Wie funktioniert ein Infrarot-Thermometer?
Infrarotthermometer bestehen aus dem optischen System, dem Fotodetektor, dem Signalverstärker und der Signalverarbeitung, der Anzeige und anderen Komponenten. Das optische System konvergiert durch sein Sichtfeld von der Annäherung an die Infrarotstrahlungsenergie, die Größe des Sichtfelds wird durch die optischen Teile des Pyrometers und ihre Ausrichtung 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 gemäß den integrierten Algorithmen des Instruments und der Emissionsgradkorrektur sowie der Umgebungstemperaturkompensation in den Temperaturwert der gemessenen Annäherung umgewandelt.
In der Natur geben alle Objekte mit einer Temperatur über ** Null Grad ständig Infrarotstrahlungsenergie an den umgebenden Raum ab. Die Größe der Infrarotstrahlungsenergie des Objekts und ihre Verteilung nach Wellenlängen stehen in sehr enger Beziehung zu seiner Außentemperatur. Daher kann durch die Messung der vom Objekt selbst abgestrahlten Infrarotenergie die Temperatur seines Erscheinungsbilds genau bestimmt werden, was auf der objektiven Grundlage der Infrarotstrahlungstemperaturmessung basiert. Ein Schwarzkörper ist ein idealisierter Strahler, er absorbiert Strahlungsenergie aller Wellenlängen, es gibt keine Energiereflexion oder -übertragung, der Emissionsgrad seines Erscheinungsbilds beträgt 1.
Die meisten in der Natur vorkommenden Objekte sind jedoch keine schwarzen Körper. Um das Gesetz der Infrarotstrahlungsverteilung zu klären und zu erhalten, muss bei der theoretischen Untersuchung das geeignete Modell ausgewählt werden. Dabei handelt es sich um das von Planck vorgeschlagene vibronische Quantisierungsmodell der Körperhohlraumstrahlung. Daraus lässt sich das Plancksche Gesetz der Schwarzkörperstrahlung ableiten, das die spektrale Strahlungsdichte eines schwarzen Körpers in Wellenlängen ausdrückt. Dies ist der Ausgangspunkt aller Infrarotstrahlungstheorien und wird als Schwarzkörperstrahlungsgesetz bezeichnet. Die Strahlung aller praktischen Objekte hängt nicht nur von der Strahlungswellenlänge und der Temperatur des Objekts ab, sondern auch von der Zusammensetzung, der Materialart des Objekts, den Herstellungsmethoden, den thermischen Prozessen sowie der Erscheinungssituation und den Umgebungsbedingungen und anderen Faktoren.
Um die Gesetze der Schwarzkörperstrahlung auf alle Gebrauchsgegenstände anwendbar zu machen, ist es daher notwendig, einen Proportionalitätskoeffizienten, d. h. eine Emissivität, einzuführen, der mit der Art des Materials und dem Zustand der Außenseite in Zusammenhang steht. Dieser Koeffizient stellt die Nähe der Wärmestrahlung des Gebrauchsgegenstands zur Schwarzkörperstrahlung dar und sein Wert liegt zwischen null und einem Wert kleiner als eins. Gemäß dem Strahlungsgesetz müssen wir nur die Emissivität des Materials kennen, um die Infrarotstrahlungseigenschaften eines beliebigen Gegenstands zu kennen. Die wichtigsten Faktoren, die die Emissivität beeinflussen, sind: die Art des Materials, das Erscheinungsbild, die Rauheit, die physikalische und chemische Zusammensetzung und die Dicke des Materials.
Wenn Sie zur Messung der Temperatur eines Objekts zunächst ein Infrarot-Thermometer verwenden, messen Sie das Objekt in seinem Infrarot-Strahlungsbereich und berechnen dann mit dem Thermometer die Temperatur des gemessenen Objekts. Bei einem Einfarb-Pyrometer ist die Strahlungsmenge in dem Bereich proportional, bei einem Zweifarb-Pyrometer ist das Verhältnis der Strahlungsmenge in den beiden Bereichen proportional.
