Funktionsprinzip von Infrarot-Thermometern
Ein Infrarotthermometer besteht aus einem optischen System, einem Fotodetektor, einem Signalverstärker, einer Signalverarbeitung, einer Anzeige und anderen Teilen. Das optische System sammelt die Infrarotstrahlungsenergie des Ziels in seinem Sichtfeld. Die Größe des Sichtfelds wird durch die optischen Teile des Thermometers und ihre Positionen bestimmt. Die Infrarotenergie wird auf den Fotodetektor fokussiert und in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Das Signal durchläuft den Verstärker und die Signalverarbeitungsschaltung und wird nach Korrektur gemäß dem internen Behandlungsalgorithmus des Instruments und der Zielemission in den Temperaturwert des gemessenen Ziels umgewandelt.
In der Natur geben alle Objekte mit einer Temperatur über Null ständig Infrarotstrahlungsenergie in den umgebenden Raum ab. Die Menge der Infrarotstrahlungsenergie eines Objekts und ihre Verteilung nach Wellenlänge hängen eng mit seiner Oberflächentemperatur zusammen. Daher kann durch Messen der vom Objekt selbst abgestrahlten Infrarotenergie seine Oberflächentemperatur genau gemessen werden. Dies ist die objektive Grundlage, auf der die Messung der Infrarotstrahlungstemperatur basiert.
Ein schwarzer Körper ist ein idealer Strahler, der Strahlungsenergie aller Wellenlängen ohne Energiereflexion oder -übertragung absorbiert, und sein Oberflächenemissionsgrad beträgt 1. Fast alle in der Natur vorkommenden Objekte sind jedoch keine schwarzen Körper. Um die Verteilungsregeln der Infrarotstrahlung zu klären und zu erhalten, muss in der theoretischen Forschung ein geeignetes Modell ausgewählt werden. Dies ist das von Planck vorgeschlagene quantisierte Oszillatormodell der Körperhöhlenstrahlung. Plancks Gesetz der Schwarzkörperstrahlung wurde abgeleitet, d. h. die spektrale Strahlungsdichte des schwarzen Körpers, ausgedrückt in der Wellenlänge. Dies ist der Ausgangspunkt aller Theorien zur Infrarotstrahlung, daher wird es als Schwarzkörperstrahlungsgesetz bezeichnet. Die Strahlungsmenge aller realen Objekte hängt nicht nur von der Strahlungswellenlänge und der Temperatur des Objekts ab, sondern auch von Faktoren wie der Art des Materials, der Herstellungsmethode, dem thermischen Prozess, dem Oberflächenzustand und den Umgebungsbedingungen des Objekts. Um das Schwarzkörperstrahlungsgesetz auf alle realen Objekte anwendbar zu machen, muss daher ein Proportionalitätskoeffizient eingeführt werden, der sich auf die Materialeigenschaften und den Oberflächenzustand bezieht, nämlich der Emissionsgrad. Dieser Koeffizient gibt an, wie nahe die Wärmestrahlung eines tatsächlichen Objekts der Schwarzkörperstrahlung kommt, und hat einen Wert zwischen null und einem Wert kleiner als 1. Gemäß dem Strahlungsgesetz können die Infrarotstrahlungseigenschaften jedes Objekts ermittelt werden, solange die Emissivität des Materials bekannt ist. Die wichtigsten Faktoren, die die Emissivität beeinflussen, sind: Materialtyp, Oberflächenrauheit, physikalische und chemische Struktur und Materialdicke.
Wenn Sie ein Infrarot-Strahlungsthermometer verwenden, um die Temperatur eines Ziels zu messen, muss zunächst die Menge der Infrarotstrahlung des Ziels innerhalb seines Bandbereichs gemessen werden. Anschließend berechnet das Thermometer die Temperatur des gemessenen Ziels. Ein einfarbiges Thermometer ist proportional zur Strahlungsmenge innerhalb des Bandes; ein zweifarbiges Thermometer ist proportional zum Verhältnis der Strahlungsmenge in den beiden Bändern.
