Princípio Teórico e Aplicação do Termômetro Infravermelho
Existem muitas maneiras de medir a temperatura. Os termômetros podem ser divididos em dois tipos: instrumentos de medição de temperatura de contato e instrumentos de medição de temperatura sem contato. O tipo de contato inclui o conhecido termômetro de líquido, termômetro de termopar e termômetro de resistência térmica, etc. Como todos sabemos, a temperatura é um dos parâmetros mais importantes em sistemas de aquecimento, fornecimento de gás, ventilação e ar condicionado. Especialmente no processo de medição de engenharia térmica, a precisão da temperatura costuma ser a chave para o sucesso ou fracasso do experimento. Portanto, um instrumento de medição de temperatura de alta precisão é essencial na engenharia. Portanto, este artigo apresenta alguns princípios e aplicações de termômetros infravermelhos em ferramentas de medição de temperatura.
Princípio teórico da medição de temperatura por infravermelho:
Na natureza, quando a temperatura de um objeto é superior ao zero absoluto, devido à existência de movimento térmico interno, ele irradia continuamente ondas eletromagnéticas para o ambiente, incluindo raios infravermelhos com faixa de onda de 0.75µm~ 100µm. Sua característica é que em uma determinada temperatura e comprimento de onda, a energia radiante emitida por um objeto tem um valor máximo. Esse tipo de material é chamado de corpo negro e seu coeficiente de reflexão é definido como 1. O coeficiente de reflexão de outros materiais é menor que 1, chamado de corpo cinza, porque a potência de radiação espectral P(λT) do corpo negro e a temperatura máxima T satisfaz a determinação de Planck. Ela mostra que na temperatura máxima T, a potência de radiação do corpo negro por unidade de área no comprimento de onda λ é P(λT).
À medida que a temperatura aumenta, a energia radiante do objeto se torna mais forte. Este é o ponto de partida da teoria da radiação infravermelha e a base do projeto do termômetro infravermelho de banda única.
À medida que a temperatura aumenta, o pico de radiação se move para a direção de onda curta (para a esquerda) e satisfaz o teorema do deslocamento de Wien, o comprimento de onda no pico é inversamente proporcional à temperatura máxima T e a linha pontilhada é a linha conectando o pico. Esta fórmula nos diz por que os termômetros de alta temperatura funcionam principalmente em ondas curtas e os termômetros de baixa temperatura funcionam principalmente em ondas longas.
A taxa de variação da energia radiante com a temperatura é maior na onda curta do que na onda longa, ou seja, o termômetro trabalhando na onda curta tem uma relação sinal-ruído relativamente alta (alta sensibilidade) e forte anti-interferência. O termômetro deve tentar optar por trabalhar no comprimento de onda de pico. Especialmente no caso de baixa temperatura e alvos pequenos, isso é particularmente importante.
Dois: O termômetro infravermelho é composto de sistema óptico, detector fotoelétrico, amplificador de sinal, processamento de sinal, saída de exibição e outras partes. A radiação do objeto medido e da fonte de feedback é modulada pelo modulador e, em seguida, inserida no detector infravermelho. A diferença entre os dois sinais é amplificada pelo antiamplificador e controla a temperatura da fonte de feedback, de modo que a radiância espectral da fonte de feedback seja a mesma do objeto. O visor indica a temperatura de brilho do objeto medido
Indicadores de desempenho e seleção de três termômetros infravermelhos:
Os indicadores de desempenho dos termômetros infravermelhos incluem: faixa de medição de temperatura, resolução da tela, precisão, faixa de temperatura do ambiente de trabalho, repetibilidade, umidade relativa, tempo de resposta, fonte de alimentação, espectro de resposta, tamanho, exibição de valor máximo, peso, emissividade, etc. Preste atenção ao seguinte ao selecionar:
1. Determine a faixa de medição de temperatura: A faixa de medição de temperatura é o índice de desempenho mais importante do termômetro. Cada tipo de termômetro tem sua própria faixa de temperatura específica. Portanto, a faixa de temperatura medida pelo usuário deve ser considerada de forma precisa e abrangente, nem muito estreita nem muito ampla. De acordo com a lei da radiação do corpo negro, na faixa de comprimento de onda curta do espectro, a mudança de energia radiante causada pela temperatura excederá a mudança de energia radiante causada pelo erro de emissividade.
2 Determine o tamanho do alvo: Os termômetros infravermelhos podem ser divididos em termômetros de cor única e termômetros de duas cores (termômetros colorimétricos de radiação) de acordo com o princípio. Para um termômetro monocromático, ao medir a temperatura, a área do alvo a ser medido deve preencher o campo de visão do termômetro. Recomenda-se que o tamanho do alvo medido exceda 50% do campo de visão. Se o tamanho do alvo for menor que o campo de visão, a energia da radiação de fundo entrará nos símbolos visuais e acústicos do termômetro e interferirá nas leituras de medição de temperatura, causando erros. Por outro lado, se o alvo for maior que o campo de visão do pirômetro, o pirômetro não será afetado pelo fundo fora da área de medição. Para um pirômetro de duas cores, a temperatura é determinada pela razão da energia radiante em duas bandas de comprimento de onda independentes. Portanto, quando o alvo a ser medido é pequeno, não preenche o campo de visão e há fumaça, poeira e obstruções no caminho de medição, que atenuam a energia da radiação, isso não terá um impacto significativo nos resultados da medição . Para alvos pequenos e móveis ou vibrantes, o termômetro de duas cores é a melhor escolha. Isso se deve ao pequeno diâmetro dos raios de luz e sua flexibilidade para transportar a energia radiante da luz por canais curvos, bloqueados e dobrados.
3 Determine o coeficiente de distância (resolução óptica): O coeficiente de distância é determinado pela razão de D:S, ou seja, a razão da distância D entre a sonda do termômetro ao alvo e o diâmetro do alvo medido. Se o termômetro precisar ser instalado longe do alvo devido às condições ambientais e um alvo pequeno precisar ser medido, um termômetro com alta resolução óptica deve ser selecionado. Quanto maior a resolução óptica, ou seja, aumentando a relação D:S, maior o custo do pirômetro. Se o termômetro estiver longe do alvo e o alvo for pequeno, um termômetro com alto coeficiente de distância deve ser selecionado. Para um pirômetro com distância focal fixa, o ponto focal do sistema óptico é a menor posição do ponto, e o ponto próximo e distante do ponto focal aumentará. Existem dois fatores de distância.
4. Determine a faixa de comprimento de onda: A emissividade e as características da superfície do material alvo determinam o comprimento de onda correspondente do espectro do pirômetro. Para materiais de liga de alta refletividade, há emissividade baixa ou variável. Na área de alta temperatura, o melhor comprimento de onda para medir materiais metálicos é o infravermelho próximo e 0.8-1.0 μm pode ser selecionado. Outras zonas de temperatura podem escolher 1,6μm, 2,2μm e 3,9μm. Como alguns materiais são transparentes em um determinado comprimento de onda, a energia infravermelha penetrará nesses materiais e um comprimento de onda especial deve ser selecionado para esse material.
5 Determine o tempo de resposta: O tempo de resposta indica a velocidade de reação do termômetro infravermelho à mudança de temperatura medida, que é definido como o tempo necessário para atingir 95% da energia da leitura final e está relacionado à constante de tempo do fotodetector, circuito de processamento de sinal e sistema de exibição relacionados. Se a velocidade de movimento do alvo for muito rápida ou ao medir um alvo de aquecimento rápido, um termômetro infravermelho de resposta rápida deve ser selecionado, caso contrário, a resposta de sinal suficiente não será alcançada e a precisão da medição será reduzida. No entanto, nem todas as aplicações requerem um termômetro infravermelho de resposta rápida. Para processos térmicos estáticos ou alvo com inércia térmica, o tempo de resposta do pirômetro pode ser relaxado.
6. Função de processamento de sinal: Tendo em vista a diferença entre o processo discreto (como produção de peças) e o processo contínuo, o termômetro infravermelho deve ter várias funções de processamento de sinal (como retenção de pico, retenção de vale, valor médio) para escolha, como medição de temperatura na correia transportadora Quando a garrafa é usada, é necessário usar o valor de pico para segurar e o sinal de saída de sua temperatura é enviado ao controlador. Caso contrário, o termômetro lê um valor de temperatura mais baixo entre as garrafas. Se estiver usando retenção de pico, defina o tempo de resposta do termômetro para ser ligeiramente maior do que o intervalo de tempo entre os frascos para que pelo menos um frasco esteja sempre sob medição.
7 Consideração das condições ambientais: As condições ambientais do termômetro têm grande influência nos resultados das medições, que devem ser consideradas e devidamente resolvidas, caso contrário afetarão a precisão da medição de temperatura e até causarão danos. Quando a temperatura ambiente é alta e há poeira, fumaça e vapor, pode-se selecionar a tampa protetora, refrigeração a água, sistema de refrigeração a ar, purgador de ar e outros acessórios fornecidos pelo fabricante. Esses acessórios podem efetivamente lidar com influências ambientais e proteger o termômetro para medição precisa de temperatura. Ao especificar os acessórios, o serviço padronizado deve ser solicitado o máximo possível para reduzir os custos de instalação.
8. Calibração do termômetro de radiação infravermelha: o termômetro infravermelho deve ser calibrado para que possa exibir corretamente a temperatura do alvo medido. Se a medição da temperatura do termômetro usado estiver fora da tolerância durante o uso, ele deverá ser devolvido ao fabricante ou ao centro de reparo para recalibração.
Características do Termômetro Infravermelho Quatro
1. Medição sem contato: não precisa tocar o interior ou a superfície do campo de temperatura medido, portanto não interfere no estado do campo de temperatura medido e o próprio termômetro não será danificado pelo campo de temperatura.
2. Ampla faixa de medição: Por ser uma medição de temperatura sem contato, o termômetro não está em um campo de temperatura superior ou inferior, mas funciona em uma temperatura normal ou nas condições permitidas pelo termômetro. Em circunstâncias normais, pode medir menos dezenas de graus a mais de três mil graus.
3. Velocidade de medição de temperatura rápida: ou seja, tempo de resposta rápido. Desde que a radiação infravermelha do alvo seja recebida, a temperatura pode ser corrigida em um curto espaço de tempo.
4. Alta precisão: A medição de temperatura por infravermelho não destruirá a distribuição de temperatura do próprio objeto, como a medição de temperatura de contato, portanto, a precisão da medição é alta.
5. Alta sensibilidade: Enquanto houver uma pequena mudança na temperatura do objeto, a energia da radiação mudará muito, o que é fácil de detectar. Ele pode medir a temperatura do campo de temperatura minúsculo e
6. Medição de distribuição de temperatura e medição de temperatura de objetos em movimento ou em rotação. Vida útil segura e longa.
Desvantagens de cinco termômetros infravermelhos:
1. Vulnerável a fatores ambientais (temperatura ambiente, poeira no ar, etc.)
2. Tem uma grande influência na leitura da temperatura da superfície metálica brilhante ou polida
3. Apenas limitado a medir a temperatura externa do objeto, é inconveniente medir a temperatura dentro do objeto e quando há obstáculos
Precauções para o uso de seis termômetros infravermelhos:
(1) A emissividade do objeto sob teste deve ser determinada com precisão;
(2) Evite a influência de objetos de alta temperatura no ambiente circundante;
(3) Para materiais transparentes, a temperatura ambiente deve ser inferior à temperatura do objeto medido;
(4) O termômetro deve ser alinhado verticalmente à superfície do objeto a ser medido, e sob nenhuma circunstância o ângulo deve exceder 30 graus
(5) Não pode ser usado para medição de temperatura em superfícies metálicas brilhantes ou polidas, e não pode ser usado para medição de temperatura através de vidro;
(6) Escolha corretamente o coeficiente de acompanhamento, o diâmetro do alvo deve preencher o campo de visão;
(7) Se o termômetro infravermelho for repentinamente exposto a uma diferença de temperatura ambiente de 20 graus ou mais, os dados de medição serão imprecisos e o valor da temperatura medida será obtido após o equilíbrio da temperatura. .
Sete planos de melhoria:
Como o termômetro infravermelho comum se limita apenas a medir a temperatura externa do objeto, é inconveniente medir a temperatura dentro do objeto e quando há obstáculos, portanto, uma seção de fibra óptica pode ser adicionada à cabeça de detecção e uma lente com um pequeno ângulo de visão pode ser instalado na extremidade frontal, de modo que a energia radiante do objeto medido passe pela lente para o interior da fibra óptica. Após múltiplas reflexões na fibra óptica, ela é transmitida ao detector. Como a fibra óptica pode ser dobrada livremente, a radiação pode ser girada livremente, o que resolve o problema de medir a temperatura interna do objeto e pode medir a temperatura de locais como cantos bloqueados por obstáculos.
