Az infravörös hőmérő elméleti elve és alkalmazása
A hőmérséklet mérésének számos módja van. A hőmérők két típusra oszthatók: érintkező hőmérsékletmérő műszerek és érintésmentes hőmérsékletmérő műszerek. Az érintkező típushoz tartozik az ismert folyadékhőmérő, hőelemes hőmérő és hőellenállás-hőmérő stb. Mint tudjuk, a hőmérséklet az egyik legfontosabb paraméter a fűtési, gázellátó, szellőztető és légkondicionáló rendszerekben. Különösen a hőtechnikai mérések során gyakran a hőmérséklet pontossága a kulcsa a kísérlet sikerének vagy kudarcának. Ezért a nagy pontosságú hőmérsékletmérő műszer elengedhetetlen a mérnöki munkában. Ezért ez a cikk bemutatja az infravörös hőmérők néhány alapelvét és alkalmazását a hőmérsékletmérő eszközökben.
Az infravörös hőmérsékletmérés elméleti elve:
A természetben, ha egy objektum hőmérséklete magasabb, mint az abszolút nulla, a belső hőmozgás miatt folyamatosan elektromágneses hullámokat sugároz a környezetbe, beleértve az infravörös sugarakat, amelyek hullámsávja 0,75 µm~ 100 µm. Jellemzője, hogy adott hőmérsékleten és hullámhosszon a tárgy által kibocsátott sugárzási energia maximális értékkel rendelkezik. Ezt a fajta anyagot fekete testnek nevezzük, és a visszaverődési együtthatóját 1-re állítjuk. Más anyagok visszaverődési együtthatója 1-nél kisebb, szürke testnek nevezzük, mert a fekete test spektrális sugárzási teljesítménye P(λT) és a maximális T hőmérséklet kielégíti Planck meghatározását. Azt mutatja, hogy a maximális T hőmérsékleten a fekete test egységnyi területre eső sugárzási teljesítménye λ hullámhosszon P(λT).
A hőmérséklet emelkedésével a tárgy sugárzó energiája erősebbé válik. Ez az infravörös sugárzás elméletének kiindulópontja és az egysávos infravörös hőmérő tervezési alapja.
A hőmérséklet emelkedésével a sugárzási csúcs a rövidhullámú irányba (balra) mozdul el, és ez teljesíti a Wien eltolási tételt, a csúcs hullámhossza fordítottan arányos a maximális T hőmérséklettel, és a szaggatott vonal a vonal összeköti a csúcsot. Ez a képlet megmondja, miért működnek a magas hőmérsékletű hőmérők többnyire rövid hullámokon, az alacsony hőmérsékletű hőmérők pedig többnyire hosszú hullámokon.
A sugárzási energia hőmérséklet-változási sebessége a rövidhullámon nagyobb, mint a hosszúhullámon, vagyis a rövidhullámon működő hőmérő viszonylag magas jel-zaj arányú (nagy érzékenységű) és erős. anti-interferencia. A hőmérőnek meg kell próbálnia úgy választani, hogy a csúcs hullámhosszon működjön. Ez különösen alacsony hőmérséklet és kis célpontok esetén különösen fontos.
Kettő: Az infravörös hőmérő optikai rendszerből, fotoelektromos detektorból, jelerősítőből, jelfeldolgozásból, kijelzőkimenetből és egyéb részekből áll. A mért tárgyból és a visszacsatoló forrásból származó sugárzást a modulátor modulálja, majd beviszi az infravörös detektorba. A két jel közötti különbséget az anti-erősítő erősíti és szabályozza a visszacsatoló forrás hőmérsékletét, így a visszacsatoló forrás spektrális sugárzása megegyezik a tárgyéval. A kijelző a mért tárgy fényerősségét mutatja
Teljesítményjelzők és három infravörös hőmérő kiválasztása:
Az infravörös hőmérők teljesítménymutatói a következők: hőmérséklet mérési tartomány, kijelző felbontása, pontosság, munkakörnyezeti hőmérséklet tartomány, ismételhetőség, relatív páratartalom, reakcióidő, tápegység, válaszspektrum, méret, maximális érték kijelzés, tömeg, emissziós tényező stb. kiválasztáskor a következőkre:
1. Határozza meg a hőmérséklet mérési tartományát: A hőmérséklet mérési tartomány a hőmérő legfontosabb teljesítménymutatója. Minden hőmérő típusnak megvan a saját hőmérsékleti tartománya. Ezért a felhasználó által mért hőmérséklet-tartományt pontosan és átfogóan kell figyelembe venni, sem túl szűk, sem túl széles. A fekete test sugárzásának törvénye szerint a spektrum rövid hullámhosszú sávjában a hőmérséklet okozta sugárzási energia változás meghaladja az emissziós hiba okozta sugárzási energia változást.
2 Határozza meg a célméretet: Az infravörös hőmérők az elv szerint egyszínű hőmérőkre és kétszínű hőmérőkre (sugárzási kolorimetriás hőmérőkre) oszthatók. Monokróm hőmérőnél a hőmérséklet mérésénél a mérendő célterületnek ki kell töltenie a hőmérő látóterét. Javasoljuk, hogy a mért célméret meghaladja a látómező 50 százalékát. Ha a cél mérete kisebb, mint a látómező, a háttérsugárzási energia bejut a hőmérő vizuális és akusztikus szimbólumaiba, és zavarja a hőmérsékletmérés leolvasását, ami hibákat okoz. Ezzel szemben, ha a cél nagyobb, mint a pirométer látómezeje, a pirométert nem befolyásolja a mérési területen kívüli háttér. Egy kétszínű pirométer esetében a hőmérsékletet a sugárzási energia aránya határozza meg két független hullámhossz-sávban. Ezért, ha a mérendő cél kicsi, nem tölti ki a látómezőt, és a mérési úton füst, por, akadályok vannak, amelyek csillapítják a sugárzási energiát, az nem lesz jelentős hatással a mérési eredményekre. . Kicsi és mozgó vagy vibráló célpontokhoz a kétszínű hőmérő a legjobb választás. Ez annak köszönhető, hogy a fénysugarak kis átmérőjűek, és rugalmasak a fénysugárzó energia szállítására ívelt, blokkolt és hajtogatott csatornákon.
3 Határozza meg a távolsági együtthatót (optikai felbontás): A távolsági együtthatót a D:S arány határozza meg, vagyis a hőmérő szondája és a céltárgy közötti D távolság és a mért cél átmérője 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. Ha a hőmérő távol van a céltól, és a cél kicsi, akkor nagy távolsági együtthatójú hőmérőt kell választani. Rögzített gyújtótávolságú pirométernél az optikai rendszer fókuszpontja a folt legkisebb pozíciója, és a fókuszponthoz közeli és távoli folt megnő. Két távolsági tényező van.
4. Határozza meg a hullámhossz-tartományt: A célanyag emissziós képessége és felületi jellemzői meghatározzák a pirométer spektrumának megfelelő hullámhosszát. A nagy fényvisszaverő képességű ötvözetanyagok esetében alacsony vagy változó emissziós tényező van. A magas hőmérsékletű területen a fémanyagok mérésére a legjobb hullámhossz a közeli infravörös, és 0.8-1.0 μm választható. A többi hőmérsékleti zóna 1,6 μm, 2,2 μm és 3,9 μm között választható. Mivel egyes anyagok egy bizonyos hullámhosszon átlátszóak, az infravörös energia áthatol ezeken az anyagokon, és ehhez az anyaghoz speciális hullámhosszt kell kiválasztani.
5 Határozza meg a válaszidőt: A válaszidő az infrahőmérő mért hőmérsékletváltozásra adott reakciósebességét mutatja, amely a végső leolvasás energiájának 95 százalékának eléréséhez szükséges idő, és az időállandóhoz kapcsolódik. a fotodetektorral, a jelfeldolgozó áramkörrel és a kijelzőrendszerrel kapcsolatos. 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. Termikus tehetetlenségű statikus vagy céltermikus folyamatok esetén a pirométer válaszideje lazítható.
6. Jelfeldolgozási funkció: Tekintettel a diszkrét folyamat (például alkatrészgyártás) és a folyamatos folyamat közötti különbségre, az infravörös hőmérőnek több jelfeldolgozási funkcióval kell rendelkeznie (például csúcstartás, völgytartás, átlagérték). válasszon, pl. hőmérsékletmérés a szállítószalagon A palack használatakor a csúcsértéket kell használni a tartáshoz, és a hőmérsékletének kimenőjele a vezérlőhöz kerül. Ellenkező esetben a hőmérő alacsonyabb hőmérsékleti értéket mutat a palackok között. Ha csúcstartást használ, állítsa be a hőmérő válaszidejét valamivel hosszabbra, mint a palackok közötti időintervallum, hogy legalább egy palack mindig mérés alatt legyen.
7 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 károkat is okoz. Magas környezeti hőmérséklet és por, füst és gőz esetén a védőburkolat, a vízhűtés, a léghűtő rendszer, a légtisztító és a gyártó által biztosított egyéb tartozékok választhatók. 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.
8. 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, akkor azt vissza kell küldeni a gyártóhoz vagy a javítóközponthoz újrakalibrálás céljából.
A négy infravörös hőmérő jellemzői
1. Érintésmentes mérés: Nem kell hozzáérni a mért hőmérsékleti mező belsejéhez vagy felületéhez, így nem zavarja a mért hőmérsékleti mező állapotát, és magát a hőmérőt sem károsítja a hőmérsékleti mező.
2. Széles mérési tartomány: Mivel érintésmentes hőmérsékletmérésről van szó, a hőmérő nem magasabb vagy alacsonyabb hőmérsékleti mezőben van, hanem normál hőmérsékleten vagy a hőmérő által megengedett körülmények között működik. Normál körülmények között mínusz tíz foktól több mint háromezer fokig mérhet.
3. Gyors hőmérséklet mérési sebesség: azaz gyors válaszidő. Amíg a céltárgy infravörös sugárzása érkezik, a hőmérséklet rövid időn belül rögzíthető.
4. Nagy pontosság: Az infravörös hőmérsékletmérés nem fogja tönkretenni magának az objektumnak a hőmérséklet-eloszlását, mint az érintkezési hőmérsékletmérés, ezért a mérési pontosság magas.
5. Nagy érzékenység: Amíg a tárgy hőmérsékletében kismértékű változás áll be, addig a sugárzási energia nagymértékben megváltozik, ami könnyen észlelhető. Apró hőmérsékletmező hőmérsékletét tudja mérni és
6. Hőmérséklet-eloszlás mérése, mozgó vagy forgó tárgyak hőmérsékletmérése. Biztonságos és hosszú élettartam.
Az öt infravörös hőmérő hátrányai:
1. Sebezhető a környezeti tényezőkkel szemben (környezeti hőmérséklet, levegőben lévő por stb.)
2. Nagy hatással van a fényes vagy polírozott fémfelület hőmérsékleti leolvasására
3. Csak a tárgy külső hőmérsékletének mérésére korlátozódik, kényelmetlen a hőmérséklet mérése a tárgyon belül, és ha akadályok vannak
Óvintézkedések hat infravörös hőmérő használatával kapcsolatban:
(1) A vizsgált tárgy emissziós tényezőjét pontosan meg kell határozni;
(2) Kerülje a magas hőmérsékletű tárgyak befolyását a környező környezetben;
(3) Átlátszó anyagok esetén a környezeti hőmérsékletnek alacsonyabbnak kell lennie, mint a mért tárgy hőmérséklete;
(4) A hőmérőt függőlegesen kell a mérendő tárgy felületéhez igazítani, és a szög semmilyen körülmények között nem haladhatja meg a 30 fokot.
(5) Nem használható fényes vagy polírozott fémfelületeken történő hőmérsékletmérésre, és nem használható üvegen keresztüli hőmérsékletmérésre;
(6) Helyesen válassza ki a követési együtthatót, a célátmérőnek ki kell töltenie a látómezőt;
(7) Ha az infravörös hőmérő hirtelen 20 fokos vagy magasabb környezeti hőmérséklet-különbségnek van kitéve, a mérési adatok pontatlanok lesznek, és a mért hőmérsékleti értéket a hőmérséklet kiegyenlítése után veszik fel. .
Hét fejlesztési terv:
Mivel a hagyományos infravörös hőmérő csak a tárgy külső hőmérsékletének mérésére korlátozódik, kényelmetlen a hőmérséklet mérése a tárgy belsejében és akadályok esetén, ezért optikai szálat lehet hozzáadni az érzékelőfejhez, és egy lencsét kis látószöggel az elülső végére szerelhető, így A mért tárgy sugárzó energiája a lencsén keresztül az optikai szál belsejébe jut. Az optikai szálban való többszöri visszaverődés után az átkerül a detektorba. Mivel az optikai szál szabadon hajlítható, a sugárzás szabadon elfordítható, ami megoldja a tárgy belső hőmérsékletének mérését, és képes mérni az olyan helyek hőmérsékletét, mint például az akadályok által elzárt sarkok.
