תקני עקרונות מדידה ודוגמאות יישום של מדי חום אינפרא אדום
ישנם יתרונות רבים לשימוש במדחום אינפרא אדום למדידת טמפרטורה ללא מגע, החל מחפצים קטנים או קשים לגישה ועד כימיקלים קורוזיביים וחומרי משטח רגישים. מאמר זה ידון ביתרון זה ויסביר את היקף היישום של קביעת הבחירה הנכונה של מדחום אינפרא אדום. בשל תנועתם של אטומים ומולקולות, כל עצם פולט גלים אלקטרומגנטיים, ואורך הגל או הטווח הספקטרלי החשוב ביותר למדידת טמפרטורה ללא מגע הוא בין 0.2 ל-2.0 μM. קרניים טבעיות בטווח זה מכונות קרינה תרמית או קרינה אינפרא אדומה.
מכשיר הבדיקה למדידת טמפרטורה על ידי קרינת אינפרא אדום של האובייקט הנמדד נקרא מדחום קרינה, מדחום קרינה או מדחום אינפרא אדום לפי התקן התעשייתי הגרמני DIN16160. שמות אלו חלים גם על מכשירים המודדים טמפרטורה באמצעות קרניים צבעוניות גלויות הנפלטות על ידי האובייקט הנמדד, וכן על מכשירים שגוזרים טמפרטורה מצפיפות הקרינה הספקטרלית היחסית.
יתרונות מדידת טמפרטורה באמצעות מדי חום אינפרא אדום
ישנם יתרונות רבים למדידת טמפרטורה ללא מגע על ידי קליטת קרינת אינפרא אדום מהאובייקט הנמדד. באופן זה ניתן לבצע מדידות טמפרטורה ללא בעיות עבור עצמים שקשה להגיע אליהם או להזיז אותם, כגון חומרים בעלי ביצועי העברת חום גרועים או קיבולת חום קטנה מאוד. זמן התגובה הקצר של מדחום האינפרא אדום יכול להשיג במהירות התאמה יעילה של המעגל. למדחום אין רכיבים שעלולים להתבלות ולכן אין עלות רציפה כמו שימוש במדחום. במיוחד באובייקטים נמדדים קטנים מאוד, כמו שימוש במדידת מגע, המוליכות התרמית של האובייקט תגרום לשגיאות מדידה משמעותיות. אין ספק שניתן להשתמש במדחום כאן, כמו גם עבור כימיקלים קורוזיביים או משטחים רגישים, כמו על פסי צבע, נייר ופלסטיק. על ידי מדידת שלט רחוק, ניתן להתרחק מאזורים מסוכנים, מה שהופך את המפעילים ללא מסוכנים.
עיקרון ובנייה של מדחום אינפרא אדום
מיקוד האינפרא אדום המתקבל מהאובייקט הנמדד על הגלאי דרך עדשה ומסנן. הגלאי מייצר אות זרם או מתח פרופורציונלי לטמפרטורה על ידי שילוב צפיפות הקרינה של האובייקט הנמדד. ברכיבים החשמליים המחוברים, אות הטמפרטורה עובר ליניאריזציה, אזור הפליטה מתוקן ומומר לאות פלט סטנדרטי.
באופן עקרוני, ישנם שני סוגים של גלאי טמפרטורה: גלאי טמפרטורה ניידים וגלאי טמפרטורה קבועים. לכן, בעת בחירת גלאי טמפרטורה אינפרא אדום מתאים לנקודות מדידה שונות, המאפיינים הבאים יהיו העיקריים שבהם:
1. קולימטור
לקולימטור יש את הפונקציה הזו, וניתן לראות את גוש המדידה או נקודת המדידה שמתייחסים אליה. אזורים גדולים של האובייקט הנמדד יכולים לעתים קרובות להיות ללא הקולימטור. בעת מדידת עצמים קטנים ומרחקים מרוחקים, מומלץ להשתמש בכוונת בצורת מראה שקופה עם סקאלת לוח מחוונים או נקודת הצבעה בלייזר.
2. עדשה
העדשה קובעת את הנקודה הנמדדת של המדחום. עבור עצמים גדולים, מדחום עם אורך מוקד קבוע מספיק בדרך כלל. אך כאשר מרחק המדידה רחוק מנקודת המוקד, התמונה של קצה נקודת המדידה תהיה לא ברורה. מסיבה זו, עדיף להשתמש בעדשת זום. בתוך טווח הזום הנתון, מד החום יכול להתאים את מרחק המדידה. למדחום החדש יש עדשה ניתנת להחלפה עם זום, וניתן להחליף את העדשות הקרובות והרחוקות ללא כיול ובדיקה חוזרת.
3. חיישנים, כלומר מקלטים ספקטרליים
בעת בחירת רגישות ספקטרלית, יש לתת את הדעת גם לרצועות ספקטרלי הספיגה של מימן ופחמן דו חמצני. בתוך טווח אורכי גל מסוים, המכונה "חלון האטמוספירה", H2 ו-CO2 כמעט חודרים לאור אינפרא אדום. לכן, הרגישות של המדחום לשונות האור חייבת להיות בטווח זה כדי למנוע את ההשפעה של שינויים בריכוז האטמוספרי. כאשר מודדים סרטים דקים או זכוכית, יש צורך להתחשב גם בחומרים שלא חודרים בקלות בטווח אורכי גל מסוים. על מנת למנוע טעויות מדידה הנגרמות על ידי אור רקע, נעשה שימוש בחיישנים מתאימים הקולטים רק טמפרטורת פני השטח. למתכות יש את המאפיין הפיזי הזה, והפליטה עולה עם הירידה באורך הגל. בהתבסס על ניסיון, מדידת הטמפרטורה של מתכות בוחרת בדרך כלל באורך גל מדידה קצר יותר.
