Messprinzip Standard und Entwicklungstrend des Infrarot-Thermometers
Die berührungslose Temperaturmessung mit einem Infrarot-Thermometer bietet viele Vorteile und ihre Einsatzmöglichkeiten reichen von kleinen oder schwer zugänglichen Objekten bis hin zu korrosiven Chemikalien und empfindlichen Oberflächen. In diesem Artikel wird auf diesen Vorteil eingegangen, die Entscheidungsfindung bei der richtigen Wahl des Infrarot-Thermometers erläutert usw., um den Anwendungsbereich zu veranschaulichen. Aufgrund der Bewegung von Atomen und Molekülen strahlt jedes Objekt elektromagnetische Wellen aus. Der wichtigste Wellenlängen- bzw. Spektralbereich für die berührungslose Temperaturmessung liegt bei 0,2 bis 2,0 μm. Natürliche Strahlen in diesem Bereich werden Wärmestrahlung oder Infrarotstrahlen genannt.
Ein Prüfgerät zur Temperaturmessung durch Infrarotstrahlen, die von einem Prüfling abgestrahlt werden, wird nach der Deutschen Industrienorm DIN16160 als Strahlungsthermometer, Strahlungsthermometer oder Infrarot-Thermometer bezeichnet. Diese Bezeichnungen gelten auch für Instrumente, die die Temperatur anhand der von einem Körper abgestrahlten sichtbaren farbigen Strahlung messen und die Temperatur aus relativen spektralen Strahlungsdichten ableiten.
Erstens die Vorteile der Temperaturmessung mit Infrarot-Thermometern
Die berührungslose Temperaturmessung durch den Empfang von Infrarotstrahlen, die vom zu messenden Objekt abgestrahlt werden, bietet viele Vorteile. Auf diese Weise können auch schwer zugängliche oder bewegte Objekte problemlos gemessen werden, beispielsweise Materialien mit schlechten Wärmeübertragungseigenschaften oder geringer Wärmekapazität. Die sehr kurze Ansprechzeit des Infrarot-Thermometers ermöglicht eine schnelle und effiziente Regelung der Schleife. Thermometer haben keine Verschleißteile, daher fallen keine laufenden Kosten wie bei Thermometern an. Insbesondere bei kleinen zu messenden Objekten, beispielsweise bei der Kontaktmessung, kommt es aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des Objekts zu großen Messfehlern. Hier kann das Thermometer problemlos eingesetzt werden, auch bei aggressiven Chemikalien oder empfindlichen Oberflächen, etwa auf Lack-, Papier- und Kunststoffschienen. Durch die Fernsteuerungsmessung kann der Gefahrenbereich ferngehalten werden, sodass der Bediener nicht gefährdet wird.
2. Prinzipieller Aufbau des Infrarot-Thermometers
Die vom Messobjekt empfangenen Infrarotstrahlen werden durch die Linse und den Filter auf den Detektor fokussiert. Der Detektor erzeugt durch Integration der Strahlungsdichte des Messobjekts ein der Temperatur proportionales Strom- oder Spannungssignal. In den anschließend angeschlossenen elektrischen Komponenten wird das Temperatursignal linearisiert, der Emissionsgradbereich korrigiert und in ein Standardausgangssignal umgewandelt.
Grundsätzlich gibt es zwei Arten von tragbaren Thermometern und stationären Thermometern. Daher werden bei der Auswahl eines geeigneten Infrarot-Thermometers für verschiedene Messpunkte folgende Eigenschaften im Vordergrund stehen:
1. Zieler
Der Kollimator hat diesen Effekt, und der vom Thermometer angezeigte Messblock oder Messpunkt ist sichtbar, und der Kollimator kann häufig für großflächige Messobjekte verwendet werden. Für kleine Objekte und große Messentfernungen empfehlen sich Visiere mit Instrumententafelskalen oder Laserpointer in Form lichtdurchlässiger Linsen.
2. Objektiv
Die Linse bestimmt den Messpunkt des Pyrometers. Für großflächige Objekte reicht in der Regel ein Pyrometer mit fester Brennweite aus. Wenn der Messabstand jedoch weit vom Fokuspunkt entfernt ist, ist das Bild am Rand des Messpunkts unklar. Aus diesem Grund ist es besser, ein Zoomobjektiv zu verwenden. Innerhalb des vorgegebenen Zoombereichs kann das Thermometer den Messabstand anpassen. Das neueste Thermometer verfügt über eine zoombare Wechsellinse. Die Nahlinse und die Fernlinse können ohne Kalibrierung erneut überprüft werden. ersetzen.
3. Sensoren, also Spektralempfänger
Die Temperatur ist umgekehrt proportional zur Wellenlänge. Bei niedrigen Objekttemperaturen eignen sich für langwellige Spektralbereiche empfindliche Sensoren (Heißfilmsensoren oder pyroelektrische Sensoren), bei hohen Temperaturen werden kurzwellig empfindliche Sensoren aus Germanium, Silizium, Indium-Gallium etc. eingesetzt Sensoren.
Berücksichtigen Sie bei der Auswahl der spektralen Empfindlichkeit auch die Absorptionsbanden für Wasserstoff und Kohlendioxid. In einem bestimmten Wellenlängenbereich, dem sogenannten „atmosphärischen Fenster“, sind H2 und CO2 für Infrarotstrahlen nahezu transparent, daher muss die Lichtempfindlichkeit des Thermometers in diesem Bereich liegen, um den Einfluss atmosphärischer Konzentrationsänderungen bei der Messung auszuschließen B. dünne Folien oder Gläser, muss zudem berücksichtigt werden, dass diese Materialien innerhalb einer bestimmten Wellenlänge nur schwer durchdringbar sind. Um den Messfehler durch das Hintergrundlicht zu vermeiden, verwenden Sie einen geeigneten Sensor, der nur die Oberflächentemperatur empfängt. Metalle haben diese physikalische Eigenschaft und der Emissionsgrad nimmt mit abnehmender Wellenlänge zu. Erfahrungsgemäß wählt man zur Messung der Temperatur von Metallen im Allgemeinen * Kurze Messwellenlänge.
3. Entwicklungstrend
Wie in vielen Bereichen der Sensortechnik geht auch bei Thermometern der Entwicklungstrend zu kleinen, feinen Formen, runde Gehäuse mit Zentralgewinde sind die idealsten Formen für den Einbau in Maschinen und Anlagen, und dieser Entwicklungstrend wird durch die kontinuierliche Miniaturisierung der Elektrik verwirklicht Komponenten und hohe Kalkulation, um kleinere und empfindlichere elektrische Komponenten in immer kleineren Räumen zusammenzufassen. Im Vergleich zur bisherigen Analogtechnik wird durch den Einsatz von Mikrocontrollern die Präzision der Linearisierungshöhe des Detektorsignals verbessert und damit auch die Genauigkeit des Instruments verbessert.
Die Marktversorgung erfordert eine schnelle und kostengünstige Messwertaufnahme, die direkt ein temperaturproportionales, lineares Strom-/Spannungssignal ausgeben kann. Messwertverarbeitung, wie Nivellierfunktionen, Sonderwertspeicherung oder Grenzkontakte werden im intelligenten System platziert. Über das Display, den Regler oder die SPS (Programmsteuerung) kann die Emissionsgradeinstellung über das externe Kabel auch außerhalb des Gefahrenbereichs eingestellt werden wenn die Maschine läuft, und kann zu diesem Zeitpunkt auch von der SPS angepasst werden. Durch den Einsatz von Karosseriesteuerungen lässt sich die Datenbusschnittstelle nun problemlos realisieren, die Netzwerkanbindung ist jedoch noch nicht realisiert und die Weiterverarbeitung des Signals erfolgt weiterhin über das bisherige Standard-Analogsignal. Im Detektorbereich wird ein neues Material als fotoelektrischer Sensor verwendet, was eine Verbesserung der Empfindlichkeit und sogar eine Verbesserung der Auflösung beweist. Bei Heißfilmsensoren erfordern neue Sensoren nur kürzere Einstellzeiten, die neuesten Entwicklungen sind Pyrometer mit Kollimatoren, sind Wechselobjektive mit Zoom, können ohne erneute Kalibrierungsprüfungen ausgetauscht werden, verwenden die gleiche Basis für verschiedene Messpositionen. Instrumente sparen Lagerverwaltungskosten.
Viertens die Hauptkriterien für die Auswahl eines Thermometers
Der Einsatz des Thermometers wird vor allem durch den Messbereich bestimmt. Unabhängig davon, ob es sich um die Messspannung oder den Anfangswert des Messbereichs handelt, sollte dieser den Anforderungen der Messarbeit entsprechen. Je größer die Messspannung ist, desto kleiner ist die Auflösung und desto höher ist die Genauigkeit. Besonders wenn der Anfangswert der Messtemperatur niedrig ist, verdoppelt sich die Genauigkeit, wenn eine große Messspannung gewählt wird, daher empfiehlt es sich, eine möglichst kleine Messspannung zu wählen.
Der Anfangswert der Messfläche bestimmt die Empfindlichkeit des Spektrums sowie die Art des Detektors. Der Messfehler ist offensichtlich kleiner als der des Langwellensensors im Kurzwellensensor aufgrund der falschen Einstellung des Emissionsgrads, so dass der Heißfilmsensor (8 ~ 14 μm) bei 800 Grad den Messfehler verursacht Eine falsche Einstellung des Emissionsgrads ist fünfmal größer als der des Germanium-Fotodiodensensors (1,1–1,6 μm). Der zulässige Messbereich des Germanium-Fotodiodensensors liegt bei etwa 250 Grad C.
