevaa kohdetta mitatessa, kannattaa valita nopeavasteinen infrapunalämpömittari, muuten riittävää signaalivastetta ei saavuteta ja mittaustarkkuus heikkenee. Kaikki sovellukset eivät kuitenkaan vaadi nopeaa infrapunalämpömittaria. Staattisissa tai kohdelämpöprosesseissa, joissa on lämpöinertia, pyrometrin vasteaikaa voidaan lieventää. Siksi infrapunalämpömittarin vasteajan valinta tulee mukauttaa mitattavan kohteen tilanteeseen.
Optinen resoluutio määräytyy suhteessa D:hen, joka on pyrometrin ja kohteen välisen etäisyyden D ja mittauspisteen halkaisijan S suhde. Jos lämpömittari on ympäristöolosuhteiden vuoksi asennettava kauas kohteesta ja mitattava pieni kohde, tulee valita korkean optisen resoluution lämpömittari. Mitä suurempi optinen resoluutio eli D:S-suhde kasvaa, sitä korkeampi pyrometrin hinta on.
Aallonpituusalueen määrittäminen: Kohdemateriaalin emissiivisyys ja pintaominaisuudet määräävät pyrometrin spektrivasteen tai aallonpituuden. Korkean heijastavuuden omaavien metalliseosmateriaalien emissiokyky on alhainen tai vaihteleva. Korkean lämpötilan alueella paras aallonpituus metallimateriaalien mittaamiseen on lähellä infrapunaa, ja aallonpituus {{0}}.18-1.{{10}}μm voi olla valittu. Muut lämpötilavyöhykkeet voivat valita 1,6 μm, 2,2 μm ja 3,9 μm aallonpituuksiksi. Koska jotkin materiaalit ovat läpinäkyviä tietyllä aallonpituudella, infrapunaenergia tunkeutuu näihin materiaaleihin, ja tälle materiaalille tulisi valita erityinen aallonpituus. Esimerkiksi lasin sisälämpötilan mittaamiseen käytetään aallonpituuksia 1,0 μm, 2,2 μm ja 3,9 μm (testattavan lasin tulee olla hyvin paksu, muuten se läpäisee); 5,0 μm:n aallonpituutta käytetään lasin sisäisen lämpötilan mittaamiseen; aallonpituutta 8-14 μm käytetään matalaan mittaukseen. On suositeltavaa; toinen esimerkki on mitata aallonpituus 3,43 μm polyetyleenimuovikalvolle ja 4,3 μm tai 7,9 μm polyesterille aallonpituus.
Määritä vasteaika: Vasteaika ilmaisee infrapunalämpömittarin reaktionopeuden mitattuun lämpötilan muutokseen, joka määritellään ajaksi, joka tarvitaan saavuttamaan 95 prosenttia loppulukeman energiasta, joka on suhteessa mittauslaitteen aikavakioon. valoilmaisin, signaalinkäsittelypiiri ja näyttöjärjestelmä. Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM -merkkisen infrapunalämpömittarin vasteaika voi olla 1 ms. Tämä on paljon nopeampi kuin kosketuslämpötilan mittausmenetelmät. Jos kohteen liikenopeus on erittäin nopea tai nopeasti kuumenevaa kohdetta mitatessa, kannattaa valita nopeavasteinen infrapunalämpömittari, muuten riittävää signaalivastetta ei saavuteta ja mittaustarkkuus heikkenee. Kaikki sovellukset eivät kuitenkaan vaadi nopeaa infrapunalämpömittaria. Staattisissa tai kohdelämpöprosesseissa, joissa on lämpöinertia, pyrometrin vasteaikaa voidaan lieventää. Siksi infrapunalämpömittarin vasteajan valinta tulee mukauttaa mitattavan kohteen tilanteeseen.
Signaalinkäsittelytoiminto: Erillisten prosessien (kuten osien tuotannon) mittaaminen eroaa jatkuvista prosesseista, jolloin infrapunalämpömittareissa on oltava signaalinkäsittelytoimintoja (kuten huipun pito, laakson pito, keskiarvo). Esimerkiksi lasin lämpötilaa mitatessa kuljetinhihnalla on käytettävä huippuarvoa pitoon, ja sen lämpötilan lähtösignaali lähetetään säätimelle.
Ympäristöolosuhteiden huomioiminen: Lämpömittarin ympäristöolosuhteilla on suuri vaikutus mittaustuloksiin, mikä tulee ottaa huomioon ja ratkaista oikein, muuten se vaikuttaa lämpötilan mittaustarkkuuteen ja jopa aiheuttaa lämpömittarin vaurioita. Kun ympäristön lämpötila on liian korkea ja siellä on pölyä, savua ja höyryä, voit valita suojakannen, vesijäähdytyksen, ilmajäähdytysjärjestelmän, ilmapuhaltimen ja muut valmistajan toimittamat lisävarusteet. Nämä lisävarusteet voivat torjua tehokkaasti ympäristövaikutuksia ja suojata lämpömittaria tarkkaa lämpötilan mittausta varten. Lisävarusteita määriteltäessä tulee pyytää mahdollisimman paljon standardointipalvelua asennuskustannusten vähentämiseksi. Kun savu, pöly tai muut hiukkaset vähentävät mittausenergiasignaalia, kaksivärinen lämpömittari on paras valinta. Kohinassa, sähkömagneettisessa kentässä, tärinässä tai saavuttamattomissa ympäristöolosuhteissa tai muissa ankarissa olosuhteissa kuituoptinen kaksivärinen lämpömittari on paras valinta.
Sovelluksissa, joissa käytetään suljettuja tai vaarallisia materiaaleja, kuten säiliöitä tai tyhjiökammioita, pyrometri näyttää ikkunan läpi. Materiaalin tulee olla riittävän vahvaa ja läpäistä käytettävän pyrometrin toiminta-aallonpituusalue. Selvitä myös, tarvitseeko käyttäjän tarkkailla myös ikkunan läpi, joten valitse sopiva asennuspaikka ja ikkunamateriaali välttääksesi keskinäisen vaikutuksen. Matalissa lämpötiloissa mittaussovelluksissa käytetään ikkunoina yleensä Ge- tai Si-materiaaleja, jotka ovat näkyvälle valolle läpinäkymättömiä, eikä ihmissilmä pysty havaitsemaan kohdetta ikkunan läpi. Jos käyttäjän on kuljettava ikkunakohteen läpi, tulee käyttää optista materiaalia, joka lähettää sekä infrapunasäteilyä että näkyvää valoa. Esimerkiksi ikkunamateriaalina tulee käyttää optista materiaalia, joka läpäisee sekä infrapunasäteilyä että näkyvää valoa, kuten ZnSe tai BaF2.
Yksinkertainen käyttö ja helppokäyttöisyys: Infrapunalämpömittarien tulee olla intuitiivisia, helppokäyttöisiä ja helppokäyttöisiä. Niistä kannettavat infrapunalämpömittarit ovat pieniä, kevyitä ja ihmisten kuljettamia, jotka yhdistävät lämpötilan mittauksen ja näytön ulostulon. Lämpötilan mittauslaitteet voivat näyttää lämpötilan ja tulostaa erilaisia lämpötilatietoja näyttöpaneelille, ja joitain niistä voidaan käyttää kaukosäätimellä tai tietokoneohjelmistolla.
Ankarissa ja monimutkaisissa ympäristöolosuhteissa voidaan asentaa ja konfiguroida helposti järjestelmä, jossa on erillinen lämpötilan mittauspää ja näyttö. Nykyistä ohjauslaitteistoa vastaava signaalin ulostulomuoto voidaan valita. Infrapunalämpömittarin kalibrointi: infrapunalämpömittari on kalibroitava niin, että se pystyy näyttämään oikein mitatun kohteen lämpötilan. Jos käytetyn lämpömittarin lämpötilamittaus on käytön aikana toleranssin ulkopuolella, se on palautettava valmistajalle tai huoltoliikkeeseen uudelleenkalibrointia varten.
