עקרון תיאורטי ויישום של מדחום אינפרא אדום
ישנן דרכים רבות למדידת טמפרטורה. ניתן לחלק מדי חום לשני סוגים: מכשירי מדידת טמפרטורת מגע ומכשירי מדידת טמפרטורה ללא מגע. סוג המגע כולל את מדחום הנוזל המוכר, מדחום צמד תרמי ומדחום התנגדות תרמית ועוד, כידוע טמפרטורה היא אחד הפרמטרים החשובים ביותר במערכות חימום, אספקת גז, אוורור ומיזוג אוויר. במיוחד בתהליך של מדידה הנדסית תרמית, דיוק הטמפרטורה הוא לרוב המפתח להצלחת הניסוי או לכישלון. לכן, מכשיר למדידת טמפרטורה ברמת דיוק גבוהה חיוני בהנדסה. לכן, מאמר זה מציג כמה עקרונות ויישומים של מדי חום אינפרא אדום בכלי מדידת טמפרטורה.
עקרון תיאורטי של מדידת טמפרטורה אינפרא אדום:
בטבע, כאשר הטמפרטורה של עצם גבוהה מהאפס המוחלט, עקב קיומה של תנועה תרמית פנימית, הוא יקרין ברציפות גלים אלקטרומגנטיים לסביבה, כולל קרני אינפרא אדום בפס גל של 0.75µm~ 100 מיקרומטר. המאפיין שלו הוא שבטמפרטורה ואורך גל נתונים, לאנרגיית הקרינה הנפלטת עצם יש ערך מרבי. סוג זה של חומר נקרא גוף שחור, ומקדם ההשתקפות שלו מוגדר ל-1. מקדם ההשתקפות של חומרים אחרים הוא פחות מ-1, הנקרא זה גוף אפור, מכיוון שעוצמת הקרינה הספקטרלית P(λT) של הגוף השחור והטמפרטורה המקסימלית T מספקת את קביעתו של פלאנק. הוא מראה שבטמפרטורה המקסימלית T, כוח הקרינה של הגוף השחור ליחידת שטח באורך הגל λ הוא P(λT).
ככל שהטמפרטורה עולה, אנרגיית הקרינה של האובייקט מתחזקת. זוהי נקודת המוצא של תורת קרינת אינפרא אדום והבסיס העיצובי של מדחום אינפרא אדום בפס יחיד.
ככל שהטמפרטורה עולה, שיא הקרינה נע לכיוון הגל הקצר (משמאל), והוא עומד במשפט התזוזה של וויין, אורך הגל בשיא הוא ביחס הפוך לטמפרטורה המקסימלית T, והקו המקווקו הוא הקו מחבר את השיא. נוסחה זו מספרת לנו מדוע מדי חום בטמפרטורה גבוהה פועלים בעיקר בגלים קצרים, ומדחום בטמפרטורה נמוכה פועלים בעיקר בגלים ארוכים.
קצב השינוי של אנרגיית הקרינה עם הטמפרטורה גדול יותר בגל הקצר מאשר בגל הארוך, כלומר למדחום הפועל בגל הקצר הוא בעל יחס אות לרעש גבוה יחסית (רגישות גבוהה) וחזק נגד הפרעות. המדחום צריך לנסות לבחור לעבוד בשיא אורך הגל. במיוחד במקרה של טמפרטורה נמוכה ומטרות קטנות, זה חשוב במיוחד.
שני: מדחום אינפרא אדום מורכב ממערכת אופטית, גלאי פוטואלקטרי, מגבר אות, עיבוד אותות, פלט תצוגה וחלקים אחרים. הקרינה מהאובייקט הנמדד וממקור המשוב מווסתת על ידי המאפנן ואז נכנסת לגלאי האינפרא אדום. ההבדל בין שני האותות מוגבר על ידי האנטי-מגבר ושולט בטמפרטורה של מקור המשוב, כך שהקרינה הספקטרלית של מקור המשוב זהה לזו של האובייקט. התצוגה מציינת את טמפרטורת הבהירות של האובייקט הנמדד
מחווני ביצועים ובחירה של שלושה מדי חום אינפרא אדום:
מדדי הביצועים של מדי חום אינפרא אדום כוללים: טווח מדידת טמפרטורה, רזולוציית תצוגה, דיוק, טווח טמפרטורות של סביבת עבודה, יכולת חזרה, לחות יחסית, זמן תגובה, אספקת חשמל, ספקטרום תגובה, גודל, תצוגת ערך מקסימלי, משקל, פליטות וכו'. לדברים הבאים בעת הבחירה:
1. קבע את טווח מדידת הטמפרטורה: טווח מדידת הטמפרטורה הוא מדד הביצועים החשוב ביותר של המדחום. לכל סוג של מדחום יש טווח טמפרטורות ספציפי משלו. לכן, יש להתייחס בצורה מדויקת ומקיפה לטווח הטמפרטורות הנמדד של המשתמש, לא צר מדי ולא רחב מדי. על פי חוק קרינת הגוף השחור, ברצועת אורך הגל הקצרה של הספקטרום, השינוי של אנרגיית הקרינה הנגרם על ידי טמפרטורה יעלה על השינוי של אנרגיית הקרינה הנגרם כתוצאה משגיאת פליטות.
2 קבע את גודל היעד: ניתן לחלק מדי חום אינפרא אדום למדחום חד צבעוני ומדחום דו צבעוני (מדחום קולורימטרי קרינה) לפי העיקרון. עבור מדחום מונוכרומטי, בעת מדידת טמפרטורה, שטח המטרה המיועד למדוד צריך למלא את שדה הראייה של המדחום. מומלץ שגודל המטרה הנמדד יעלה על 50 אחוז משדה הראייה. אם גודל המטרה קטן משדה הראייה, אנרגיית קרינת הרקע תיכנס לסמלים החזותיים והאקוסטיים של המדחום ותפריע לקריאת מדידת הטמפרטורה, ותגרום לשגיאות. לעומת זאת, אם המטרה גדולה משדה הראייה של הפירומטר, הפיירומטר לא יושפע מרקע מחוץ לאזור המדידה. עבור פירומטר דו צבעים, הטמפרטורה נקבעת על ידי היחס בין אנרגיית הקרינה בשתי פסי אורך גל עצמאיים. לכן, כאשר היעד הנמדד קטן, אינו ממלא את שדה הראייה, ויש עשן, אבק וחסימות בנתיב המדידה, המחלישים את אנרגיית הקרינה, לא תהיה לכך השפעה משמעותית על תוצאות המדידה. . עבור מטרות קטנות ונעות או רוטטות, מדחום דו-צבעי הוא הבחירה הטובה ביותר. זאת בשל הקוטר הקטן של קרני האור וגמישותן להעביר אנרגיית קרינת אור על פני תעלות מעוקלות, חסומות ומקופלות.
3 קבעו את מקדם המרחק (רזולוציה אופטית): מקדם המרחק נקבע על פי היחס של D:S, כלומר היחס בין המרחק D בין הגשושית של המדחום למטרה לבין קוטר המטרה הנמדדת. אם יש להתקין את המדחום הרחק מהמטרה בגלל תנאי הסביבה, ולמדוד מטרה קטנה, יש לבחור מדחום בעל רזולוציה אופטית גבוהה. ככל שהרזולוציה האופטית גבוהה יותר, כלומר הגדלת יחס D:S, כך עלות הפיירומטר גבוהה יותר. אם המדחום רחוק מהמטרה והמטרה קטנה, יש לבחור מדחום בעל מקדם מרחק גבוה. עבור פירומטר עם אורך מוקד קבוע, נקודת המוקד של המערכת האופטית היא המיקום הקטן ביותר של הנקודה, והנקודה הקרובה והמרוחקת מנקודת המוקד תגדל. ישנם שני גורמי מרחק.
4. קבע את טווח אורכי הגל: מאפייני הפליטה ומאפייני פני השטח של חומר המטרה קובעים את אורך הגל המתאים של ספקטרום הפירומטר. לחומרי סגסוגת בעלי רפלקטיביות גבוהה, יש פליטות נמוכה או משתנה. באזור הטמפרטורה הגבוהה, אורך הגל הטוב ביותר למדידת חומרי מתכת הוא כמעט אינפרא אדום, וניתן לבחור 0.8-1.0 מיקרומטר. אזורי טמפרטורה אחרים יכולים לבחור 1.6 מיקרומטר, 2.2 מיקרומטר ו-3.9 מיקרומטר. מכיוון שחלק מהחומרים שקופים באורך גל מסוים, תחדור לחומרים אלו אנרגיית אינפרא אדום, ולחומר זה יש לבחור אורך גל מיוחד.
5 קבע את זמן התגובה: זמן התגובה מציין את מהירות התגובה של מדחום האינפרא אדום לשינוי הטמפרטורה הנמדד, המוגדר כזמן הדרוש להגיע ל-95 אחוז מהאנרגיה של הקריאה הסופית, והוא קשור לקבוע הזמן של הפוטו-גלאי, מעגל עיבוד אותות ומערכת תצוגה הקשורים. אם מהירות התנועה של המטרה מהירה מאוד או בעת מדידת מטרה המחממת במהירות, יש לבחור מדחום אינפרא אדום בעל תגובה מהירה, אחרת לא תושג תגובת האות המספקת, ודיוק המדידה יקטן. עם זאת, לא כל היישומים דורשים מדחום אינפרא אדום בעל תגובה מהירה. עבור תהליכים תרמיים סטטיים או מטרה עם אינרציה תרמית, ניתן להרגיע את זמן התגובה של הפירומטר.
6. פונקציית עיבוד אותות: לאור ההבדל בין התהליך הבדיד (כגון ייצור חלקים) לבין התהליך הרציף, מדחום האינפרא אדום נדרש למספר פונקציות עיבוד אותות (כגון החזקה של שיא, החזקה בעמק, ערך ממוצע) כדי לבחור מתוך, כגון מדידת טמפרטורה על המסוע כאשר נעשה שימוש בבקבוק, יש צורך להשתמש בערך השיא כדי להחזיק, ואות הפלט של הטמפרטורה שלו נשלח לבקר. אחרת המדחום קורא ערך טמפרטורה נמוך יותר בין הבקבוקים. אם אתה משתמש בהחזקת שיא, הגדר את זמן התגובה של מד החום להיות מעט יותר מרווח הזמן בין הבקבוקים כך שלפחות בקבוק אחד נמצא תמיד במדידה.
7 התחשבות בתנאי הסביבה: לתנאי הסביבה של המדחום יש השפעה רבה על תוצאות המדידה, אותן יש להתחשב ולפתור כראוי, אחרת ישפיע על דיוק מדידת הטמפרטורה ואף יגרום לנזק. כאשר טמפרטורת הסביבה גבוהה ויש אבק, עשן וקיטור, ניתן לבחור את כיסוי המגן, קירור המים, מערכת קירור האוויר, מטהר האוויר ואביזרים נוספים שסופקו על ידי היצרן. אביזרים אלה יכולים לתת מענה יעיל להשפעות סביבתיות ולהגן על המדחום למדידת טמפרטורה מדויקת. בעת ציון אביזרים, יש לבקש שירות סטנדרטיזציה ככל האפשר כדי להפחית את עלויות ההתקנה.
8. כיול מדחום קרינה אינפרא אדום: יש לכייל את מדחום האינפרא אדום כך שיוכל להציג בצורה נכונה את הטמפרטורה של המטרה הנמדדת. אם מדידת הטמפרטורה של המדחום המשמש מחוץ לסובלנות במהלך השימוש, יש להחזירו ליצרן או למרכז התיקונים לצורך כיול מחדש.
תכונות של ארבעה מדחום אינפרא אדום
1. מדידה ללא מגע: אין צורך לגעת בפנים או במשטח של שדה הטמפרטורה הנמדדת, כך שהיא לא תפריע למצב שדה הטמפרטורה הנמדדת, והמדחום עצמו לא ייפגע משדה הטמפרטורה.
2. טווח מדידה רחב: מכיוון שמדובר במדידת טמפרטורה ללא מגע, המדחום אינו נמצא בשדה טמפרטורה גבוה או נמוך יותר, אלא פועל בטמפרטורה רגילה או בתנאים שמאפשר המדחום. בנסיבות רגילות, הוא יכול למדוד מינוס עשרות מעלות עד ליותר משלושת אלפים מעלות.
3. מהירות מדידת טמפרטורה מהירה: כלומר, זמן תגובה מהיר. כל עוד מתקבלת קרינת האינפרא אדום של המטרה, ניתן לתקן את הטמפרטורה תוך זמן קצר.
4. דיוק גבוה: מדידת טמפרטורה אינפרא אדום לא תהרוס את התפלגות הטמפרטורה של האובייקט עצמו כמו מדידת טמפרטורת מגע, כך שדיוק המדידה גבוה.
5. רגישות גבוהה: כל עוד יש שינוי קטן בטמפרטורה של העצם, אנרגיית הקרינה תשתנה מאוד, שקל לזהות. זה יכול למדוד את הטמפרטורה של שדה טמפרטורה זעיר ו
6. מדידת חלוקת טמפרטורה, ומדידת טמפרטורה של עצמים נעים או מסתובבים. חיי שירות בטוחים וארוכים.
החסרונות של חמישה מדי חום אינפרא אדום:
1. פגיע לגורמים סביבתיים (טמפרטורת הסביבה, אבק באוויר וכו')
2. יש לו השפעה רבה על קריאת הטמפרטורה של משטח המתכת הבהיר או המלוטש
3. מוגבל רק למדידת הטמפרטורה החיצונית של החפץ, לא נוח למדוד את הטמפרטורה בתוך החפץ וכאשר יש מכשולים
אמצעי זהירות לשימוש בשישה מדי חום אינפרא אדום:
(1) יש לקבוע במדויק את כושר הפליטה של האובייקט הנבדק;
(2) הימנע מהשפעת עצמים בטמפרטורה גבוהה בסביבה הסובבת;
(3) עבור חומרים שקופים, טמפרטורת הסביבה צריכה להיות נמוכה מהטמפרטורה של האובייקט הנמדד;
(4) המדחום צריך להיות מיושר אנכית לפני השטח של האובייקט הנמדד, ובשום פנים ואופן אסור שהזווית תעלה על 30 מעלות
(5) לא ניתן להשתמש בו למדידת טמפרטורה על משטחי מתכת בהירים או מלוטשים, ואינו יכול לשמש למדידת טמפרטורה באמצעות זכוכית;
(6) בחר נכון את מקדם המעקב, קוטר היעד חייב למלא את שדה הראייה;
(7) אם מדחום האינפרא אדום נחשף לפתע להפרש טמפרטורת סביבה של 20 מעלות ומעלה, נתוני המדידה יהיו לא מדויקים, וערך הטמפרטורה הנמדד יילקח לאחר איזון הטמפרטורה. .
שבע תוכניות שיפור:
מכיוון שהמדחום האינפרא אדום הרגיל מוגבל רק למדידת הטמפרטורה החיצונית של האובייקט, לא נוח למדוד את הטמפרטורה בתוך האובייקט וכאשר יש מכשולים, ולכן ניתן להוסיף קטע של סיב אופטי לראש הזיהוי, ועדשה עם זווית צפייה קטנה ניתן להתקין בקצה הקדמי, כך שאנרגיית הקרינה של האובייקט הנמדד עוברת דרך העדשה אל פנים הסיב האופטי. לאחר השתקפויות מרובות בסיב האופטי, הוא מועבר לגלאי. מכיוון שניתן לכופף את הסיב האופטי בחופשיות, ניתן להפוך את הקרינה בחופשיות, מה שפותר את בעיית מדידת הטמפרטורה הפנימית של האובייקט, ויכול למדוד את הטמפרטורה של מקומות כמו פינות חסומות במכשולים.
