Analisi sull'applicazione moderna della tecnologia del termometro a infrarossi
Il principio di misurazione della temperatura del termometro a infrarossi consiste nel convertire l'energia radiante a infrarossi emessa dall'oggetto in un segnale elettrico. La dimensione dell'energia radiante infrarossa corrisponde alla temperatura dell'oggetto stesso. In base alla dimensione del segnale elettrico convertito, è possibile determinare la temperatura dell'oggetto. La tecnologia di misurazione della temperatura a infrarossi è stata sviluppata per scansionare e misurare la temperatura della superficie con variazioni termiche, determinare la sua immagine di distribuzione della temperatura e rilevare rapidamente differenze di temperatura nascoste. Questa è la termocamera a infrarossi. Le termocamere a infrarossi sono state utilizzate per la prima volta nell'esercito. Nel 2019, TI Corporation degli Stati Uniti ha sviluppato il primo sistema di ricognizione a scansione a infrarossi al mondo. Successivamente, la tecnologia di imaging termico a infrarossi è stata successivamente utilizzata su aerei, carri armati, navi da guerra e altre armi nei paesi occidentali, come sistema di avvistamento termico per bersagli da ricognizione, migliora notevolmente la capacità di cercare e colpire bersagli. La termocamera a infrarossi prodotta dalla società svedese AGA occupa una posizione di leadership nella tecnologia civile.
Il termometro a infrarossi è composto da sistema ottico, rilevatore fotoelettrico, amplificatore di segnale, elaborazione del segnale, uscita display e altre parti. Il sistema ottico raccoglie l'energia della radiazione infrarossa bersaglio nel suo campo visivo e la dimensione del campo visivo è determinata dalle parti ottiche del termometro e dalla sua posizione. L'energia infrarossa viene focalizzata su un fotorilevatore e convertita in un corrispondente segnale elettrico. Il segnale passa attraverso l'amplificatore e il circuito di elaborazione del segnale e viene convertito nel valore di temperatura del target misurato dopo essere stato corretto secondo l'algoritmo del trattamento interno dello strumento e l'emissività del target.
In natura, tutti gli oggetti con una temperatura superiore allo zero assoluto emettono costantemente energia di radiazione infrarossa nello spazio circostante. La dimensione dell'energia della radiazione infrarossa di un oggetto e la sua distribuzione secondo la lunghezza d'onda hanno una relazione molto stretta con la sua temperatura superficiale. Pertanto, misurando l'energia infrarossa irradiata dall'oggetto stesso, è possibile determinare con precisione la sua temperatura superficiale, che è la base oggettiva per la misurazione della temperatura della radiazione infrarossa.
Un corpo nero è un radiatore idealizzato, che assorbe tutte le lunghezze d'onda dell'energia della radiazione, non ha riflessione o trasmissione di energia e ha un'emissività di 1 sulla sua superficie. Tuttavia, gli oggetti pratici in natura non sono quasi corpi neri. Per chiarire e ottenere la distribuzione della radiazione infrarossa, è necessario selezionare un modello appropriato nella ricerca teorica. Questo è il modello dell'oscillatore quantizzato della radiazione della cavità corporea proposto da Planck, Derivò così la legge della radiazione del corpo nero di Planck, cioè la radianza spettrale del corpo nero espressa dalla lunghezza d'onda, che è il punto di partenza di tutte le teorie sulla radiazione infrarossa, quindi è detta legge della radiazione del corpo nero. La quantità di radiazione di tutti gli oggetti reali dipende non solo dalla lunghezza d'onda della radiazione e dalla temperatura dell'oggetto, ma anche dal tipo di materiale che costituisce l'oggetto, dal metodo di preparazione, dal processo termico, dallo stato della superficie e dalle condizioni ambientali.
La misurazione della temperatura a infrarossi adotta un metodo di analisi punto per punto, ovvero la radiazione termica di un'area locale dell'oggetto viene focalizzata su un singolo rilevatore e la potenza della radiazione viene convertita in temperatura attraverso l'emissività dell'oggetto noto . A causa dei diversi oggetti rilevati, intervalli di misurazione e occasioni di utilizzo, il design dell'aspetto e la struttura interna dei termometri a infrarossi sono diversi, ma la struttura di base è generalmente simile, includendo principalmente sistema ottico, fotorilevatore, amplificatore di segnale ed elaborazione del segnale, uscita del display e altro parti. Radiazione infrarossa emessa da un radiatore. Entrando nel sistema ottico, la radiazione infrarossa viene modulata in radiazione alternata dal modulatore e convertita in un corrispondente segnale elettrico dal rilevatore. Il segnale passa attraverso l'amplificatore e il circuito di elaborazione del segnale e viene convertito nel valore di temperatura del target misurato dopo essere stato corretto in base all'algoritmo nello strumento e all'emissività del target.
Tre categorie di termometri a infrarossi:
(1) Termometro a infrarossi per uso umano: il termometro a infrarossi di tipo frontale è un termometro che utilizza il principio della ricezione a infrarossi per misurare il corpo umano. Quando è in uso, devi solo allineare comodamente la finestra di rilevamento con la fronte e puoi misurare la temperatura corporea in modo rapido e preciso.
(2) Termometro a infrarossi industriale: il termometro a infrarossi industriale misura la temperatura superficiale dell'oggetto e il suo sensore ottico irradia, riflette e trasmette energia, quindi l'energia viene raccolta e focalizzata dalla sonda, quindi le informazioni vengono convertite in lettura display da altri circuiti Sulla macchina, la luce laser dotata di questa macchina è più efficace nel mirare all'oggetto misurato e nel migliorare la precisione della misurazione.
(3) Termometri a infrarossi per l'allevamento di animali: i termometri a infrarossi senza contatto per animali si basano sul principio di Planck, misurando accuratamente la temperatura della superficie corporea di parti specifiche della superficie del corpo dell'animale e correggendo la differenza di temperatura tra la temperatura della superficie corporea e la temperatura effettiva. Può visualizzare con precisione la temperatura corporea individuale dell'animale.
Determinazione dell'intervallo di lunghezze d'onda: l'emissività e le proprietà della superficie del materiale target determinano la risposta spettrale o la lunghezza d'onda del pirometro. Per i materiali in lega ad alta riflettività, vi è un'emissività bassa o variabile. Nell'area ad alta temperatura, la lunghezza d'onda migliore per misurare i materiali metallici è il vicino infrarosso e si può selezionare la lunghezza d'onda di {{0}}.18-1.0μm. Altre zone di temperatura possono scegliere lunghezze d'onda di 1,6 μm, 2,2 μm e 3,9 μm. Poiché alcuni materiali sono trasparenti a una certa lunghezza d'onda, l'energia infrarossa penetrerà in questi materiali e per questo materiale dovrebbe essere selezionata una lunghezza d'onda speciale. Ad esempio, le lunghezze d'onda di 10 μm, 2,2 μm e 3,9 μm servono per misurare la temperatura interna del vetro (il vetro da testare deve essere molto spesso, altrimenti passerà); la lunghezza d'onda di 5,0 μm serve per misurare la temperatura interna del vetro; ; Un altro esempio è misurare film plastico in polietilene con una lunghezza d'onda di 3,43 μm e poliestere con una lunghezza d'onda di 4,3 μm o 7,9 μm.
Determinare il tempo di risposta: il tempo di risposta indica la velocità di reazione del termometro a infrarossi alla variazione di temperatura misurata, definita come il tempo necessario per raggiungere il 95 percento dell'energia della lettura finale, che è correlata alla costante di tempo del fotorilevatore, circuito di elaborazione del segnale e sistema di visualizzazione. Il tempo di risposta del nuovo termometro a infrarossi può raggiungere 1 ms. Questo è molto più veloce del metodo di misurazione della temperatura a contatto. Se la velocità di movimento del bersaglio è molto elevata o quando si misura un bersaglio che si riscalda rapidamente, è necessario selezionare un termometro a infrarossi a risposta rapida, altrimenti non si otterrà una risposta del segnale sufficiente e la precisione della misurazione sarà ridotta. Tuttavia, non tutte le applicazioni richiedono un termometro a infrarossi a risposta rapida. Per processi termici statici o target in cui esiste inerzia termica, il tempo di risposta del pirometro può essere ridotto. Pertanto, la scelta del tempo di risposta del termometro a infrarossi dovrebbe essere adattata alla situazione del target misurato.
La risoluzione ottica è determinata dal rapporto D su S, che è il rapporto tra la distanza D tra il pirometro e il bersaglio e il diametro S del punto di misurazione. Se il termometro deve essere installato lontano dal target a causa delle condizioni ambientali e deve essere misurato un target piccolo, è necessario selezionare un termometro con un'elevata risoluzione ottica. Maggiore è la risoluzione ottica, cioè aumentando il rapporto D:S, maggiore è il costo del pirometro.
Determinazione dell'intervallo di lunghezze d'onda: l'emissività e le proprietà della superficie del materiale target determinano la risposta spettrale o la lunghezza d'onda del pirometro. Per i materiali in lega ad alta riflettività, vi è un'emissività bassa o variabile. Nell'area ad alta temperatura, la migliore lunghezza d'onda per misurare i materiali metallici è il vicino infrarosso e la lunghezza d'onda di {{0}}.18-1.{{10}}μm può essere selezionato. Altre zone di temperatura possono scegliere lunghezze d'onda di 1,6 μm, 2,2 μm e 3,9 μm. Poiché alcuni materiali sono trasparenti a una certa lunghezza d'onda, l'energia infrarossa penetrerà in questi materiali e per questo materiale dovrebbe essere selezionata una lunghezza d'onda speciale. Ad esempio, le lunghezze d'onda di 1,0 μm, 2,2 μm e 3,9 μm servono per misurare la temperatura interna del vetro (il vetro da testare deve essere molto spesso, altrimenti passerà); la lunghezza d'onda di 5,0 μm viene utilizzata per misurare la temperatura interna del vetro; la lunghezza d'onda di 8-14 μm è utilizzata per misure basse Si consiglia; un altro esempio è misurare la lunghezza d'onda di 3,43 μm per il film plastico in polietilene e la lunghezza d'onda di 4,3 μm o 7,9 μm per il poliestere.
Determinare il tempo di risposta: il tempo di risposta indica la velocità di reazione del termometro a infrarossi alla variazione di temperatura misurata, definita come il tempo necessario per raggiungere il 95 percento dell'energia della lettura finale, che è correlata alla costante di tempo del fotorilevatore, circuito di elaborazione del segnale e sistema di visualizzazione. Il tempo di risposta del termometro a infrarossi di marca Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM può raggiungere 1 ms. Questo è molto più veloce dei metodi di misurazione della temperatura a contatto. Se la velocità di movimento del bersaglio è molto elevata o quando si misura un bersaglio che si riscalda rapidamente, è necessario selezionare un termometro a infrarossi a risposta rapida, altrimenti non si otterrà una risposta del segnale sufficiente e la precisione della misurazione sarà ridotta. Tuttavia, non tutte le applicazioni richiedono un termometro a infrarossi a risposta rapida. Per processi termici statici o target in cui esiste inerzia termica, il tempo di risposta del pirometro può essere ridotto. Pertanto, la scelta del tempo di risposta del termometro a infrarossi dovrebbe essere adattata alla situazione del target misurato.
Funzione di elaborazione del segnale: la misurazione di processi discreti (come la produzione di parti) è diversa dai processi continui, poiché richiede che i termometri a infrarossi abbiano funzioni di elaborazione del segnale (come mantenimento del picco, mantenimento della valle, valore medio). Ad esempio, quando si misura la temperatura del vetro sul nastro trasportatore, è necessario utilizzare il valore di picco da mantenere e il segnale di uscita della sua temperatura viene inviato al controller.
Considerazione delle condizioni ambientali: le condizioni ambientali del termometro hanno una grande influenza sui risultati della misurazione, che dovrebbero essere considerati e adeguatamente risolti, altrimenti influiranno sulla precisione della misurazione della temperatura e causeranno persino danni al termometro. Quando la temperatura ambiente è troppo elevata e sono presenti polvere, fumo e vapore, è possibile scegliere la copertura protettiva, il raffreddamento ad acqua, il sistema di raffreddamento ad aria, il soffiatore d'aria e altri accessori forniti dal produttore. Questi accessori possono affrontare efficacemente le influenze ambientali e proteggere il termometro per una misurazione accurata della temperatura. Quando si specificano gli accessori, è necessario richiedere il più possibile un servizio di standardizzazione per ridurre i costi di installazione. Quando fumo, polvere o altre particelle riducono il segnale di energia di misurazione, un termometro a due colori è la scelta migliore. In presenza di rumore, campo elettromagnetico, vibrazioni o condizioni ambientali inaccessibili o altre condizioni difficili, il termometro bicolore in fibra ottica è la scelta migliore.
Nelle applicazioni con materiali sigillati o pericolosi come contenitori o camere a vuoto, il pirometro è visibile attraverso una finestra. Il materiale deve essere sufficientemente resistente e passare attraverso l'intervallo di lunghezze d'onda operative del pirometro utilizzato. Determinare inoltre se anche l'operatore deve osservare attraverso la finestra, quindi scegliere la posizione di installazione e il materiale della finestra appropriati per evitare influenze reciproche. Nelle applicazioni di misurazione a bassa temperatura, i materiali Ge o Si vengono solitamente utilizzati come finestre, che sono opache alla luce visibile e l'occhio umano non può osservare il bersaglio attraverso la finestra. Se l'operatore deve passare attraverso il bersaglio della finestra, deve essere utilizzato un materiale ottico che trasmetta sia la radiazione infrarossa che la luce visibile. Ad esempio, come materiale della finestra dovrebbe essere utilizzato un materiale ottico che trasmette sia la radiazione infrarossa che la luce visibile, come ZnSe o BaF2.
Funzionamento semplice e facile utilizzo: i termometri a infrarossi devono essere intuitivi, facili da usare e facili da utilizzare da parte degli operatori. Tra questi, i termometri a infrarossi portatili sono piccoli, leggeri e trasportati da persone che integrano la misurazione della temperatura e l'output del display. Gli strumenti di misurazione della temperatura possono visualizzare la temperatura e fornire varie informazioni sulla temperatura sul pannello del display e alcuni possono essere azionati tramite telecomando o programma software per computer.
In caso di condizioni ambientali difficili e complicate, è possibile selezionare un sistema con testina di misurazione della temperatura separata e display per una facile installazione e configurazione. È possibile selezionare la forma di uscita del segnale corrispondente all'apparecchiatura di controllo corrente. Calibrazione del termometro a radiazione infrarossa: il termometro a infrarossi deve essere calibrato in modo che possa visualizzare correttamente la temperatura del target misurato. Se la misurazione della temperatura del termometro utilizzato è fuori tolleranza durante l'uso, deve essere restituito al produttore o al centro di riparazione per la ricalibrazione.
