Analisis Penerapan Teknologi Termometer Inframerah Modern
Prinsip pengukuran suhu termometer inframerah adalah mengubah energi radiasi inframerah yang dipancarkan oleh objek menjadi sinyal listrik. Ukuran energi pancaran infra merah sesuai dengan suhu benda itu sendiri. Sesuai dengan ukuran sinyal listrik yang dikonversi, suhu objek dapat ditentukan. Teknologi pengukuran suhu inframerah telah dikembangkan untuk memindai dan mengukur suhu permukaan dengan perubahan termal, menentukan gambar distribusi suhunya, dan dengan cepat mendeteksi perbedaan suhu yang tersembunyi. Ini adalah imager termal inframerah. Kamera pencitraan termal inframerah pertama kali digunakan di militer. Pada tahun 2019, TI Corporation Amerika Serikat mengembangkan sistem pengintaian pemindaian inframerah pertama di dunia. Belakangan, teknologi pencitraan termal inframerah secara berturut-turut digunakan di pesawat terbang, tank, kapal perang, dan senjata lainnya di negara-negara Barat , sebagai sistem penampakan termal untuk target pengintaian, ini sangat meningkatkan kemampuan untuk mencari dan mencapai target. Kamera pencitraan termal inframerah yang diproduksi oleh perusahaan Swedia AGA berada di posisi terdepan dalam teknologi sipil.
Termometer inframerah terdiri dari sistem optik, detektor fotolistrik, penguat sinyal, pemrosesan sinyal, keluaran tampilan, dan bagian lainnya. Sistem optik mengumpulkan energi radiasi inframerah target dalam bidang pandangnya, dan ukuran bidang pandang ditentukan oleh bagian optik termometer dan posisinya. Energi inframerah difokuskan pada fotodetektor dan diubah menjadi sinyal listrik yang sesuai. Sinyal melewati rangkaian penguat dan pemrosesan sinyal, dan diubah menjadi nilai suhu target yang diukur setelah dikoreksi sesuai dengan algoritme perlakuan internal instrumen dan emisivitas target.
Di alam, semua benda dengan suhu lebih tinggi dari nol mutlak secara konstan memancarkan energi radiasi infra merah ke ruang sekitarnya. Besar kecilnya energi radiasi infra merah suatu benda dan distribusinya menurut panjang gelombang memiliki hubungan yang sangat erat dengan suhu permukaannya. Oleh karena itu, dengan mengukur energi infra merah yang dipancarkan oleh objek itu sendiri, suhu permukaannya dapat ditentukan secara akurat, yang merupakan dasar objektif untuk pengukuran suhu radiasi infra merah.
Benda hitam adalah radiator ideal, yang menyerap semua panjang gelombang energi radiasi, tidak memiliki refleksi atau transmisi energi, dan memiliki emisivitas 1 pada permukaannya. Namun, objek praktis di alam hampir bukan benda hitam. Untuk mengklarifikasi dan mendapatkan distribusi radiasi infra merah, model yang sesuai harus dipilih dalam penelitian teoritis. Ini adalah model osilator terkuantisasi dari radiasi rongga tubuh yang diusulkan oleh Planck, sehingga Hukum radiasi benda hitam Planck diturunkan, yaitu pancaran spektral benda hitam yang dinyatakan oleh panjang gelombang, yang merupakan titik awal dari semua teori radiasi infra merah, jadi ini adalah disebut hukum radiasi benda hitam. Jumlah radiasi dari semua objek aktual tidak hanya bergantung pada panjang gelombang radiasi dan suhu objek, tetapi juga pada jenis bahan yang menyusun objek, metode persiapan, proses termal, keadaan permukaan, dan kondisi lingkungan.
Pengukuran suhu inframerah mengadopsi metode analisis titik demi titik, yaitu, radiasi termal area lokal objek difokuskan pada satu detektor, dan daya radiasi diubah menjadi suhu melalui emisivitas objek yang diketahui. . Karena objek yang terdeteksi berbeda, rentang pengukuran dan kesempatan penggunaan, desain penampilan dan struktur internal termometer inframerah berbeda, tetapi struktur dasarnya umumnya serupa, terutama termasuk sistem optik, fotodetektor, penguat sinyal dan pemrosesan sinyal, output tampilan dan lainnya bagian. Radiasi inframerah yang dipancarkan oleh radiator. Memasuki sistem optik, radiasi infra merah dimodulasi menjadi radiasi bolak-balik oleh modulator, dan diubah menjadi sinyal listrik yang sesuai oleh detektor. Sinyal melewati amplifier dan sirkuit pemrosesan sinyal, dan diubah menjadi nilai suhu target yang diukur setelah dikoreksi sesuai dengan algoritme dalam instrumen dan emisivitas target.
Tiga kategori termometer inframerah:
(1) Termometer inframerah untuk penggunaan manusia: Termometer inframerah tipe dahi adalah termometer yang menggunakan prinsip penerimaan inframerah untuk mengukur tubuh manusia. Saat digunakan, Anda hanya perlu menyelaraskan jendela deteksi dengan dahi, dan Anda dapat mengukur suhu tubuh dengan cepat dan akurat.
(2) Termometer inframerah industri: Termometer inframerah industri mengukur suhu permukaan objek, dan sensor optiknya memancarkan, memantulkan dan mentransmisikan energi, dan kemudian energi dikumpulkan dan difokuskan oleh probe, dan kemudian informasi diubah menjadi bacaan ditampilkan oleh sirkuit lain Pada mesin, sinar laser yang dilengkapi dengan mesin ini lebih efektif dalam membidik objek yang diukur dan meningkatkan akurasi pengukuran.
(3) Termometer inframerah untuk peternakan: Termometer inframerah non-kontak untuk hewan didasarkan pada prinsip Planck, dengan secara akurat mengukur suhu permukaan tubuh bagian tertentu dari permukaan tubuh hewan, dan mengoreksi perbedaan suhu antara suhu permukaan tubuh dan suhu sebenarnya. Dapat secara akurat menampilkan suhu tubuh individu hewan.
Menentukan rentang panjang gelombang: Sifat emisivitas dan permukaan bahan target menentukan respons spektral atau panjang gelombang pirometer. Untuk bahan paduan reflektifitas tinggi, ada emisivitas rendah atau bervariasi. Di area bersuhu tinggi, panjang gelombang terbaik untuk mengukur bahan logam adalah mendekati inframerah, dan panjang gelombang {{0}}.18-1.0μm dapat dipilih. Zona suhu lainnya dapat memilih panjang gelombang 1,6μm, 2,2μm, dan 3,9μm. Karena beberapa bahan transparan pada panjang gelombang tertentu, energi infra merah akan menembus bahan ini, dan panjang gelombang khusus harus dipilih untuk bahan ini. Misalnya, panjang gelombang 10 μm, 2,2 μm, dan 3,9 μm digunakan untuk mengukur suhu internal kaca (kaca yang akan diuji harus sangat tebal, jika tidak kaca akan melewatinya); panjang gelombang 5,0 μm digunakan untuk mengukur suhu internal kaca; ; Contoh lain adalah mengukur film plastik polietilen dengan panjang gelombang 3,43 μm, dan poliester dengan panjang gelombang 4,3 μm atau 7,9 μm.
Tentukan waktu respons: Waktu respons menunjukkan kecepatan reaksi termometer inframerah terhadap perubahan suhu terukur, yang didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk mencapai 95 persen energi pembacaan akhir, yang terkait dengan konstanta waktu termometer fotodetektor, sirkuit pemrosesan sinyal dan sistem tampilan. Waktu respons termometer inframerah baru dapat mencapai 1ms. Ini jauh lebih cepat daripada metode pengukuran suhu kontak. Jika kecepatan pergerakan target sangat cepat atau saat mengukur target yang memanas dengan cepat, termometer inframerah respons cepat harus dipilih, jika tidak, respons sinyal yang memadai tidak akan tercapai, dan akurasi pengukuran akan berkurang. Namun, tidak semua aplikasi memerlukan termometer inframerah respons cepat. Untuk proses termal statis atau target di mana terdapat inersia termal, waktu respons pirometer dapat dilonggarkan. Oleh karena itu, pemilihan waktu respon termometer infra merah harus disesuaikan dengan situasi target yang diukur.
Resolusi optik ditentukan oleh rasio D ke S, yang merupakan rasio jarak D antara pirometer ke target dan diameter S titik pengukuran. Jika termometer harus dipasang jauh dari target karena kondisi lingkungan, dan target kecil harus diukur, termometer dengan resolusi optik tinggi harus dipilih. Semakin tinggi resolusi optik, yaitu meningkatkan rasio D:S, semakin tinggi biaya pirometer tersebut.
Menentukan rentang panjang gelombang: Sifat emisivitas dan permukaan bahan target menentukan respons spektral atau panjang gelombang pirometer. Untuk bahan paduan reflektifitas tinggi, ada emisivitas rendah atau bervariasi. Di area bersuhu tinggi, panjang gelombang terbaik untuk mengukur bahan logam adalah mendekati inframerah, dan panjang gelombang {{0}}.18-1.{{10}}μm dapat terpilih. Zona suhu lainnya dapat memilih panjang gelombang 1,6μm, 2,2μm, dan 3,9μm. Karena beberapa bahan transparan pada panjang gelombang tertentu, energi infra merah akan menembus bahan ini, dan panjang gelombang khusus harus dipilih untuk bahan ini. Misalnya, panjang gelombang 1,0 μm, 2,2 μm, dan 3,9 μm digunakan untuk mengukur suhu internal kaca (kaca yang akan diuji harus sangat tebal, jika tidak kaca akan melewatinya); panjang gelombang 5,0 μm digunakan untuk mengukur suhu internal kaca; panjang gelombang 8-14 μm digunakan untuk pengukuran rendah Disarankan; contoh lain adalah mengukur panjang gelombang 3,43 μm untuk film plastik polietilen, dan panjang gelombang 4,3 μm atau 7,9 μm untuk poliester.
Tentukan waktu respons: Waktu respons menunjukkan kecepatan reaksi termometer inframerah terhadap perubahan suhu terukur, yang didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk mencapai 95 persen energi pembacaan akhir, yang terkait dengan konstanta waktu termometer fotodetektor, sirkuit pemrosesan sinyal dan sistem tampilan. Waktu respons termometer inframerah merek Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM dapat mencapai 1ms. Ini jauh lebih cepat daripada metode pengukuran suhu kontak. Jika kecepatan pergerakan target sangat cepat atau saat mengukur target yang memanas dengan cepat, termometer inframerah respons cepat harus dipilih, jika tidak, respons sinyal yang memadai tidak akan tercapai, dan akurasi pengukuran akan berkurang. Namun, tidak semua aplikasi memerlukan termometer inframerah respons cepat. Untuk proses termal statis atau target di mana terdapat inersia termal, waktu respons pirometer dapat dilonggarkan. Oleh karena itu, pemilihan waktu respon termometer infra merah harus disesuaikan dengan situasi target yang diukur.
Fungsi pemrosesan sinyal: Mengukur proses diskrit (seperti produksi suku cadang) berbeda dari proses kontinu, membutuhkan termometer inframerah untuk memiliki fungsi pemrosesan sinyal (seperti penahan puncak, penahan lembah, nilai rata-rata). Misalnya, saat mengukur suhu kaca pada sabuk konveyor, nilai puncak harus digunakan untuk menahan, dan sinyal keluaran suhunya dikirim ke pengontrol.
Pertimbangan kondisi lingkungan: Kondisi lingkungan termometer memiliki pengaruh besar pada hasil pengukuran, yang harus diperhatikan dan diselesaikan dengan baik, jika tidak maka akan mempengaruhi keakuratan pengukuran suhu bahkan menyebabkan kerusakan pada termometer. Ketika suhu sekitar terlalu tinggi dan terdapat debu, asap, dan uap, Anda dapat memilih penutup pelindung, pendingin air, sistem pendingin udara, peniup udara, dan aksesori lain yang disediakan oleh pabrikan. Aksesori ini dapat mengatasi pengaruh lingkungan secara efektif dan melindungi termometer untuk pengukuran suhu yang akurat. Saat menentukan aksesori, layanan standarisasi harus diminta sebanyak mungkin untuk mengurangi biaya pemasangan. Saat asap, debu, atau partikel lain mengurangi sinyal energi pengukuran, termometer dua warna adalah pilihan terbaik. Di bawah kebisingan, medan elektromagnetik, getaran atau kondisi lingkungan yang tidak dapat diakses, atau kondisi keras lainnya, termometer dua warna serat optik adalah pilihan terbaik.
Dalam aplikasi dengan bahan tertutup atau berbahaya seperti wadah atau ruang vakum, pirometer melihat melalui jendela. Bahannya harus cukup kuat dan melewati rentang panjang gelombang pengoperasian pirometer yang digunakan. Tentukan juga apakah operator juga perlu mengamati melalui jendela, jadi pilihlah lokasi pemasangan dan bahan jendela yang sesuai untuk menghindari pengaruh timbal balik. Dalam aplikasi pengukuran suhu rendah, bahan Ge atau Si biasanya digunakan sebagai jendela, yang buram terhadap cahaya tampak, dan mata manusia tidak dapat mengamati target melalui jendela tersebut. Jika operator harus melewati target jendela, bahan optik yang mentransmisikan radiasi infra merah dan cahaya tampak harus digunakan. Misalnya, bahan optik yang mentransmisikan radiasi infra merah dan cahaya tampak harus digunakan sebagai bahan jendela, seperti ZnSe atau BaF2.
Operasi sederhana dan penggunaan yang mudah: Termometer inframerah harus intuitif, mudah dioperasikan, dan mudah digunakan oleh operator. Diantaranya, termometer inframerah portabel berukuran kecil, ringan, dan dibawa oleh orang-orang yang mengintegrasikan pengukuran suhu dan keluaran tampilan. Alat pengukur suhu dapat menampilkan suhu dan mengeluarkan berbagai informasi suhu pada panel layar, dan beberapa dapat dioperasikan dengan remote control atau program perangkat lunak komputer.
Dalam kasus kondisi lingkungan yang keras dan rumit, sistem dengan kepala dan tampilan pengukur suhu terpisah dapat dipilih untuk kemudahan pemasangan dan konfigurasi. Bentuk keluaran sinyal yang cocok dengan peralatan kontrol arus dapat dipilih. Kalibrasi termometer radiasi infra merah: termometer infra merah harus dikalibrasi sehingga dapat menampilkan suhu target yang diukur dengan benar. Jika pengukuran suhu termometer yang digunakan di luar toleransi selama penggunaan, perlu dikembalikan ke pabrik atau pusat perbaikan untuk dikalibrasi ulang.
