Infrapunalämpömittarien toimintaperiaate ja järjestelmän kokoonpano
Infrapunalämpömittari koostuu optisesta järjestelmästä, valosähköisestä tunnistimesta, signaalivahvistimesta, signaalinkäsittely-yksiköstä, näytöstä ja lähtömoduulista. Optinen järjestelmä kerää infrapunasäteilyenergiaa kohteesta sen näkökentässä. Näkökentän koon määräävät lämpömittarin optiset komponentit ja niiden järjestely. Infrapunaenergia keskitetään valosähköiseen ilmaisimeen ja muunnetaan vastaavaksi sähköiseksi signaaliksi. Kun signaali on kulkenut vahvistimen ja signaalinkäsittelypiirin läpi, se muunnetaan mitatun kohteen lämpötila-arvoksi sisäänrakennettujen algoritmien ja kohteen emissiivisyyskorjauksen perusteella.
Luonnossa kaikki esineet, joiden lämpötila ylittää absoluuttisen nollan, lähettävät jatkuvasti infrapunasäteilyä ympäröivään tilaan. Objektin infrapunasäteilyenergian suuruudella ja sen jakautumisella aallonpituuksille on hyvin läheinen yhteys sen pintalämpötilaan. Siksi pintalämpötila voidaan määrittää tarkasti mittaamalla itse kohteen säteilemä infrapunaenergia. Tämä on infrapunasäteilylämpömittarin objektiivinen perusta.
Blackbody on ihanteellinen jäähdytin. Se absorboi säteilyenergiaa kaikilla aallonpituuksilla ilman heijastusta tai läpäisyä, ja sen pinnan emissiivisyys on yhtä suuri kuin 1. Lähes mikään luonnon esine ei kuitenkaan ole mustia kappaleita. Infrapunasäteilyn jakautumista säätelevien lakien ymmärtämiseksi ja saamiseksi tutkimukseen on otettava käyttöön sopiva teoreettinen malli: Planckin ehdottama ontelosäteilyn kvantisoitu oskillaattorimalli. Tämä johtaa Planckin mustan kappaleen säteilyn lakiin, joka kuvaa mustan kappaleen spektrin säteilyn poistumista aallonpituuden funktiona. Se toimii lähtökohtana kaikille infrapunasäteilyteorioille ja tunnetaan mustan kappaleen säteilylakina. Kaikkien todellisten esineiden säteilymäärä ei riipu vain säteilyn aallonpituudesta ja kohteen lämpötilasta, vaan myös materiaalityypistä, valmistusmenetelmästä, lämpöhistoriasta, pinnan kunnosta ja ympäristötekijöistä. Siksi mustan kappaleen säteilylain soveltamiseksi todellisiin esineisiin on otettava käyttöön materiaalin ominaisuuksiin ja pintaolosuhteisiin liittyvä suhteellinen kerroin - nimittäin emissiivisyys. Tämä kerroin ilmaisee, kuinka tarkasti todellisen kohteen lämpösäteily likimääräinen mustan kappaleen säteilyä ja sen arvo vaihtelee välillä 0 ja alle 1. Säteilylakien mukaan minkä tahansa kohteen infrapunasäteilyn ominaisuudet voidaan tietää, kun materiaalin emissiokyky on saatu. Tärkeimmät emissiivisyyteen vaikuttavat tekijät ovat materiaalityyppi, pinnan karheus, fysikaalis-kemiallinen rakenne ja materiaalin paksuus.
Kun mitataan tavoitelämpötilaa infrapunasäteilylämpömittarilla, laite mittaa ensin kohteen infrapunasäteilymäärän työaaltoalueellaan ja laskee sitten tavoitelämpötilan. Yksivärinen lämpömittari on verrannollinen yhden aaltoalueen säteilymäärään, kun taas kaksivärinen lämpömittari on verrannollinen kahden aaltoalueen säteilysuureiden suhteeseen.
