Principi teorici della termometria all'infrarosso e applicazioni della termometria all'infrarosso
Esistono molti modi per misurare la temperatura. I termometri possono essere suddivisi in due categorie: strumenti di misurazione della temperatura a contatto e strumenti di misurazione della temperatura senza contatto. I tipi di contatto includono i comuni termometri a liquido, termometri a termocoppia, termometri a resistenza, ecc. Come tutti sappiamo, la temperatura è uno dei parametri più importanti nei sistemi di riscaldamento, fornitura di gas, ventilazione e condizionamento dell'aria. Soprattutto nel processo di misurazione termica, la precisione della temperatura è spesso la chiave per determinare il successo o il fallimento dell'esperimento. Pertanto, uno strumento di misura ad alta temperatura è essenziale in ingegneria. Pertanto, questo articolo introdurrà i principi e le applicazioni dei termometri a infrarossi tra gli strumenti di misurazione della temperatura.
Il principio teorico della misurazione della temperatura a infrarossi:
In natura, quando la temperatura di un oggetto è superiore a zero, a causa del movimento termico interno, irradierà continuamente onde elettromagnetiche nell'ambiente circostante, inclusi raggi infrarossi con un intervallo di lunghezze d'onda di 0,75 µm~100 µm . La sua caratteristica è che, ad una data temperatura e lunghezza d'onda, l'energia radiante emessa da un oggetto ha un valore elevato. Questo materiale è chiamato corpo nero e il suo coefficiente di riflessione è impostato su 1. Il coefficiente di riflessione di altri materiali è inferiore a 1, quindi è chiamato corpo nero. Corpo grigio, perché il rapporto tra il potere di radiazione spettrale P (λT) del corpo nero e la temperatura T soddisfa la legge di Planck. Mostra che alla temperatura T, il potere radiante del corpo nero per unità di area alla lunghezza d'onda λ è P(λT).
All'aumentare della temperatura, l'energia radiante dell'oggetto diventa più forte. Questo è il punto di partenza della teoria della radiazione infrarossa e la base per la progettazione di termometri a infrarossi a banda singola.
All'aumentare della temperatura, il picco della radiazione si sposta nella direzione delle onde corte (a sinistra) e soddisfa il teorema dello spostamento di Wien. La lunghezza d'onda al picco è inversamente proporzionale alla temperatura T, e la linea tratteggiata è la linea che collega i picchi. Questa formula ci spiega perché i termometri ad alta temperatura funzionano principalmente a onde corte e i termometri a bassa temperatura funzionano principalmente a onde lunghe.
La velocità di variazione dell'energia irradiata con la temperatura è maggiore alle lunghezze d'onda corte che a quelle lunghe. Cioè, i termometri che funzionano a lunghezze d'onda corte hanno un rapporto segnale-rumore relativamente alto (alta sensibilità) e una forte anti-interferenza. Il termometro dovrebbe cercare di funzionare alla lunghezza d'onda di picco. Ciò è particolarmente importante nel caso di piccoli obiettivi a bassa temperatura.
Il termometro a infrarossi è costituito da sistema ottico, rilevatore fotoelettrico, amplificatore di segnale, elaborazione del segnale, uscita display e altre parti. La radiazione proveniente dall'oggetto misurato e dalla sorgente di feedback viene modulata dal modulatore e quindi immessa nel rilevatore a infrarossi. La differenza tra i due segnali viene amplificata dall'amplificatore inverso e controlla la temperatura della sorgente di feedback in modo che la radianza spettrale della sorgente di feedback sia uguale alla radianza spettrale dell'oggetto. Il display indica la temperatura di luminosità dell'oggetto da misurare
