Funktionsprinzip und Systemaufbau des Infrarot-Thermometers
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, deren Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt, 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 Strahlungsenergie aller Wellenlängen absorbiert, keine Energiereflexion oder -übertragung aufweist und auf seiner Oberfläche einen Emissionsgrad von 1 aufweist. Die eigentlichen Objekte in der Natur sind jedoch fast keine schwarzen Körper. Um das Verteilungsgesetz 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. 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 Vorbereitungsmethode, dem thermischen Prozess, dem Oberflächenzustand und den Umgebungsbedingungen. Um das Gesetz der Schwarzkörperstrahlung auf alle praktischen Objekte anwendbar zu machen, muss daher ein proportionaler Koeffizient eingeführt werden, der sich auf Materialeigenschaften und Oberflächenzustände bezieht, nämlich den Emissionsgrad. Dieser Koeffizient gibt an, wie nah die Wärmestrahlung des tatsächlichen Objekts an der Strahlung des schwarzen Körpers ist, und sein Wert liegt zwischen Null und einem Wert kleiner als 1. Nach dem Strahlungsgesetz gilt, solange der Emissionsgrad des Materials bekannt ist, Die Infrarotstrahlungseigenschaften jedes Objekts sind bekannt. Die Hauptfaktoren, die den Emissionsgrad beeinflussen, sind: Materialtyp, Oberflächenrauheit, physikalische und chemische Struktur sowie Materialdicke.
Wenn ein Infrarotstrahlungsthermometer zum Messen der Temperatur eines Ziels verwendet wird, muss zunächst die Infrarotstrahlung des Ziels innerhalb seines Bandbereichs gemessen werden. Anschließend wird die Temperatur des gemessenen Ziels vom Thermometer berechnet. Ein monochromatisches Pyrometer ist proportional zur Strahlungsmenge innerhalb eines Bandes; Ein Zweifarbenpyrometer ist proportional zum Verhältnis der Strahlungsmenge in den beiden Bändern.
