Elemzés az infravörös hőmérő technológia korszerű alkalmazásáról
Az infravörös hőmérő hőmérsékletmérési elve, hogy a tárgy által kibocsátott infravörös sugárzási energiát elektromos jellé alakítja. Az infravörös sugárzási energia mérete megfelel magának a tárgy hőmérsékletének. Az átalakított elektromos jel nagysága szerint meghatározható a tárgy hőmérséklete. Az infravörös hőmérséklet mérési technológiát arra fejlesztették ki, hogy a felület hőváltozással szkennelje és mérje a hőmérsékletet, meghatározza annak hőmérsékleteloszlási képét, és gyorsan felismerje a rejtett hőmérsékleti különbségeket. Ez az infravörös hőkamera. Az infravörös hőkamerákat először a hadseregben használták. 2019-ben az egyesült államokbeli TI Corporation kifejlesztette a világ első infravörös pásztázó felderítő rendszerét. Később az infravörös hőképalkotási technológiát sorra használták repülőgépekben, tankokban, hadihajókban és más fegyverekben a nyugati országokban, mint a felderítő célpontok hőmérő rendszere, amely nagymértékben javítja a célpontok keresésének és eltalálásának képességét. A svéd AGA cég által gyártott infravörös hőkamera vezető szerepet tölt be a polgári technológiában.
Az infravörös hőmérő optikai rendszerből, fotoelektromos detektorból, jelerősítőből, jelfeldolgozásból, kijelzőkimenetből és egyéb részekből áll. Az optikai rendszer a célzott infravörös sugárzás energiáját a látómezőjében gyűjti össze, a látómező méretét pedig a hőmérő optikai részei és helyzete határozza meg. Az infravörös energiát egy fotodetektorra fókuszálják, és megfelelő elektromos jellé alakítják át. A jel áthalad az erősítőn és a jelfeldolgozó áramkörön, és a műszer belső kezelésének algoritmusa és a cél emissziós tényezője szerint korrigálás után a mért célpont hőmérsékleti értékévé alakul.
A természetben az abszolút nullánál magasabb hőmérsékletű objektumok folyamatosan infravörös sugárzási energiát bocsátanak ki a környező térbe. Egy tárgy infravörös sugárzási energiájának nagysága és hullámhossz szerinti eloszlása nagyon szoros összefüggésben van a felületi hőmérséklettel. Ezért a tárgy által kisugárzott infravörös energia mérésével pontosan meghatározható annak felületi hőmérséklete, amely az infravörös sugárzás hőmérsékletmérésének objektív alapja.
A fekete test egy idealizált sugárzó, amely minden hullámhosszú sugárzási energiát elnyel, nincs visszaverődése vagy energiaáteresztése, felületén az emissziós tényezője 1. A gyakorlati tárgyak azonban a természetben szinte nem fekete testek. Az infravörös sugárzás eloszlásának tisztázásához és megismeréséhez az elméleti kutatásban megfelelő modellt kell kiválasztani. Ez a Planck által javasolt testüreg-sugárzás kvantált oszcillátormodellje, így levezette a Planck-féle fekete test sugárzásának törvényét, vagyis a fekete test hullámhosszal kifejezett spektrális sugárzásának törvényét, amely minden infravörös sugárzás elmélet kiindulópontja, tehát a fekete test sugárzás törvényének nevezik. Valamennyi tényleges tárgy sugárzási mennyisége nemcsak a sugárzás hullámhosszától és a tárgy hőmérsékletétől függ, hanem a tárgyat alkotó anyag típusától, az előkészítési módtól, a hőfolyamattól, a felület állapotától és a környezeti feltételektől is.
Az infravörös hőmérsékletmérés pontonkénti elemzési módszert alkalmaz, vagyis az objektum helyi területének hősugárzását egyetlen detektorra fókuszálják, és a sugárzási teljesítményt az ismert tárgy emissziós tényezője révén hőmérsékletgé alakítják. . A különböző észlelt tárgyak, mérési tartományok és felhasználási alkalmak miatt az infravörös hőmérők megjelenése és belső felépítése eltérő, de az alapvető felépítés általában hasonló, elsősorban optikai rendszert, fotodetektort, jelerősítőt és jelfeldolgozást, kijelző kimenetet és egyéb elemeket tartalmaz. alkatrészek. Radiátor által kibocsátott infravörös sugárzás. Az optikai rendszerbe belépve az infravörös sugárzást a modulátor váltakozó sugárzássá modulálja, és a detektor megfelelő elektromos jellé alakítja át. A jel áthalad az erősítőn és a jelfeldolgozó áramkörön, és a műszerben lévő algoritmus és a cél emissziós tényezője szerinti korrekció után a mért cél hőmérsékleti értékévé alakul.
Az infravörös hőmérők három kategóriája:
(1) Infravörös hőmérő emberi használatra: A homlok típusú infravörös hőmérő olyan hőmérő, amely az infravörös vétel elvét használja az emberi test mérésére. Használat közben csak az érzékelési ablakot kell kényelmesen a homlokhoz igazítania, és gyorsan és pontosan mérheti a testhőmérsékletet.
(2) Ipari infravörös hőmérő: Az ipari infravörös hőmérő az objektum felületi hőmérsékletét méri, optikai érzékelője energiát sugároz, visszaver és továbbít, majd az energiát a szonda összegyűjti és fókuszálja, majd az információt leolvasássá alakítja. megjelenítés más áramkörökkel A gépen az ezzel a géppel felszerelt lézerfény hatékonyabban irányítja a mért tárgyat és javítja a mérési pontosságot.
(3) Infravörös hőmérők állattenyésztéshez: Az állatok érintés nélküli infravörös hőmérői a Planck-elven alapulnak, az állati testfelület meghatározott részeinek testfelszíni hőmérsékletének pontos mérésével, valamint a testfelszín és a testfelület hőmérséklete közötti hőmérséklet-különbség korrekciójával. a tényleges hőmérséklet. Pontosan tudja megjeleníteni az állat egyéni testhőmérsékletét.
A hullámhossz-tartomány meghatározása: A célanyag emissziós képessége és felületi tulajdonságai határozzák meg a pirométer spektrális válaszát vagy hullámhosszát. A nagy fényvisszaverő képességű ötvözetanyagok esetében alacsony vagy változó az emissziós tényező. A magas hőmérsékletű területen a fémanyagok mérésére a legjobb hullámhossz a közeli infravörös, és a {{0}}.18-1.0μm hullámhossz választható. A többi hőmérsékleti zóna 1,6 μm, 2,2 μm és 3,9 μm hullámhosszt választhat. Mivel egyes anyagok egy bizonyos hullámhosszon átlátszóak, az infravörös energia áthatol ezeken az anyagokon, és ehhez az anyaghoz speciális hullámhosszt kell kiválasztani. Például az üveg belső hőmérsékletének mérésére a 10 μm, 2,2 μm és 3,9 μm hullámhosszokat használják (a vizsgálandó üvegnek nagyon vastagnak kell lennie, különben átmegy); az 5,0 μm-es hullámhossz az üveg belső hőmérsékletének mérésére szolgál; ; Egy másik példa a 3,43 μm hullámhosszú polietilén műanyag fólia és a 4,3 μm vagy 7,9 μm hullámhosszú poliészter mérése.
Határozza meg a válaszidőt: A válaszidő az infravörös hőmérő reakciósebességét mutatja a mért hőmérséklet-változásra, amelyet úgy definiálunk, mint azt az időt, amely a végső leolvasási energia 95 százalékának eléréséhez szükséges, és ez a mért időállandóhoz kapcsolódik. fotodetektor, jelfeldolgozó áramkör és kijelzőrendszer. Az új infravörös hőmérő válaszideje elérheti az 1 ms-t. Ez sokkal gyorsabb, mint az érintkezési hőmérséklet mérési módszere. Ha a céltárgy mozgási sebessége nagyon gyors, vagy gyorsan melegedő célpont mérésekor gyors reagálású infrahőmérőt kell választani, ellenkező esetben a megfelelő jelválasz nem érhető el, a mérési pontosság csökken. Azonban nem minden alkalmazáshoz van szükség gyors reagálású infravörös hőmérőre. Statikus vagy céltermikus folyamatoknál, ahol termikus tehetetlenség van, a pirométer válaszideje lazítható. Ezért az infravörös hőmérő válaszidejének megválasztását a mért célpont helyzetéhez kell igazítani.
Az optikai felbontást a D:S arány határozza meg, amely a pirométer és a céltárgy közötti D távolság és a mérési pont S átmérőjének aránya. Ha a hőmérőt a környezeti viszonyok miatt a céltól távol kell elhelyezni, és kis célpontot kell mérni, akkor nagy optikai felbontású hőmérőt kell választani. Minél nagyobb az optikai felbontás, azaz a D:S arány növelése, annál magasabb a pirométer költsége.
A hullámhossz-tartomány meghatározása: A célanyag emissziós képessége és felületi tulajdonságai határozzák meg a pirométer spektrális válaszát vagy hullámhosszát. A nagy fényvisszaverő képességű ötvözetanyagok esetében alacsony vagy változó az emissziós tényező. A magas hőmérsékletű területen a fémanyagok mérésére a legjobb hullámhossz a közeli infravörös, és a {{0}}.18-1.{{10}}μm hullámhossz a közeli infravörös kiválasztott. A többi hőmérsékleti zóna 1,6 μm, 2,2 μm és 3,9 μm hullámhosszt választhat. Mivel egyes anyagok egy bizonyos hullámhosszon átlátszóak, az infravörös energia áthatol ezeken az anyagokon, és ehhez az anyaghoz speciális hullámhosszt kell kiválasztani. Például az üveg belső hőmérsékletének mérésére az 1,0 μm, 2,2 μm és 3,9 μm hullámhosszokat használják (a vizsgálandó üvegnek nagyon vastagnak kell lennie, különben átmegy); az 5,0 μm-es hullámhossz az üveg belső hőmérsékletének mérésére szolgál; a 8-14 μm hullámhosszt alacsony méréshez használjuk. Célszerű; egy másik példa a 3,43 μm hullámhossz mérése polietilén műanyag fólia, és a 4,3 μm vagy 7,9 μm hullámhossz poliészter esetében.
Határozza meg a válaszidőt: A válaszidő az infravörös hőmérő reakciósebességét mutatja a mért hőmérséklet-változásra, amelyet úgy definiálunk, mint azt az időt, amely a végső leolvasási energia 95 százalékának eléréséhez szükséges, és ez a mért időállandóhoz kapcsolódik. fotodetektor, jelfeldolgozó áramkör és kijelzőrendszer. A Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM márkájú infravörös hőmérő válaszideje elérheti az 1 ms-t. Ez sokkal gyorsabb, mint az érintkezési hőmérséklet mérési módszerei. Ha a céltárgy mozgási sebessége nagyon gyors, vagy gyorsan melegedő célpont mérésekor gyors reagálású infrahőmérőt kell választani, ellenkező esetben a megfelelő jelválasz nem érhető el, a mérési pontosság csökken. Azonban nem minden alkalmazáshoz van szükség gyors reagálású infravörös hőmérőre. Statikus vagy céltermikus folyamatoknál, ahol termikus tehetetlenség van, a pirométer válaszideje lazítható. Ezért az infravörös hőmérő válaszidejének megválasztását a mért célpont helyzetéhez kell igazítani.
Jelfeldolgozási funkció: A diszkrét folyamatok (például alkatrészgyártás) mérése eltér a folyamatos folyamatoktól, ezért az infravörös hőmérőknek jelfeldolgozó funkcióval kell rendelkezniük (például csúcstartás, völgytartás, átlagérték). Például a szállítószalagon az üveg hőmérsékletének mérésekor a csúcsértéket kell használni a tartáshoz, és a hőmérsékletének kimeneti jele a vezérlőhöz kerül.
Környezeti feltételek figyelembe vétele: A hőmérő környezeti feltételei nagymértékben befolyásolják a mérési eredményeket, amit figyelembe kell venni és megfelelően megoldani, ellenkező esetben befolyásolja a hőmérséklet mérési pontosságát, sőt a hőmérő károsodását is okozhatja. Ha a környezeti hőmérséklet túl magas, és por, füst és gőz van, választhat a gyártó által biztosított védőburkolat, vízhűtés, léghűtés, légfúvó és egyéb tartozékok közül. Ezek a tartozékok hatékonyan kezelik a környezeti hatásokat, és megvédik a hőmérőt a pontos hőmérsékletmérés érdekében. A tartozékok megadásakor a lehető legnagyobb mértékben szabványosító szolgáltatást kell kérni a telepítési költségek csökkentése érdekében. Ha a füst, por vagy egyéb részecskék csökkentik a mérési energiajelet, a kétszínű hőmérő a legjobb választás. Zaj, elektromágneses tér, vibráció vagy nehezen megközelíthető környezeti viszonyok, illetve egyéb zord körülmények esetén a száloptikás kétszínű hőmérő a legjobb választás.
Zárt vagy veszélyes anyagokkal, például tartályokkal vagy vákuumkamrákkal végzett alkalmazásoknál a pirométer ablakon keresztül néz. Az anyagnak elég erősnek kell lennie, és át kell haladnia a használt pirométer működési hullámhossz-tartományán. Azt is határozza meg, hogy a kezelőnek az ablakon keresztül is kell-e megfigyelnie, ezért válassza ki a megfelelő beépítési helyet és az ablakanyagot, hogy elkerülje a kölcsönös befolyásolást. Alacsony hőmérsékletű mérési alkalmazásoknál általában Ge vagy Si anyagokat használnak ablakként, amelyek átlátszatlanok a látható fényre, és az emberi szem nem tudja megfigyelni a célt az ablakon keresztül. Ha a kezelőnek át kell haladnia az ablakon, akkor olyan optikai anyagot kell használni, amely infravörös sugárzást és látható fényt is átereszt. Például ablakanyagként olyan optikai anyagot kell használni, amely infravörös sugárzást és látható fényt is átereszt, mint például a ZnSe vagy a BaF2.
Egyszerű kezelés és könnyű használat: Az infravörös hőmérőknek intuitívnak, könnyen kezelhetőnek és a kezelők számára könnyen használhatónak kell lenniük. Közülük a hordozható infravörös hőmérők kicsik, könnyűek, és az emberek maguknál hordják, amelyek integrálják a hőmérséklet mérését és a kijelző kimenetét. A hőmérsékletmérő műszerek képesek megjeleníteni a hőmérsékletet, és különböző hőmérsékleti információkat bocsátanak ki a kijelzőpanelen, és egyesek távirányítóval vagy számítógépes szoftverrel is működtethetők.
Kíméletlen és bonyolult környezeti feltételek esetén külön hőmérsékletmérő fejjel és kijelzővel rendelkező rendszer választható az egyszerű telepítés és konfigurálás érdekében. Kiválasztható az aktuális vezérlőberendezésnek megfelelő jelkimeneti forma. Az infravörös hőmérő kalibrálása: az infravörös hőmérőt úgy kell kalibrálni, hogy helyesen tudja megjeleníteni a mért célpont hőmérsékletét. Ha a használt hőmérő hőmérséklet-mérése használat közben túllépi a tűréshatárt, azt vissza kell küldeni a gyártóhoz vagy a javítóközponthoz újrakalibrálás céljából.
