Theoretisches Prinzip und Anwendung des Infrarot-Thermometers
Es gibt viele Möglichkeiten, die Temperatur zu messen. Thermometer können in zwei Typen unterteilt werden: berührende Temperaturmessgeräte und berührungslose Temperaturmessgeräte. Zur Kontaktart gehören die bekannten Flüssigkeitsthermometer, Thermoelementthermometer, thermischen Widerstandsthermometer usw. Wie wir alle wissen, ist die Temperatur einer der wichtigsten Parameter in Heizungs-, Gasversorgungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen. Insbesondere bei wärmetechnischen Messungen ist die Genauigkeit der Temperatur oft der Schlüssel über Erfolg oder Misserfolg des Experiments. Daher ist ein hochpräzises Temperaturmessgerät im Ingenieurwesen unerlässlich. Daher stellt dieser Artikel einige Prinzipien und Anwendungen von Infrarot-Thermometern in Temperaturmessgeräten vor.
Theoretisches Prinzip der Infrarot-Temperaturmessung:
Wenn in der Natur die Temperatur eines Objekts aufgrund der inneren thermischen Bewegung über dem absoluten Nullpunkt liegt, strahlt es kontinuierlich elektromagnetische Wellen in die Umgebung ab, einschließlich Infrarotstrahlen mit einem Wellenband von 0,75 µm~ 100 µm. Sein Merkmal ist, dass bei einer bestimmten Temperatur und Wellenlänge die von einem Objekt emittierte Strahlungsenergie einen Maximalwert hat. Diese Art von Material wird als schwarzer Körper bezeichnet und sein Reflexionskoeffizient ist auf 1 eingestellt. Der Reflexionskoeffizient anderer Materialien ist kleiner als 1 und wird als grauer Körper bezeichnet, da die spektrale Strahlungsleistung P (λT) des schwarzen Körpers beträgt und die maximale Temperatur T genügen Plancks Bestimmung. Daraus geht hervor, dass bei der maximalen Temperatur T die Strahlungsleistung des schwarzen Körpers pro Flächeneinheit bei der Wellenlänge λ P(λT) beträgt.
Mit steigender Temperatur wird die Strahlungsenergie des Objekts stärker. Dies ist der Ausgangspunkt der Infrarotstrahlungstheorie und die Konstruktionsgrundlage des Einband-Infrarot-Thermometers.
Mit zunehmender Temperatur verschiebt sich der Strahlungspeak in die kurzwellige Richtung (nach links) und erfüllt den Wien-Verschiebungssatz, die Wellenlänge am Peak ist umgekehrt proportional zur Maximaltemperatur T, und die gestrichelte Linie ist die Linie den Gipfel verbinden. Diese Formel verrät uns, warum Hochtemperatur-Thermometer meist bei kurzen Wellen und Niedertemperatur-Thermometer meist bei langen Wellen funktionieren.
Die Änderungsrate der Strahlungsenergie mit der Temperatur ist bei der Kurzwelle größer als bei der Langwelle, das heißt, das bei der Kurzwelle arbeitende Thermometer hat ein relativ hohes Signal-Rausch-Verhältnis (hohe Empfindlichkeit) und ist stark Anti-Interferenz. Das Thermometer sollte versuchen, bei der Spitzenwellenlänge zu arbeiten. Gerade bei niedrigen Temperaturen und kleinen Zielobjekten ist dies besonders wichtig.
Zweitens: Das Infrarot-Thermometer besteht aus einem optischen System, einem fotoelektrischen Detektor, einem Signalverstärker, einer Signalverarbeitung, einem Anzeigeausgang und anderen Teilen. Die Strahlung vom Messobjekt und der Rückkopplungsquelle wird vom Modulator moduliert und dann in den Infrarotdetektor eingegeben. Der Unterschied zwischen den beiden Signalen wird vom Antiverstärker verstärkt und steuert die Temperatur der Rückkopplungsquelle, sodass die spektrale Strahlungsdichte der Rückkopplungsquelle mit der des Objekts übereinstimmt. Das Display zeigt die Helligkeitstemperatur des gemessenen Objekts an
Leistungsindikatoren und Auswahl von drei Infrarot-Thermometern:
Zu den Leistungsindikatoren von Infrarot-Thermometern gehören: Temperaturmessbereich, Anzeigeauflösung, Genauigkeit, Temperaturbereich der Arbeitsumgebung, Wiederholbarkeit, relative Luftfeuchtigkeit, Reaktionszeit, Stromversorgung, Reaktionsspektrum, Größe, Maximalwertanzeige, Gewicht, Emissionsgrad usw. Achten Sie darauf Achten Sie bei der Auswahl auf Folgendes:
1. Bestimmen Sie den Temperaturmessbereich: Der Temperaturmessbereich ist der wichtigste Leistungsindikator des Thermometers. Jeder Thermometertyp hat seinen eigenen spezifischen Temperaturbereich. Daher muss der vom Benutzer gemessene Temperaturbereich genau und umfassend berücksichtigt werden, weder zu eng noch zu weit. Nach dem Gesetz der Schwarzkörperstrahlung übersteigt im kurzwelligen Band des Spektrums die durch die Temperatur verursachte Änderung der Strahlungsenergie die durch den Emissionsgradfehler verursachte Änderung der Strahlungsenergie.
2 Zielgröße ermitteln: Infrarot-Thermometer lassen sich prinzipiell in Einfarben-Thermometer und Zweifarben-Thermometer (strahlungskolorimetrische Thermometer) unterteilen. Bei einem monochromatischen Thermometer sollte bei der Temperaturmessung der zu messende Bereich des Ziels das Sichtfeld des Thermometers ausfüllen. Es wird empfohlen, dass die gemessene Zielgröße 50 Prozent des Sichtfelds überschreitet. Wenn die Zielgröße kleiner als das Sichtfeld ist, dringt die Hintergrundstrahlungsenergie in die visuellen und akustischen Symbole des Thermometers ein und stört die Temperaturmesswerte, was zu Fehlern führt. Wenn das Ziel hingegen größer als das Sichtfeld des Pyrometers ist, wird das Pyrometer nicht durch den Hintergrund außerhalb des Messbereichs beeinflusst. Bei einem Zweifarbenpyrometer wird die Temperatur durch das Verhältnis der Strahlungsenergie in zwei unabhängigen Wellenlängenbändern bestimmt. Wenn das zu messende Ziel klein ist, das Sichtfeld nicht ausfüllt und sich Rauch, Staub und Hindernisse auf dem Messpfad befinden, die die Strahlungsenergie schwächen, hat dies daher keinen wesentlichen Einfluss auf die Messergebnisse . Für kleine und bewegliche oder vibrierende Ziele ist das Zweifarben-Thermometer die beste Wahl. Dies ist auf den kleinen Durchmesser der Lichtstrahlen und ihre Flexibilität zurückzuführen, Lichtstrahlungsenergie über gekrümmte, blockierte und gefaltete Kanäle zu transportieren.
3 Bestimmen Sie den Distanzkoeffizienten (optische Auflösung): Der Distanzkoeffizient wird durch das Verhältnis von D:S bestimmt, also das Verhältnis des Abstands D zwischen der Sonde des Thermometers zum Ziel und dem Durchmesser des gemessenen Ziels. Wenn das Thermometer aufgrund der Umgebungsbedingungen weit vom Ziel entfernt installiert werden muss und ein kleines Ziel gemessen werden muss, sollte ein Thermometer mit hoher optischer Auflösung gewählt werden. Je höher die optische Auflösung, also das D:S-Verhältnis, desto höher sind die Kosten des Pyrometers. Wenn das Thermometer weit vom Ziel entfernt ist und das Ziel klein ist, sollte ein Thermometer mit einem hohen Abstandskoeffizienten ausgewählt werden. Bei einem Pyrometer mit fester Brennweite ist der Brennpunkt des optischen Systems die kleinste Position des Flecks, und der Fleck nahe und fern vom Brennpunkt nimmt zu. Es gibt zwei Distanzfaktoren.
4. Bestimmen Sie den Wellenlängenbereich: Der Emissionsgrad und die Oberflächeneigenschaften des Zielmaterials bestimmen die entsprechende Wellenlänge des Pyrometerspektrums. Bei Legierungsmaterialien mit hohem Reflexionsvermögen gibt es einen niedrigen oder variablen Emissionsgrad. Im Hochtemperaturbereich ist die beste Wellenlänge zur Messung von Metallmaterialien das nahe Infrarot, und es können 0.8-1.0 μm ausgewählt werden. Andere Temperaturzonen können zwischen 1,6 μm, 2,2 μm und 3,9 μm gewählt werden. Da einige Materialien bei einer bestimmten Wellenlänge transparent sind, dringt Infrarotenergie in diese Materialien ein, und für dieses Material sollte eine spezielle Wellenlänge ausgewählt werden.
5 Bestimmen Sie die Reaktionszeit: Die Reaktionszeit gibt die Reaktionsgeschwindigkeit des Infrarot-Thermometers auf die gemessene Temperaturänderung an. Sie ist definiert als die Zeit, die erforderlich ist, um 95 Prozent der Energie des endgültigen Messwerts zu erreichen, und hängt mit der Zeitkonstante zusammen des Fotodetektors, der Signalverarbeitungsschaltung und des Anzeigesystems. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Ziels sehr hoch ist oder wenn ein sich schnell erwärmendes Ziel gemessen wird, sollte ein schnell reagierendes Infrarot-Thermometer ausgewählt werden, da sonst keine ausreichende Signalantwort erreicht wird und die Messgenauigkeit verringert wird. Allerdings erfordern nicht alle Anwendungen ein schnell ansprechendes Infrarot-Thermometer. Bei statischen oder gezielten thermischen Prozessen mit thermischer Trägheit kann die Ansprechzeit des Pyrometers gelockert werden.
6. Signalverarbeitungsfunktion: Angesichts des Unterschieds zwischen dem diskreten Prozess (z. B. Teilefertigung) und dem kontinuierlichen Prozess muss das Infrarot-Thermometer über mehrere Signalverarbeitungsfunktionen (z. B. Spitzenwerthalten, Talwerthalten, Durchschnittswert) verfügen Wählen Sie aus, z. B. Temperaturmessung auf dem Förderband. Wenn die Flasche verwendet wird, muss der Spitzenwert zum Halten verwendet werden, und das Ausgangssignal ihrer Temperatur wird an die Steuerung gesendet. Andernfalls zeigt das Thermometer einen niedrigeren Temperaturwert zwischen den Flaschen an. Wenn Sie die Spitzenwertspeicherung verwenden, stellen Sie die Ansprechzeit des Thermometers etwas länger ein als das Zeitintervall zwischen den Flaschen, sodass immer mindestens eine Flasche gemessen wird.
7 Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen: Die Umgebungsbedingungen des Thermometers haben einen großen Einfluss auf die Messergebnisse, die berücksichtigt und ordnungsgemäß gelöst werden sollten, da sie sonst die Genauigkeit der Temperaturmessung beeinträchtigen und sogar Schäden verursachen. Bei hoher Umgebungstemperatur und Staub, Rauch und Dampf können die vom Hersteller bereitgestellte Schutzabdeckung, Wasserkühlung, Luftkühlung, Luftreiniger und weiteres Zubehör gewählt werden. Dieses Zubehör kann Umwelteinflüssen effektiv entgegenwirken und das Thermometer für eine genaue Temperaturmessung schützen. Bei der Spezifizierung von Zubehör sollte so weit wie möglich ein standardisierter Service angefordert werden, um die Installationskosten zu senken.
8. Kalibrierung des Infrarot-Strahlungsthermometers: Das Infrarot-Thermometer muss kalibriert werden, damit es die Temperatur des gemessenen Ziels korrekt anzeigen kann. Wenn die Temperaturmessung des verwendeten Thermometers während des Gebrauchs außerhalb des Toleranzbereichs liegt, muss es zur Neukalibrierung an den Hersteller oder das Reparaturzentrum zurückgesandt werden.
Merkmale des Vier-Infrarot-Thermometers
1. Berührungslose Messung: Die Innenseite oder Oberfläche des gemessenen Temperaturfelds muss nicht berührt werden, sodass der Zustand des gemessenen Temperaturfelds nicht beeinträchtigt wird und das Thermometer selbst nicht durch das Temperaturfeld beschädigt wird.
2. Großer Messbereich: Da es sich um eine berührungslose Temperaturmessung handelt, befindet sich das Thermometer nicht in einem höheren oder niedrigeren Temperaturbereich, sondern arbeitet bei einer normalen Temperatur oder unter den vom Thermometer zugelassenen Bedingungen. Unter normalen Umständen kann es minus zehn Grad bis über dreitausend Grad messen.
3. Schnelle Temperaturmessgeschwindigkeit: das heißt, schnelle Reaktionszeit. Solange die Infrarotstrahlung des Ziels empfangen wird, kann die Temperatur in kurzer Zeit fixiert werden.
4. Hohe Genauigkeit: Bei der Infrarot-Temperaturmessung wird die Temperaturverteilung des Objekts selbst nicht wie bei der Kontakttemperaturmessung zerstört, sodass die Messgenauigkeit hoch ist.
5. Hohe Empfindlichkeit: Solange sich die Temperatur des Objekts geringfügig ändert, ändert sich die Strahlungsenergie stark, was leicht zu erkennen ist. Es kann die Temperatur eines winzigen Temperaturfeldes messen und
6. Temperaturverteilungsmessung und Temperaturmessung von sich bewegenden oder rotierenden Objekten. Sichere und lange Lebensdauer.
Nachteile von fünf Infrarot-Thermometern:
1. Anfällig gegenüber Umweltfaktoren (Umgebungstemperatur, Staub in der Luft usw.)
2. Es hat einen großen Einfluss auf die Temperaturanzeige der blanken oder polierten Metalloberfläche
3. Beschränkt sich nur auf die Messung der Außentemperatur des Objekts. Es ist unpraktisch, die Temperatur im Inneren des Objekts und bei Hindernissen zu messen
Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung von sechs Infrarot-Thermometern:
(1) Der Emissionsgrad des Prüfobjekts muss genau bestimmt werden;
(2) Vermeiden Sie den Einfluss von Objekten mit hoher Temperatur in der Umgebung.
(3) Bei transparenten Materialien sollte die Umgebungstemperatur niedriger sein als die Temperatur des Messobjekts;
(4) Das Thermometer sollte senkrecht zur Oberfläche des Messobjekts ausgerichtet sein und der Winkel darf unter keinen Umständen 30 Grad überschreiten
(5) Es kann nicht zur Temperaturmessung auf hellen oder polierten Metalloberflächen und nicht zur Temperaturmessung durch Glas verwendet werden.
(6) Wählen Sie den Folgekoeffizienten richtig. Der Zieldurchmesser muss das Sichtfeld ausfüllen.
(7) Wenn das Infrarot-Thermometer plötzlich einem Umgebungstemperaturunterschied von 20 Grad oder mehr ausgesetzt wird, sind die Messdaten ungenau und der gemessene Temperaturwert wird nach dem Temperaturausgleich erfasst. .
Sieben Verbesserungspläne:
Da das gewöhnliche Infrarot-Thermometer nur auf die Messung der Außentemperatur des Objekts beschränkt ist, ist es umständlich, die Temperatur im Inneren des Objekts und bei Hindernissen zu messen. Daher kann dem Erfassungskopf ein Abschnitt einer optischen Faser und eine Linse hinzugefügt werden Mit einem kleinen Betrachtungswinkel kann am vorderen Ende installiert werden, sodass die Strahlungsenergie des Messobjekts durch die Linse in das Innere der optischen Faser gelangt. Nach mehrfacher Reflexion im Lichtwellenleiter wird es zum Detektor übertragen. Da die optische Faser frei gebogen werden kann, kann die Strahlung frei gedreht werden, was das Problem der Messung der Innentemperatur des Objekts löst und die Temperatur von Orten wie Ecken messen kann, die durch Hindernisse blockiert sind.
