Analyse zur modernen Anwendung der Infrarot-Thermometer-Technologie
Das Temperaturmessprinzip des Infrarot-Thermometers besteht darin, die vom Objekt emittierte Infrarot-Strahlungsenergie in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Die Größe der Infrarotstrahlungsenergie entspricht der Temperatur des Objekts selbst. Anhand der Größe des umgewandelten elektrischen Signals kann die Temperatur des Objekts bestimmt werden. Die Infrarot-Temperaturmesstechnologie wurde entwickelt, um die Temperatur der Oberfläche mit thermischen Veränderungen zu scannen und zu messen, ihr Temperaturverteilungsbild zu bestimmen und versteckte Temperaturunterschiede schnell zu erkennen. Dies ist die Infrarot-Wärmebildkamera. Infrarot-Wärmebildkameras wurden erstmals im Militär eingesetzt. Im Jahr 2019 entwickelte die TI Corporation aus den USA das weltweit erste Infrarot-Scanning-Aufklärungssystem. Später wurde die Infrarot-Wärmebildtechnologie in westlichen Ländern sukzessive in Flugzeugen, Panzern, Kriegsschiffen und anderen Waffen eingesetzt. Als thermisches Visiersystem für Aufklärungsziele verbessert sie die Fähigkeit, Ziele zu suchen und zu treffen, erheblich. Die Infrarot-Wärmebildkamera des schwedischen Unternehmens AGA nimmt eine führende Position in der zivilen Technologie ein.
Das Infrarot-Thermometer besteht aus einem optischen System, einem fotoelektrischen Detektor, einem Signalverstärker, einer Signalverarbeitung, einem Anzeigeausgang und anderen Teilen. Das optische System sammelt die Infrarotstrahlungsenergie des Ziels in seinem Sichtfeld, und die Größe des Sichtfelds wird durch die optischen Teile des Thermometers und seine Position bestimmt. Infrarotenergie wird auf einen Fotodetektor fokussiert und in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Das Signal durchläuft den Verstärker und die Signalverarbeitungsschaltung und wird in den Temperaturwert des gemessenen Ziels umgewandelt, nachdem es entsprechend dem Algorithmus der internen Behandlung des Instruments und dem Emissionsgrad des Ziels korrigiert wurde.
In der Natur geben alle Objekte mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt ständig Infrarotstrahlungsenergie an den umgebenden Raum ab. Die Größe der Infrarotstrahlungsenergie eines Objekts und ihre Verteilung nach der Wellenlänge stehen in einem sehr engen Zusammenhang mit seiner Oberflächentemperatur. Daher kann durch die Messung der vom Objekt selbst abgestrahlten Infrarotenergie seine Oberflächentemperatur genau bestimmt werden, was die objektive Grundlage für die Messung der Infrarotstrahlungstemperatur darstellt.
Ein schwarzer Körper ist ein idealisierter Strahler, der alle Wellenlängen der Strahlungsenergie absorbiert, keine Energiereflexion oder -übertragung aufweist und auf seiner Oberfläche einen Emissionsgrad von 1 aufweist. Praktische Objekte in der Natur sind jedoch fast keine schwarzen Körper. Um die Verteilung der Infrarotstrahlung aufzuklären und zu erhalten, muss in der theoretischen Forschung ein geeignetes Modell ausgewählt werden. Dies ist das von Planck vorgeschlagene quantisierte Oszillatormodell der Körperhöhlenstrahlung. Daraus wurde das Gesetz der Schwarzkörperstrahlung von Planck abgeleitet, d nennt man das Gesetz der Schwarzkörperstrahlung. Die Strahlungsmenge aller tatsächlichen Objekte hängt nicht nur von der Strahlungswellenlänge und der Temperatur des Objekts ab, sondern auch von der Art des Materials, aus dem das Objekt besteht, der Herstellungsmethode, dem thermischen Prozess, dem Oberflächenzustand und den Umgebungsbedingungen.
Bei der Infrarot-Temperaturmessung wird eine Punkt-für-Punkt-Analysemethode verwendet, d. h. die Wärmestrahlung eines lokalen Bereichs des Objekts wird auf einen einzelnen Detektor fokussiert und die Strahlungsleistung wird durch den Emissionsgrad des bekannten Objekts in Temperatur umgewandelt . Aufgrund der unterschiedlichen erkannten Objekte, Messbereiche und Verwendungszwecke unterscheiden sich das Erscheinungsbild und die interne Struktur von Infrarot-Thermometern, die Grundstruktur ist jedoch im Allgemeinen ähnlich und umfasst hauptsächlich optisches System, Fotodetektor, Signalverstärker und Signalverarbeitung, Anzeigeausgang und anderes Teile. Von einem Strahler abgegebene Infrarotstrahlung. Beim Eintritt in das optische System wird die Infrarotstrahlung vom Modulator in Wechselstrahlung moduliert und vom Detektor in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Das Signal durchläuft den Verstärker und die Signalverarbeitungsschaltung und wird in den Temperaturwert des gemessenen Ziels umgewandelt, nachdem es entsprechend dem Algorithmus im Instrument und dem Emissionsgrad des Ziels korrigiert wurde.
Drei Kategorien von Infrarot-Thermometern:
(1) Infrarot-Thermometer für den menschlichen Gebrauch: Das Stirn-Infrarot-Thermometer ist ein Thermometer, das das Prinzip des Infrarotempfangs zur Messung des menschlichen Körpers nutzt. Bei der Verwendung müssen Sie lediglich das Erfassungsfenster bequem auf die Stirn ausrichten und können die Körpertemperatur schnell und genau messen.
(2) Industrielles Infrarot-Thermometer: Das industrielle Infrarot-Thermometer misst die Oberflächentemperatur des Objekts, und sein optischer Sensor strahlt, reflektiert und überträgt Energie, und dann wird die Energie von der Sonde gesammelt und fokussiert, und dann werden die Informationen in Messwerte umgewandelt Anzeige durch andere Schaltkreise Auf der Maschine ist das mit dieser Maschine ausgestattete Laserlicht effektiver beim Zielen auf das gemessene Objekt und verbessert die Messgenauigkeit.
(3) Infrarot-Thermometer für die Tierhaltung: Berührungslose Infrarot-Thermometer für Tiere basieren auf dem Planck-Prinzip, indem sie die Körperoberflächentemperatur bestimmter Teile der Körperoberfläche des Tieres genau messen und den Temperaturunterschied zwischen der Körperoberflächentemperatur und korrigieren die tatsächliche Temperatur. Kann die individuelle Körpertemperatur des Tieres genau anzeigen.
Bestimmung des Wellenlängenbereichs: Der Emissionsgrad und die Oberflächeneigenschaften des Zielmaterials bestimmen die spektrale Empfindlichkeit bzw. Wellenlänge des Pyrometers. Bei Legierungsmaterialien mit hohem Reflexionsvermögen ist der Emissionsgrad niedrig oder schwankt. Im Hochtemperaturbereich ist die beste Wellenlänge zur Messung von Metallmaterialien das nahe Infrarot, und die Wellenlänge von {{0}}.18-1.0μm kann ausgewählt werden. Für andere Temperaturzonen stehen Wellenlängen von 1,6 μm, 2,2 μm und 3,9 μm zur Auswahl. Da einige Materialien bei einer bestimmten Wellenlänge transparent sind, dringt Infrarotenergie in diese Materialien ein, und für dieses Material sollte eine spezielle Wellenlänge ausgewählt werden. Zur Messung der Innentemperatur des Glases werden beispielsweise die Wellenlängen 10 µm, 2,2 µm und 3,9 µm verwendet (das zu prüfende Glas muss sehr dick sein, sonst geht es durch); die Wellenlänge von 5,0 μm wird zur Messung der Innentemperatur des Glases verwendet; ; Ein weiteres Beispiel ist die Messung von Polyethylen-Kunststofffolien mit einer Wellenlänge von 3,43 μm und Polyester mit einer Wellenlänge von 4,3 μm oder 7,9 μm.
Bestimmen Sie die Reaktionszeit: Die Reaktionszeit gibt die Reaktionsgeschwindigkeit des Infrarot-Thermometers auf die gemessene Temperaturänderung an. Sie ist definiert als die Zeit, die erforderlich ist, um 95 Prozent der Energie des endgültigen Messwerts zu erreichen, was mit der Zeitkonstante des zusammenhängt Fotodetektor, Signalverarbeitungsschaltung und Anzeigesystem. Die Reaktionszeit des neuen Infrarot-Thermometers kann 1 ms erreichen. Dies ist viel schneller als die Methode der Kontakttemperaturmessung. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Ziels sehr hoch ist oder wenn ein sich schnell erwärmendes Ziel gemessen wird, sollte ein schnell reagierendes Infrarot-Thermometer ausgewählt werden, da sonst keine ausreichende Signalantwort erreicht wird und die Messgenauigkeit verringert wird. Allerdings erfordern nicht alle Anwendungen ein schnell ansprechendes Infrarot-Thermometer. Bei statischen oder gezielten thermischen Prozessen, bei denen thermische Trägheit besteht, kann die Ansprechzeit des Pyrometers verkürzt werden. Daher sollte die Wahl der Ansprechzeit des Infrarot-Thermometers an die Situation des gemessenen Ziels angepasst werden.
Die optische Auflösung wird durch das Verhältnis D zu S bestimmt, das ist das Verhältnis des Abstands D zwischen Pyrometer und Ziel und dem Durchmesser S des Messflecks. Wenn das Thermometer aufgrund der Umgebungsbedingungen weit vom Ziel entfernt installiert werden muss und ein kleines Ziel gemessen werden muss, sollte ein Thermometer mit hoher optischer Auflösung gewählt werden. Je höher die optische Auflösung, also das D:S-Verhältnis, desto höher sind die Kosten des Pyrometers.
Bestimmung des Wellenlängenbereichs: Der Emissionsgrad und die Oberflächeneigenschaften des Zielmaterials bestimmen die spektrale Empfindlichkeit bzw. Wellenlänge des Pyrometers. Bei Legierungsmaterialien mit hohem Reflexionsvermögen ist der Emissionsgrad niedrig oder schwankt. Im Hochtemperaturbereich ist die beste Wellenlänge zur Messung von Metallmaterialien das nahe Infrarot, und die Wellenlänge kann {{0}}.18-1.{{10}}μm betragen ausgewählt. Für andere Temperaturzonen stehen Wellenlängen von 1,6 μm, 2,2 μm und 3,9 μm zur Auswahl. Da einige Materialien bei einer bestimmten Wellenlänge transparent sind, dringt Infrarotenergie in diese Materialien ein, und für dieses Material sollte eine spezielle Wellenlänge ausgewählt werden. Zur Messung der Innentemperatur des Glases werden beispielsweise die Wellenlängen 1,0 µm, 2,2 µm und 3,9 µm verwendet (das zu prüfende Glas muss sehr dick sein, sonst dringt es durch); Die Wellenlänge von 5,0 μm wird zur Messung der Innentemperatur des Glases verwendet. Die Wellenlänge von 8-14 μm wird für niedrige Messungen verwendet. Es ist ratsam; Ein weiteres Beispiel ist die Messung der Wellenlänge von 3,43 μm für Polyethylen-Kunststofffolie und der Wellenlänge von 4,3 μm oder 7,9 μm für Polyester.
Bestimmen Sie die Reaktionszeit: Die Reaktionszeit gibt die Reaktionsgeschwindigkeit des Infrarot-Thermometers auf die gemessene Temperaturänderung an. Sie ist definiert als die Zeit, die erforderlich ist, um 95 Prozent der Energie des endgültigen Messwerts zu erreichen, was mit der Zeitkonstante des zusammenhängt Fotodetektor, Signalverarbeitungsschaltung und Anzeigesystem. Die Reaktionszeit des Infrarot-Thermometers der Marke Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM kann 1 ms erreichen. Dies ist viel schneller als Kontakttemperaturmessmethoden. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Ziels sehr hoch ist oder wenn ein sich schnell erwärmendes Ziel gemessen wird, sollte ein schnell reagierendes Infrarot-Thermometer ausgewählt werden, da sonst keine ausreichende Signalantwort erreicht wird und die Messgenauigkeit verringert wird. Allerdings erfordern nicht alle Anwendungen ein schnell ansprechendes Infrarot-Thermometer. Bei statischen oder gezielten thermischen Prozessen, bei denen thermische Trägheit besteht, kann die Ansprechzeit des Pyrometers verkürzt werden. Daher sollte die Wahl der Ansprechzeit des Infrarot-Thermometers an die Situation des gemessenen Ziels angepasst werden.
Signalverarbeitungsfunktion: Die Messung diskreter Prozesse (z. B. Teileproduktion) unterscheidet sich von kontinuierlichen Prozessen und erfordert, dass Infrarot-Thermometer über Signalverarbeitungsfunktionen verfügen (z. B. Spitzenwerthalten, Talwerthalten, Durchschnittswert). Wenn beispielsweise die Temperatur des Glases auf dem Förderband gemessen wird, ist es erforderlich, den Spitzenwert zu halten und das Ausgangssignal seiner Temperatur an die Steuerung zu senden.
Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen: Die Umgebungsbedingungen des Thermometers haben einen großen Einfluss auf die Messergebnisse, die berücksichtigt und ordnungsgemäß gelöst werden sollten, da sie sonst die Genauigkeit der Temperaturmessung beeinträchtigen und sogar zu Schäden am Thermometer führen können. Wenn die Umgebungstemperatur zu hoch ist und Staub, Rauch und Dampf vorhanden sind, können Sie zwischen Schutzabdeckung, Wasserkühlung, Luftkühlungssystem, Luftgebläse und anderem Zubehör des Herstellers wählen. Dieses Zubehör kann Umwelteinflüssen effektiv entgegenwirken und das Thermometer für eine genaue Temperaturmessung schützen. Bei der Spezifizierung von Zubehör sollte so weit wie möglich ein standardisierter Service angefordert werden, um die Installationskosten zu senken. Wenn Rauch, Staub oder andere Partikel das Messenergiesignal reduzieren, ist ein Zweifarben-Thermometer die beste Wahl. Unter Lärm, elektromagnetischen Feldern, Vibrationen oder unzugänglichen Umgebungsbedingungen oder anderen rauen Bedingungen ist das faseroptische Zweifarben-Thermometer die beste Wahl.
Bei Anwendungen mit versiegelten oder gefährlichen Materialien wie Behältern oder Vakuumkammern blickt das Pyrometer durch ein Fenster. Das Material muss stark genug sein und den Betriebswellenlängenbereich des verwendeten Pyrometers durchdringen. Stellen Sie außerdem fest, ob der Bediener auch durch das Fenster beobachten muss. Wählen Sie daher den richtigen Installationsort und das Fenstermaterial, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden. Bei Messanwendungen bei niedrigen Temperaturen werden üblicherweise Ge- oder Si-Materialien als Fenster verwendet, die für sichtbares Licht undurchlässig sind und das menschliche Auge das Ziel durch das Fenster nicht beobachten kann. Wenn der Bediener durch das Fensterziel hindurchgehen muss, sollte ein optisches Material verwendet werden, das sowohl Infrarotstrahlung als auch sichtbares Licht durchlässt. Als Fenstermaterial sollte beispielsweise ein optisches Material verwendet werden, das sowohl Infrarotstrahlung als auch sichtbares Licht durchlässt, etwa ZnSe oder BaF2.
Einfache Bedienung und einfache Nutzung: Infrarot-Thermometer sollten intuitiv, einfach zu bedienen und für den Bediener einfach zu bedienen sein. Darunter sind tragbare Infrarot-Thermometer, die klein, leicht und von Menschen getragen werden und Temperaturmessung und Anzeigeausgabe integrieren. Temperaturmessgeräte können die Temperatur anzeigen und verschiedene Temperaturinformationen auf dem Anzeigefeld ausgeben. Einige können per Fernbedienung oder Computersoftwareprogramm bedient werden.
Bei rauen und komplizierten Umgebungsbedingungen kann zur einfachen Installation und Konfiguration ein System mit separatem Temperaturmesskopf und Display gewählt werden. Passend zur aktuellen Steuereinrichtung kann die Form der Signalausgabe gewählt werden. Kalibrierung des Infrarot-Strahlungsthermometers: Das Infrarot-Thermometer muss kalibriert werden, damit es die Temperatur des gemessenen Ziels korrekt anzeigen kann. Wenn die Temperaturmessung des verwendeten Thermometers während des Gebrauchs außerhalb des Toleranzbereichs liegt, muss es zur Neukalibrierung an den Hersteller oder das Reparaturzentrum zurückgesandt werden.
