Infraraudonųjų spindulių termometro teorinis principas ir taikymas
Yra daug būdų, kaip matuoti temperatūrą. Termometrus galima suskirstyti į du tipus: kontaktinius temperatūros matavimo prietaisus ir nekontaktinius temperatūros matavimo prietaisus. Kontaktinis tipas apima pažįstamą skysčio termometrą, termoporos termometrą ir šiluminės varžos termometrą ir kt. Kaip visi žinome, temperatūra yra vienas iš svarbiausių parametrų šildymo, dujų tiekimo, vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemose. Ypač šiluminės inžinerijos matavimo procese temperatūros tikslumas dažnai yra raktas į eksperimento sėkmę ar nesėkmę. Todėl inžinerijoje būtinas didelio tikslumo temperatūros matavimo prietaisas. Todėl šiame straipsnyje pristatomi kai kurie infraraudonųjų spindulių termometrų principai ir pritaikymas temperatūros matavimo priemonėse.
Teorinis infraraudonųjų spindulių temperatūros matavimo principas:
Gamtoje, kai objekto temperatūra yra aukštesnė už absoliutųjį nulį, dėl vidinio šiluminio judėjimo jis nuolat skleis elektromagnetines bangas į aplinką, įskaitant infraraudonuosius spindulius, kurių bangų diapazonas yra 0,75 µm~ 100 µm. Jo charakteristika yra ta, kad esant tam tikrai temperatūrai ir bangos ilgiui, objekto skleidžiama spinduliavimo energija turi didžiausią vertę. Tokia medžiaga vadinama juodu kūnu, o jos atspindžio koeficientas nustatytas į 1. Kitų medžiagų atspindžio koeficientas yra mažesnis nei 1, vadinamas Tai pilkas kūnas, nes juodo kūno spektrinė spinduliuotės galia P(λT). o maksimali temperatūra T tenkina Plancko nustatymą. Tai rodo, kad esant maksimaliai temperatūrai T, juodo kūno spinduliuotės 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 termometro projektavimo pagrindas.
Kylant temperatūrai, spinduliuotės pikas pasislenka trumpųjų bangų kryptimi (į kairę) ir tenkina Wien poslinkio teoremą, bangos ilgis smailėje yra atvirkščiai proporcingas maksimaliai temperatūrai T, o punktyrinė linija yra linija jungiantis viršūnę. Ši formulė mums parodo, kodėl aukštos temperatūros termometrai dažniausiai veikia esant trumpoms bangoms, o žemos temperatūros termometrai dažniausiai veikia esant ilgoms bangoms.
Spinduliavimo energijos kitimo greitis esant temperatūrai yra didesnis esant trumposioms bangoms nei ilgosioms, tai yra, termometras, dirbantis esant trumpajai bangai, turi santykinai aukštą signalo ir triukšmo santykį (didelį jautrumą) ir stiprų. anti-trukdymas. Termometras turėtų pabandyti pasirinkti dirbti didžiausiu bangos ilgiu. Tai ypač svarbu esant žemai temperatūrai ir mažiems taikiniams.
Du: 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. Skirtumas tarp dviejų signalų sustiprinamas antistiprintuvu ir kontroliuoja grįžtamojo ryšio šaltinio temperatūrą, kad grįžtamojo ryšio šaltinio spektrinis spindulys būtų toks pat kaip objekto. Ekrane rodoma išmatuoto objekto ryškumo temperatūra
Veikimo rodikliai ir trijų infraraudonųjų spindulių termometrų pasirinkimas:
Infraraudonųjų spindulių termometrų veikimo rodikliai apima: temperatūros matavimo diapazoną, ekrano skiriamąją gebą, tikslumą, darbo aplinkos temperatūros diapazoną, pakartojamumą, santykinę drėgmę, reakcijos laiką, maitinimo šaltinį, atsako spektrą, dydį, didžiausios vertės ekraną, svorį, spinduliavimo koeficientą ir kt. renkantis:
1. Nustatykite temperatūros matavimo diapazoną: Temperatūros matavimo diapazonas yra svarbiausias termometro veikimo indeksas. Kiekvienas termometro tipas turi savo specifinį temperatūros diapazoną. Todėl vartotojo išmatuotas temperatūros diapazonas turi būti vertinamas tiksliai ir visapusiškai, nei per siauras, nei per platus. Pagal juodojo kūno spinduliuotės dėsnį trumpojo spektro bangos ilgio juostoje temperatūros sukeltas spinduliavimo energijos pokytis viršys spinduliavimo energijos pokytį, kurį sukelia spinduliavimo paklaida.
2 Nustatykite tikslinį dydį: infraraudonųjų spindulių termometrus pagal principą galima suskirstyti į vienos spalvos termometrus ir dviejų spalvų termometrus (radiacinius kolorimetrinius termometrus). Monochromatiniam termometrui, matuojant temperatūrą, matuojamo taikinio plotas turi užpildyti termometro matymo lauką. Rekomenduojama, kad išmatuotas taikinio dydis viršytų 50 procentų matymo lauko. Jei taikinio dydis yra mažesnis už regėjimo lauką, foninės spinduliuotės energija pateks į termometro vaizdinius ir akustinius simbolius ir trukdys temperatūros matavimo rodmenims, sukeldama klaidas. Ir atvirkščiai, jei taikinys yra didesnis nei pirometro matymo laukas, fonas, esantis už matavimo srities, pirometro nepaveiks. Dviejų spalvų pirometro temperatūra nustatoma pagal spinduliavimo energijos santykį dviejose nepriklausomose bangos ilgio juostose. Todėl kai matuojamas taikinys yra mažas, neužpildo matymo lauko, o matavimo kelyje yra dūmų, dulkių ir kliūčių, kurios slopina spinduliuotės energiją, tai neturės didelės įtakos matavimo rezultatams. . Mažiems ir judantiems ar vibruojantiems taikiniams geriausias pasirinkimas yra dviejų spalvų termometras. Taip yra dėl mažo šviesos spindulių skersmens ir jų lankstumo pernešti šviesos spinduliavimo energiją išlenktais, užblokuotais ir sulankstytais kanalais.
3 Nustatykite atstumo koeficientą (optinę skiriamąją gebą): atstumo koeficientas nustatomas pagal D:S santykį, tai yra atstumo D tarp termometro zondo ir taikinio ir išmatuoto taikinio skersmens santykį. Jei dėl aplinkos sąlygų termometras turi būti montuojamas toli nuo taikinio, o matuojamas mažas taikinys, reikia pasirinkti aukštos optinės skiriamosios gebos termometrą. Kuo didesnė optinė skiriamoji geba, ty didinant D:S santykį, tuo didesnė pirometro kaina. Jei termometras yra toli nuo taikinio, o taikinys mažas, reikėtų rinktis termometrą su dideliu atstumo koeficientu. Pirometro su fiksuotu židinio nuotoliu optinės sistemos židinio taškas yra mažiausia taško padėtis, o šalia ir toli nuo židinio taško esanti dėmė padidės. Yra du atstumo veiksniai.
4. Nustatyti bangos ilgių diapazoną: tikslinės medžiagos spinduliuotė ir paviršiaus charakteristikos nustato atitinkamą pirometro spektro bangos ilgį. Didelio atspindžio lydinio medžiagoms yra maža arba kintama spinduliuotė. Aukštos temperatūros srityje metalo medžiagoms matuoti geriausias bangos ilgis yra artimasis infraraudonasis spinduliavimas, galima pasirinkti 0.8-1.0 μm. Kitos temperatūros zonos gali pasirinkti 1,6 μm, 2,2 μm ir 3,9 μm. Kadangi kai kurios medžiagos tam tikru bangos ilgiu yra skaidrios, infraraudonųjų spindulių energija prasiskverbs į šias medžiagas, todėl šiai medžiagai reikia pasirinkti specialų bangos ilgį.
5 Nustatykite atsako trukmę: atsako laikas rodo infraraudonųjų spindulių termometro reakcijos greitį į išmatuotą temperatūros pokytį, kuris apibrėžiamas kaip laikas, reikalingas pasiekti 95 procentus galutinio rodmens energijos, ir yra susijęs su laiko konstanta. susijusių su fotodetektoriumi, signalų apdorojimo grandine ir ekrano sistema. Jei taikinio judėjimo greitis yra labai didelis arba matuojant greitai įkaistantį taikinį, reikia pasirinkti greito atsako infraraudonųjų spindulių termometrą, kitaip nebus pasiektas pakankamas signalo atsakas, o matavimo tikslumas sumažės. Tačiau ne visoms programoms reikalingas greito atsako infraraudonųjų spindulių termometras. Statiniams arba tiksliniams šiluminiams procesams su šilumine inercija pirometro atsako laikas gali būti sumažintas.
6. Signalo apdorojimo funkcija: atsižvelgiant į skirtumą tarp atskiro proceso (pvz., dalių gamybos) ir nepertraukiamo proceso, infraraudonųjų spindulių termometras turi turėti kelias signalo apdorojimo funkcijas (pvz., piko sulaikymas, slėnio laikymas, vidutinė vertė). pasirinkti iš, pvz., temperatūros matavimo ant konvejerio juostos. Priešingu atveju termometras rodo žemesnę temperatūros reikšmę tarp butelių. Jei naudojate didžiausią išlaikymą, nustatykite termometro atsako trukmę šiek tiek ilgiau nei laiko intervalas tarp buteliukų, kad būtų visada matuojamas bent vienas butelis.
7 Aplinkos sąlygų įvertinimas: termometro aplinkos sąlygos turi didelę įtaką matavimo rezultatams, į kurias reikia atsižvelgti ir tinkamai išspręsti, kitaip tai paveiks temperatūros matavimo tikslumą ir netgi sukels žalą. Kai aplinkos temperatūra aukšta ir yra dulkių, dūmų ir garų, galima pasirinkti apsauginį dangtelį, vandens aušinimą, oro aušinimo sistemą, oro valytuvą ir kitus gamintojo pateiktus priedus. Šie priedai gali veiksmingai kovoti su aplinkos poveikiu ir apsaugoti termometrą, kad būtų galima tiksliai išmatuoti temperatūrą. Nurodant priedus, kiek įmanoma reikėtų prašyti standartizavimo paslaugos, kad būtų sumažintos montavimo išlaidos.
8. Infraraudonųjų spindulių termometro kalibravimas: infraraudonųjų spindulių termometras turi būti sukalibruotas taip, kad jis galėtų teisingai parodyti išmatuoto taikinio temperatūrą. Jei naudojamo termometro temperatūros matavimas neatitinka tolerancijos, jį reikia grąžinti gamintojui arba remonto centrui pakartotinai sukalibruoti.
Keturių infraraudonųjų spindulių termometro savybės
1. Bekontaktis matavimas: Nereikia liesti išmatuoto temperatūros lauko vidaus ar paviršiaus, todėl jis netrukdys išmatuoto temperatūros lauko būklei, o pats termometras nebus pažeistas temperatūros lauko.
2. Platus matavimo diapazonas: Kadangi tai yra nekontaktinis temperatūros matavimas, termometras nėra aukštesnės ar žemesnės temperatūros lauke, o veikia esant normaliai temperatūrai arba termometro leidžiamomis sąlygomis. Įprastomis aplinkybėmis jis gali matuoti nuo dešimčių laipsnių iki daugiau nei trijų tūkstančių laipsnių.
3. Greitas temperatūros matavimo greitis: tai yra greitas reakcijos laikas. Kol gaunama taikinio infraraudonoji spinduliuotė, temperatūrą galima nustatyti per trumpą laiką.
4. Didelis tikslumas: infraraudonųjų spindulių temperatūros matavimas nesunaikins paties objekto temperatūros pasiskirstymo, kaip kontaktinės temperatūros matavimas, todėl matavimo tikslumas yra didelis.
5. Didelis jautrumas: kol bus nedidelis objekto temperatūros pokytis, radiacijos energija labai pasikeis, o tai lengva aptikti. Jis gali išmatuoti mažo temperatūros lauko temperatūrą ir
6. Temperatūros pasiskirstymo matavimas ir judančių ar besisukančių objektų temperatūros matavimas. Saugus ir ilgas tarnavimo laikas.
Penkių infraraudonųjų spindulių termometrų trūkumai:
1. Atsparus aplinkos veiksniams (aplinkos temperatūrai, ore esančioms dulkėms ir kt.)
2. Jis turi didelę įtaką šviesaus arba poliruoto metalinio paviršiaus temperatūros rodmenims
3. Apsiribojama tik objekto išorės temperatūros matavimu, nepatogu matuoti temperatūrą objekto viduje ir kai yra kliūčių
Atsargumo priemonės naudojant šešis infraraudonųjų spindulių termometrus:
(1) Bandomojo objekto spinduliuotė turi būti tiksliai nustatyta;
(2) Venkite aukštos temperatūros objektų įtakos supančioje aplinkoje;
(3) Permatomų medžiagų aplinkos temperatūra turi būti žemesnė nei išmatuoto objekto temperatūra;
(4) Termometras turi būti vertikaliai sulygiuotas su matuojamo objekto paviršiumi ir jokiu būdu neturi viršyti 30 laipsnių kampo.
(5) Jis negali būti naudojamas temperatūros matavimui ant šviesių arba poliruotų metalinių paviršių ir negali būti naudojamas temperatūrai matuoti per stiklą;
(6) Teisingai pasirinkite stebėjimo koeficientą, tikslinis skersmuo turi užpildyti matymo lauką;
(7) Jei infraraudonųjų spindulių termometrą staiga veikia 20 laipsnių ar didesnis aplinkos temperatūros skirtumas, matavimo duomenys bus netikslūs, o išmatuota temperatūros vertė bus paimta subalansavus temperatūrą. .
Septyni tobulinimo planai:
Kadangi įprastu infraraudonųjų spindulių termometru galima matuoti tik objekto išorinę temperatūrą, nepatogu matuoti temperatūrą objekto viduje ir kai yra kliūčių, todėl ant aptikimo galvutės galima pridėti optinio pluošto skyrių ir objektyvą. su mažu žiūrėjimo kampu galima įrengti priekiniame gale, kad Matuojamo objekto spinduliavimo energija pereitų per objektyvą į optinio pluošto vidų. Po daugybės atspindžių optiniame pluošte jis perduodamas detektoriui. Kadangi optinis pluoštas gali būti laisvai lenkiamas, spinduliuotė gali būti laisvai sukama, o tai išsprendžia objekto vidinės temperatūros matavimo problemą ir gali išmatuoti temperatūrą tokiose vietose kaip kampai, užblokuoti kliūtimis.
