Infraraudonosios termometrijos teoriniai principai ir infraraudonosios termometrijos taikymai
Yra daug būdų, kaip matuoti temperatūrą. Termometrus galima suskirstyti į dvi kategorijas: kontaktinės temperatūros matavimo prietaisus ir nekontaktinius temperatūros matavimo prietaisus. Kontaktiniai tipai apima žinomus skysčių termometrus, termoporinius termometrus, varžinius termometrus ir kt. Kaip visi žinome, temperatūra yra vienas iš svarbiausių parametrų šildymo, dujų tiekimo, vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemose. Ypač šiluminio matavimo procese temperatūros tikslumas dažnai yra raktas į eksperimento sėkmę ar nesėkmę. Todėl inžinerijoje būtinas aukštos temperatūros matavimo prietaisas. Todėl šiame straipsnyje bus pristatyti infraraudonųjų spindulių termometrų principai ir pritaikymas tarp temperatūros matavimo priemonių.
Teorinis infraraudonųjų spindulių temperatūros matavimo principas:
Gamtoje, kai objekto temperatūra yra aukštesnė už nulį, dėl vidinio šiluminio judėjimo jis nuolat skleis elektromagnetines bangas į aplinką, įskaitant infraraudonuosius spindulius, kurių bangų ilgių diapazonas yra 0,75 µm–100 µm. . Jo charakteristika yra ta, kad esant tam tikrai temperatūrai ir bangos ilgiui, objekto skleidžiama spinduliavimo energija turi didelę vertę. Ši medžiaga vadinama juodu kūnu, o jos atspindžio koeficientas nustatytas į 1. Kitų medžiagų atspindžio koeficientas yra mažesnis nei 1, kuris vadinamas juodu kūnu. Pilkas kūnas, nes ryšys tarp juodojo kūno spektrinės spinduliuotės galios P (λT) ir temperatūros T atitinka Planko dėsnį. Tai rodo, kad esant temperatūrai T juodo kūno spinduliavimo galia ploto vienetui esant bangos ilgiui λ yra P(λT).
Kylant temperatūrai, objekto spinduliavimo energija stiprėja. Tai yra infraraudonosios spinduliuotės teorijos atskaitos taškas ir vienos juostos infraraudonųjų spindulių termometrų projektavimo pagrindas.
Kylant temperatūrai, spinduliuotės pikas pasislenka trumpųjų bangų kryptimi (į kairę) ir tenkina Wieno poslinkio teoremą. Bangos ilgis smailėje yra atvirkščiai proporcingas temperatūrai T, o punktyrinė linija yra smailes jungianti linija. Ši formulė mums parodo, kodėl aukštos temperatūros termometrai dažniausiai veikia esant trumpoms bangoms, o žemos temperatūros termometrai dažniausiai veikia esant ilgoms bangoms.
Spinduliuojamos energijos kitimo greitis esant temperatūrai yra didesnis esant trumpiems bangos ilgiams nei esant ilgiems bangos ilgiams. Tai reiškia, kad termometrai, dirbantys esant trumpiems bangų ilgiams, turi santykinai aukštą signalo ir triukšmo santykį (didelį jautrumą) ir stiprią anti-interferenciją. Termometras turėtų stengtis dirbti didžiausiu bangos ilgiu. Tai ypač svarbu mažų žemos temperatūros taikinių atveju.
Infraraudonųjų spindulių termometrą sudaro optinė sistema, fotoelektrinis detektorius, signalo stiprintuvas, signalo apdorojimas, ekrano išvestis ir kitos dalys. Matuojamo objekto ir grįžtamojo ryšio šaltinio spinduliuotę moduliuoja moduliatorius, o tada įvedama į infraraudonųjų spindulių detektorių. Skirtumą tarp dviejų signalų sustiprina atvirkštinis stiprintuvas ir reguliuoja grįžtamojo ryšio šaltinio temperatūrą taip, kad grįžtamojo ryšio šaltinio spektrinis spinduliavimas būtų toks pat kaip objekto spektrinis spinduliavimas. Ekrane rodoma matuojamo objekto ryškumo temperatūra
