Komponenten und Funktionsprinzip eines Infrarot-Thermometers
Infrarotsystem: Infrarotthermometer besteht aus dem optischen System, Photoelektrikum, Signalverstärker und Signalverarbeitung, Anzeigeausgang und anderen Komponenten. Das optische System konvergiert sein Sichtfeld der Infrarotstrahlungsenergie des Ziels, die Größe des Sichtfelds wird durch die optischen Teile des Thermometers und deren Position bestimmt. Infrarotenergie wird auf das Photoelektrikum fokussiert und in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal wird in einen Temperaturwert für das Ziel umgewandelt, nachdem es Verstärker und Signalverarbeitungsschaltungen durchlaufen und gemäß den im Instrument verwendeten Algorithmen für die Zielemission korrigiert wurde. Das Verständnis des Funktionsprinzips, der technischen Daten, der Umgebungsbedingungen sowie des Betriebs und der Wartung des Infrarotthermometers ist die Grundlage für den Benutzer, um das Infrarotthermometer richtig auszuwählen und zu verwenden.
Darüber hinaus sollten auch die Umgebungsbedingungen des Ziels und des Pyrometers, wie Temperatur, Atmosphäre, Verschmutzung und Störungen sowie andere Faktoren bei den Leistungsindikatoren und Korrekturmethoden berücksichtigt werden. Jedes Objekt mit einer Temperatur über ** Null Grad sendet Infrarotlicht aus. Das Infrarotthermometer empfängt und misst die Wellenlänge der vom Objekt ausgesandten Infrarotstrahlen und kann die entsprechende Temperatur ermitteln. Alle Objekte mit Temperaturen über ** Null Grad strahlen ständig Infrarotstrahlungsenergie in den umgebenden Raum aus. Die Größe der Infrarotstrahlungsenergie des Objekts und ihre Verteilung nach Wellenlänge stehen in sehr enger Beziehung zu seiner Oberflächentemperatur. Daher kann durch die Messung der vom Objekt selbst ausgestrahlten Infrarotenergie dessen Oberflächentemperatur genau bestimmt werden, was die objektive Grundlage für die Messung der Infrarotstrahlungstemperatur ist. Strahlungsgesetz für schwarze Körper: Ein schwarzer Körper ist ein idealisierter Strahler, der Strahlungsenergie aller Wellenlängen absorbiert, keine Energiereflexion oder -übertragung aufweist und dessen Emissionsgrad 1 beträgt.
Es ist zu beachten, dass es in der Natur keinen echten schwarzen Körper gibt. Um jedoch das Gesetz der Infrarotstrahlungsverteilung zu klären und zu erhalten, muss in der theoretischen Untersuchung das geeignete Modell ausgewählt werden. Dabei handelt es sich um das von Planck vorgeschlagene vibronische Quantisierungsmodell der Körperhohlraumstrahlung, das zum Planckschen Gesetz der Schwarzkörperstrahlung führte, d. h. zur Wellenlänge der spektralen Strahlung des schwarzen Körpers. Dies ist der Ausgangspunkt aller Infrarotstrahlungstheorien, das sogenannte Gesetz der Schwarzkörperstrahlung. Die Auswirkung der Objektemission auf die radiometrische Temperaturmessung: Die Existenz realer Objekte in der Natur ist fast immer kein schwarzer Körper. Die tatsächliche Strahlung eines Objekts hängt nicht nur von der Wellenlänge der Strahlung und der Temperatur des Objekts ab, sondern auch von der Zusammensetzung des Objektmaterials, der Art der Herstellung, den thermischen Prozessen sowie dem Oberflächenzustand und den Umgebungsbedingungen und anderen Faktoren. Die Infrarotenergie wird auf den Fotodetektor fokussiert und in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal wird von einem Verstärker und einer Signalverarbeitungsschaltung in Übereinstimmung mit dem internen Algorithmus des Instruments und der Zielemissionskorrektur in den Temperaturwert des Ziels umgewandelt.
Um das Strahlungsgesetz eines schwarzen Körpers auf alle realen Objekte anwendbar zu machen, ist es daher notwendig, einen Proportionalitätskoeffizienten, d. h. einen Emissionsgrad, einzuführen, der sich auf die Art des Materials und den Zustand der Oberfläche bezieht. Dieser Koeffizient stellt die Nähe der Wärmestrahlung des realen Objekts zur Strahlung eines schwarzen Körpers dar und hat einen Wert zwischen null und einem Wert kleiner als eins. Gemäß dem Strahlungsgesetz kennen wir die Infrarotstrahlungseigenschaften jedes Objekts, solange wir den Emissionsgrad des Materials kennen. Die wichtigsten Faktoren, die den Emissionsgrad beeinflussen, sind: Materialart, Oberflächenrauheit, physikalische und chemische Struktur und Materialdicke. Wenn die Temperatur eines Ziels mit einem Infrarotstrahlungspyrometer gemessen wird, wird zuerst die Infrarotstrahlung des Ziels innerhalb seines Bandes gemessen und dann die Temperatur des Ziels vom Pyrometer berechnet.
