Infrapunalämpömittarin teoreettinen periaate ja sovellus
Lämpötilan mittaamiseen on monia tapoja. Lämpömittarit voidaan jakaa kahteen tyyppiin: kosketuslämpötilan mittauslaitteet ja kosketuksettomat lämpötilan mittauslaitteet. Kosketintyyppi sisältää tutun nestelämpömittarin, lämpöparilämpömittarin ja lämpövastuslämpömittarin jne. Kuten kaikki tiedämme, lämpötila on yksi tärkeimmistä parametreista lämmitys-, kaasunsyöttö-, ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmissä. Erityisesti lämpöteknisessä mittausprosessissa lämpötilan tarkkuus on usein avain kokeen onnistumiseen tai epäonnistumiseen. Siksi erittäin tarkka lämpötilan mittauslaite on välttämätön tekniikassa. Siksi tässä artikkelissa esitellään joitain infrapunalämpömittareiden periaatteita ja sovelluksia lämpötilan mittaustyökaluissa.
Infrapunalämpötilan mittauksen teoreettinen periaate:
Luonnossa, kun esineen lämpötila on korkeampi kuin absoluuttinen nolla, se sisäisen lämpöliikkeen vuoksi säteilee jatkuvasti sähkömagneettisia aaltoja ympäristöön, mukaan lukien infrapunasäteet, joiden aaltokaista on 0,75 µm~ 100 µm. Sen ominaispiirre on, että tietyllä lämpötilalla ja aallonpituudella kohteen lähettämällä säteilyenergialla on maksimiarvo. Tällaista materiaalia kutsutaan mustaksi kappaleeksi ja sen heijastuskerroin on asetettu arvoon 1. Muiden materiaalien heijastuskerroin on pienempi kuin 1, jota kutsutaan harmaaksi kappaleeksi, koska mustan kappaleen spektrinen säteilyteho P(λT) ja maksimilämpötila T täyttävät Planckin määrityksen. Se osoittaa, että maksimilämpötilassa T mustan kappaleen säteilyteho pinta-alayksikköä kohti aallonpituudella λ on P(λT).
Lämpötilan noustessa kohteen säteilyenergia vahvistuu. Tämä on infrapunasäteilyteorian lähtökohta ja yksikaistaisen infrapunalämpömittarin suunnitteluperusta.
Lämpötilan noustessa säteilyhuippu siirtyy lyhytaaltosuuntaan (vasemmalle) ja se täyttää Wienin siirtymälauseen, huipun aallonpituus on kääntäen verrannollinen maksimilämpötilaan T ja katkoviiva on viiva yhdistämällä huippua. Tämä kaava kertoo meille, miksi korkean lämpötilan lämpömittarit toimivat enimmäkseen lyhyillä aalloilla ja matalan lämpötilan lämpömittarit toimivat enimmäkseen pitkillä aalloilla.
Säteilyenergian muutosnopeus lämpötilan kanssa on suurempi lyhyellä aallolla kuin pitkällä, eli lyhyellä aallolla toimivalla lämpömittarilla on suhteellisen korkea signaali-kohinasuhde (korkea herkkyys) ja voimakas. häiriön esto. Lämpömittarin tulisi yrittää valita toimimaan huippuaallonpituudella. Tämä on erityisen tärkeää varsinkin alhaisen lämpötilan ja pienten kohteiden tapauksessa.
Kaksi: Infrapunalämpömittari koostuu optisesta järjestelmästä, valosähköisestä ilmaisimesta, signaalivahvistimesta, signaalinkäsittelystä, näytön lähdöstä ja muista osista. Modulaattori moduloi mitatun kohteen ja takaisinkytkentälähteen säteilyä ja syöttää sen sitten infrapunatunnistimeen. Näiden kahden signaalin eroa vahvistaa antivahvistin ja se ohjaa takaisinkytkentälähteen lämpötilaa siten, että takaisinkytkentälähteen spektrisäteily on sama kuin kohteen. Näyttö näyttää mitattavan kohteen kirkkauslämpötilan
Suorituskykyindikaattorit ja kolmen infrapunalämpömittarin valinta:
Infrapunalämpömittarien suorituskykyindikaattoreita ovat: lämpötilan mittausalue, näytön resoluutio, tarkkuus, työympäristön lämpötila-alue, toistettavuus, suhteellinen kosteus, vasteaika, virtalähde, vastespektri, koko, maksimiarvon näyttö, paino, emissiokyky jne. Kiinnitä huomiota seuraaviin valitessasi:
1. Määritä lämpötilan mittausalue: Lämpötilan mittausalue on lämpömittarin tärkein suorituskykyindeksi. Jokaisella lämpömittarityypillä on oma erityinen lämpötila-alue. Siksi käyttäjän mitattu lämpötila-alue on tarkasteltava tarkasti ja kattavasti, ei liian kapea eikä liian laaja. Mustan kappaleen säteilyn lain mukaan spektrin lyhyellä aallonpituuskaistalla lämpötilan aiheuttama säteilyenergian muutos ylittää emissiovirheen aiheuttaman säteilyenergian muutoksen.
2 Määritä tavoitekoko: Infrapunalämpömittarit voidaan jakaa yksivärisiin lämpömittareihin ja kaksivärisiin lämpömittareihin (säteilykolorimetrisiin lämpömittareihin) periaatteen mukaisesti. Monokromaattisessa lämpömittarissa lämpötilaa mitattaessa mitattavan kohteen alueen tulee täyttää lämpömittarin näkökenttä. On suositeltavaa, että mitatun kohteen koko ylittää 50 prosenttia näkökentästä. Jos kohteen koko on pienempi kuin näkökenttä, taustasäteilyenergia tulee lämpömittarin visuaalisiin ja akustisiin symboleihin ja häiritsee lämpötilan mittauslukemia aiheuttaen virheitä. Toisaalta, jos kohde on suurempi kuin pyrometrin näkökenttä, mittausalueen ulkopuolella oleva tausta ei vaikuta pyrometriin. Kaksivärisessä pyrometrissä lämpötila määräytyy säteilyenergian suhteen kahdessa riippumattomassa aallonpituuskaistassa. Siksi kun mitattava kohde on pieni, ei täytä näkökenttää ja mittausreitillä on savua, pölyä ja esteitä, jotka vaimentavat säteilyenergiaa, sillä ei ole merkittävää vaikutusta mittaustuloksiin. . Pienille ja liikkuville tai väriseville kohteille kaksivärinen lämpömittari on paras valinta. Tämä johtuu valonsäteiden pienestä halkaisijasta ja niiden joustavuudesta kuljettaa valon säteilyenergiaa kaarevien, tukkeutuneiden ja taitettujen kanavien yli.
3 Määritä etäisyyskerroin (optinen resoluutio): Etäisyyskerroin määräytyy suhteessa D:S, eli lämpömittarin anturin ja kohteen välisen etäisyyden D ja mitatun kohteen halkaisijan suhteesta. 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. Jos lämpömittari on kaukana kohteesta ja kohde on pieni, kannattaa valita lämpömittari, jolla on korkea etäisyyskerroin. Kiinteällä polttovälillä varustetussa pyrometrissä optisen järjestelmän polttopiste on pisteen pienin sijainti, ja piste lähellä ja kaukana polttopisteestä kasvaa. Etäisyystekijöitä on kaksi.
4. Määritä aallonpituusalue: Kohdemateriaalin emissiivisyys ja pintaominaisuudet määräävät vastaavan pyrometrispektrin aallonpituuden. Korkean heijastavuuden omaaville metalliseosmateriaaleille on alhainen tai vaihteleva emissiokyky. Korkean lämpötilan alueella paras aallonpituus metallimateriaalien mittaamiseen on lähi-infrapuna, ja 0.8-1.0 μm voidaan valita. Muut lämpötilavyöhykkeet voivat valita 1,6 μm, 2,2 μm ja 3,9 μm. Koska jotkin materiaalit ovat läpinäkyviä tietyllä aallonpituudella, infrapunaenergia tunkeutuu näihin materiaaleihin, ja tälle materiaalille tulisi valita erityinen aallonpituus.
5 Määritä vasteaika: Vasteaika ilmaisee infrapunalämpömittarin reaktionopeuden mitattuun lämpötilan muutokseen, joka määritellään ajaksi, joka tarvitaan saavuttamaan 95 prosenttia loppulukeman energiasta, ja se liittyy aikavakioon. valoilmaisimeen, signaalinkäsittelypiiriin ja näyttöjärjestelmään liittyvistä ominaisuuksista. 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 termisellä inertialla pyrometrin vasteaikaa voidaan lieventää.
6. Signaalinkäsittelytoiminto: Kun otetaan huomioon erillisen prosessin (kuten osien valmistuksen) ja jatkuvan prosessin välinen ero, infrapunalämpömittarissa on oltava useita signaalinkäsittelytoimintoja (kuten huipun pito, laakson pito, keskiarvo) valita esim. lämpötilan mittaus kuljetinhihnalla Pulloa käytettäessä on käytettävä huippuarvoa pitoon ja sen lämpötilan lähtösignaali lähetetään säätimelle. Muussa tapauksessa lämpömittari lukee pullojen välistä alemman lämpötila-arvon. Jos käytät huippupitoa, aseta lämpömittarin vasteaika hieman pidemmäksi kuin pullojen välinen aika, jotta vähintään yksi pullo on aina mittauksen alla.
7 Ympäristöolosuhteiden huomioon ottaminen: Lämpömittarin ympäristöolosuhteilla on suuri vaikutus mittaustuloksiin, mikä tulee ottaa huomioon ja ratkaista oikein, muuten se vaikuttaa lämpötilan mittaustarkkuuteen ja jopa aiheuttaa vahinkoa. Kun ympäristön lämpötila on korkea ja siellä on pölyä, savua ja höyryä, voidaan valita suojakansi, vesijäähdytys, ilmajäähdytysjärjestelmä, ilmanpuhdistin 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.
8. 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.
Neljän infrapunalämpömittarin ominaisuudet
1. Kosketukseton mittaus: Sen ei tarvitse koskettaa mitatun lämpötilakentän sisäpuolta tai pintaa, joten se ei häiritse mitatun lämpötilakentän tilaa, eikä lämpötilakenttä vahingoita itse lämpömittaria.
2. Laaja mittausalue: Koska kyseessä on kosketukseton lämpötilamittaus, lämpömittari ei ole korkeammassa tai matalammassa lämpötilassa, vaan toimii normaalissa lämpötilassa tai lämpömittarin sallimissa olosuhteissa. Normaalioloissa se voi mitata miinus kymmeniä asteita yli kolmeentuhanteen asteeseen.
3. Nopea lämpötilan mittausnopeus: eli nopea vasteaika. Niin kauan kuin kohteen infrapunasäteilyä vastaanotetaan, lämpötila voidaan korjata lyhyessä ajassa.
4. Korkea tarkkuus: Infrapunalämpötilan mittaus ei tuhoa itse kohteen lämpötilajakaumaa, kuten kosketuslämpötilan mittaus, joten mittaustarkkuus on korkea.
5. Korkea herkkyys: Niin kauan kuin kohteen lämpötilassa on pieni muutos, säteilyenergia muuttuu suuresti, mikä on helppo havaita. Se voi mitata pienen lämpötilakentän lämpötilaa ja
6. Lämpötilajakauman mittaus ja liikkuvien tai pyörivien esineiden lämpötilan mittaus. Turvallinen ja pitkä käyttöikä.
Viiden infrapunalämpömittarin haitat:
1. Herkkä ympäristötekijöille (ympäristön lämpötila, ilmassa oleva pöly jne.)
2. Sillä on suuri vaikutus kirkkaan tai kiillotetun metallipinnan lämpötilalukemaan
3. Rajoitettu vain kohteen ulkolämpötilan mittaamiseen, on hankalaa mitata lämpötilaa kohteen sisällä ja kun on esteitä
Varotoimet kuuden infrapunalämpömittarin käyttöön:
(1) Testattavan kohteen emissiokyky on määritettävä tarkasti;
(2) Vältä korkean lämpötilan esineiden vaikutusta ympäröivään ympäristöön;
(3) Läpinäkyvien materiaalien ympäristön lämpötilan tulee olla alhaisempi kuin mitattavan kohteen lämpötila;
(4) Lämpömittari tulee suunnata pystysuoraan mitattavan kohteen pintaan, eikä kulma saa missään olosuhteissa ylittää 30 astetta
(5) Sitä ei voida käyttää lämpötilan mittaamiseen kirkkailla tai kiillotetuilla metallipinnoilla, eikä sitä voida käyttää lämpötilan mittaamiseen lasin läpi;
(6) Valitse seurantakerroin oikein, tavoitehalkaisijan on täytettävä näkökenttä;
(7) Jos infrapunalämpömittari altistuu yhtäkkiä 20 asteen tai korkeammalle ympäristön lämpötilaerolle, mittaustiedot ovat epätarkkoja ja mitattu lämpötila-arvo otetaan lämpötilan tasapainottamisen jälkeen. .
Seitsemän parannussuunnitelmaa:
Koska tavallinen infrapunalämpömittari rajoittuu vain kohteen ulkoisen lämpötilan mittaamiseen, on hankalaa mitata lämpötilaa kohteen sisällä ja kun on esteitä, joten tunnistuspäähän voidaan lisätä valokuituosa ja linssi. pienellä katselukulmalla voidaan asentaa etupäähän niin, että mitattavan kohteen säteilyenergia kulkee linssin läpi optisen kuidun sisäpuolelle. Useiden valokuidun heijastusten jälkeen se välittyy ilmaisimeen. Koska valokuitua voidaan taivuttaa vapaasti, säteilyä voidaan kääntää vapaasti, mikä ratkaisee esineen sisäisen lämpötilan mittausongelman ja voi mitata lämpötilaa paikoista, kuten esteiden tukkimista kulmista.
