Prinsip Teoritis dan Penerapan Termometer Inframerah
Ada banyak cara untuk mengukur suhu. Termometer dapat dibagi menjadi dua jenis: alat pengukur suhu kontak dan alat pengukur suhu non-kontak. Jenis kontak termasuk termometer cair yang sudah dikenal, termometer termokopel dan termometer tahan panas, dll. Seperti yang kita semua tahu, suhu adalah salah satu parameter terpenting dalam sistem pemanas, pasokan gas, ventilasi, dan pendingin udara. Khususnya dalam proses pengukuran teknik termal, keakuratan suhu seringkali menjadi kunci keberhasilan atau kegagalan percobaan. Oleh karena itu, alat pengukur suhu dengan akurasi tinggi sangat penting dalam rekayasa. Oleh karena itu, artikel ini memperkenalkan beberapa prinsip dan aplikasi termometer inframerah pada alat pengukur suhu.
Prinsip teoritis pengukuran suhu inframerah:
Di alam, ketika suhu suatu benda lebih tinggi dari nol mutlak, karena adanya gerakan termal internal, ia akan terus memancarkan gelombang elektromagnetik ke sekitarnya, termasuk sinar infra merah dengan pita gelombang 0.75µm~ 100µm. Karakteristiknya adalah bahwa pada suhu dan panjang gelombang tertentu, energi radiasi yang dipancarkan suatu benda memiliki nilai maksimum. Bahan semacam ini disebut benda hitam, dan koefisien pantulannya ditetapkan 1. Koefisien pantulan bahan lain kurang dari 1, disebut Benda abu-abu, karena daya radiasi spektral P(λT) benda hitam dan suhu maksimum T memenuhi penentuan Planck. Terlihat bahwa pada suhu maksimum T, daya radiasi benda hitam per satuan luas pada panjang gelombang λ adalah P(λT).
Saat suhu naik, energi radiasi objek menjadi lebih kuat. Ini adalah titik awal teori radiasi infra merah dan dasar desain termometer infra merah pita tunggal.
Dengan meningkatnya suhu, puncak radiasi bergerak ke arah gelombang pendek (ke kiri), dan memenuhi teorema perpindahan Wien, panjang gelombang di puncak berbanding terbalik dengan suhu maksimum T, dan garis putus-putus adalah garis menghubungkan puncak. Rumus ini memberi tahu kita mengapa termometer suhu tinggi kebanyakan bekerja pada gelombang pendek, dan termometer suhu rendah kebanyakan bekerja pada gelombang panjang.
Laju perubahan energi radiasi dengan suhu lebih besar pada gelombang pendek daripada gelombang panjang, artinya, termometer yang bekerja pada gelombang pendek memiliki rasio signal-to-noise yang relatif tinggi (sensitivitas tinggi) dan kuat. anti gangguan. Termometer harus mencoba memilih untuk bekerja pada panjang gelombang puncak. Terutama dalam kasus suhu rendah dan target kecil, ini sangat penting.
Dua: Termometer inframerah terdiri dari sistem optik, detektor fotolistrik, penguat sinyal, pemrosesan sinyal, keluaran tampilan, dan bagian lainnya. Radiasi dari objek yang diukur dan sumber umpan balik dimodulasi oleh modulator dan kemudian dimasukkan ke detektor infra merah. Perbedaan antara dua sinyal diperkuat oleh anti-amplifier dan mengontrol suhu sumber umpan balik, sehingga pancaran spektral dari sumber umpan balik sama dengan objek. Layar menunjukkan suhu kecerahan objek yang diukur
Indikator kinerja dan pemilihan tiga termometer inframerah:
Indikator kinerja termometer inframerah meliputi: rentang pengukuran suhu, resolusi tampilan, akurasi, rentang suhu lingkungan kerja, pengulangan, kelembapan relatif, waktu respons, catu daya, spektrum respons, ukuran, tampilan nilai maksimum, berat, emisivitas, dll. Perhatikan sebagai berikut saat memilih:
1. Tentukan rentang pengukuran suhu: Rentang pengukuran suhu adalah indeks kinerja termometer yang paling penting. Setiap jenis termometer memiliki kisaran suhu tertentu. Oleh karena itu, rentang suhu yang diukur pengguna harus dipertimbangkan secara akurat dan komprehensif, tidak terlalu sempit atau terlalu lebar. Menurut hukum radiasi benda hitam, pada pita spektrum panjang gelombang pendek, perubahan energi radiasi yang disebabkan oleh suhu akan melebihi perubahan energi radiasi yang disebabkan oleh kesalahan emisivitas.
2 Tentukan ukuran target: Termometer inframerah dapat dibagi menjadi termometer satu warna dan termometer dua warna (termometer kolorimetri radiasi) sesuai dengan prinsipnya. Untuk termometer monokromatik, saat mengukur suhu, area target yang akan diukur harus memenuhi bidang pandang termometer. Direkomendasikan agar ukuran target yang diukur melebihi 50 persen bidang pandang. Jika ukuran target lebih kecil dari bidang pandang, energi radiasi latar akan memasuki simbol visual dan akustik termometer dan mengganggu pembacaan pengukuran suhu, menyebabkan kesalahan. Sebaliknya, jika target lebih besar dari bidang pandang pirometer, pirometer tidak akan terpengaruh oleh latar belakang di luar area pengukuran. Untuk pirometer dua warna, suhu ditentukan oleh rasio energi radiasi dalam dua pita panjang gelombang independen. Oleh karena itu, ketika target yang diukur kecil, tidak memenuhi bidang pandang, dan terdapat asap, debu, dan penghalang pada jalur pengukuran, yang melemahkan energi radiasi, tidak akan berdampak signifikan pada hasil pengukuran. . Untuk target kecil dan bergerak atau bergetar, termometer dua warna adalah pilihan terbaik. Ini karena diameter sinar cahaya yang kecil dan fleksibilitasnya untuk mengangkut energi pancaran cahaya melalui saluran yang melengkung, tersumbat, dan terlipat.
3 Tentukan koefisien jarak (resolusi optik): Koefisien jarak ditentukan oleh rasio D:S, yaitu rasio jarak D antara probe termometer ke target dan diameter target yang diukur. 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. Jika termometer jauh dari target dan targetnya kecil, termometer dengan koefisien jarak yang tinggi harus dipilih. Untuk pirometer dengan panjang fokus tetap, titik fokus sistem optik adalah posisi titik terkecil, dan titik dekat dan jauh dari titik fokus akan bertambah. Ada dua faktor jarak.
4. Tentukan rentang panjang gelombang: Sifat emisivitas dan permukaan bahan target menentukan panjang gelombang yang sesuai dari spektrum pirometer. Untuk bahan paduan reflektifitas tinggi, ada emisivitas rendah atau variabel. Di area bersuhu tinggi, panjang gelombang terbaik untuk mengukur bahan logam adalah inframerah-dekat, dan 0.8-1.0 μm dapat dipilih. Zona suhu lainnya dapat memilih 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.
5 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, dan ini terkait dengan konstanta waktu dari photodetector, sirkuit pemrosesan sinyal dan sistem tampilan terkait. Jika kecepatan gerak 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 dengan inersia termal, waktu respons pirometer dapat dilonggarkan.
6. Fungsi pemrosesan sinyal: Mengingat perbedaan antara proses diskrit (seperti produksi suku cadang) dan proses kontinu, termometer inframerah harus memiliki beberapa fungsi pemrosesan sinyal (seperti penahan puncak, penahan lembah, nilai rata-rata) untuk pilih dari, seperti pengukuran suhu pada ban berjalan Ketika botol digunakan, perlu menggunakan nilai puncak untuk menahan, dan sinyal keluaran dari suhunya dikirim ke pengontrol. Kalau tidak, termometer membaca nilai suhu yang lebih rendah di antara botol. Jika menggunakan penahan puncak, atur waktu respons termometer menjadi sedikit lebih lama dari interval waktu antar botol sehingga setidaknya satu botol selalu di bawah pengukuran.
7 Pertimbangan kondisi lingkungan: Kondisi lingkungan termometer memiliki pengaruh yang besar terhadap hasil pengukuran, yang harus diperhatikan dan diselesaikan dengan baik, jika tidak maka akan mempengaruhi keakuratan pengukuran suhu bahkan menyebabkan kerusakan. Ketika suhu sekitar tinggi dan terdapat debu, asap, dan uap, penutup pelindung, pendingin air, sistem pendingin udara, pembersih udara, dan aksesori lain yang disediakan oleh pabrikan dapat dipilih. 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.
8. Kalibrasi termometer radiasi infra merah: termometer infra merah harus dikalibrasi agar 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.
Fitur Empat Termometer Inframerah
1. Pengukuran non-kontak: Tidak perlu menyentuh bagian dalam atau permukaan bidang suhu yang diukur, sehingga tidak akan mengganggu keadaan bidang suhu yang diukur, dan termometer itu sendiri tidak akan rusak oleh bidang suhu.
2. Rentang pengukuran yang luas: Karena ini adalah pengukuran suhu non-kontak, termometer tidak berada di bidang suhu yang lebih tinggi atau lebih rendah, tetapi bekerja pada suhu normal atau di bawah kondisi yang diizinkan oleh termometer. Dalam keadaan normal, dapat mengukur minus puluhan derajat hingga lebih dari tiga ribu derajat.
3. Kecepatan pengukuran suhu yang cepat: yaitu, waktu respons yang cepat. Selama radiasi infra merah target diterima, suhu dapat diperbaiki dalam waktu singkat.
4. Akurasi tinggi: Pengukuran suhu inframerah tidak akan menghancurkan distribusi suhu objek itu sendiri seperti pengukuran suhu kontak, sehingga akurasi pengukurannya tinggi.
5. Sensitivitas tinggi: Selama ada perubahan kecil pada suhu objek, energi radiasi akan sangat berubah, yang mudah dideteksi. Itu dapat mengukur suhu bidang suhu kecil dan
6. Pengukuran distribusi suhu, dan pengukuran suhu benda bergerak atau berputar. Aman dan umur panjang.
Kerugian dari lima termometer inframerah:
1. Rentan terhadap faktor lingkungan (suhu sekitar, debu di udara, dll.)
2. Ini memiliki pengaruh besar pada pembacaan suhu permukaan logam yang cerah atau dipoles
3. Hanya sebatas mengukur suhu luar objek, tidak nyaman untuk mengukur suhu di dalam objek dan bila ada halangan
Tindakan pencegahan untuk penggunaan enam termometer inframerah:
(1) Emisivitas objek yang diuji harus ditentukan secara akurat;
(2) Menghindari pengaruh benda bersuhu tinggi di lingkungan sekitar;
(3) Untuk bahan transparan, suhu sekitar harus lebih rendah dari suhu objek yang diukur;
(4) Termometer harus disejajarkan secara vertikal dengan permukaan objek yang akan diukur, dan sudutnya tidak boleh melebihi 30 derajat
(5) Tidak dapat digunakan untuk pengukuran suhu pada permukaan logam yang terang atau dipoles, dan tidak dapat digunakan untuk pengukuran suhu melalui kaca;
(6) Pilih koefisien tindak lanjut dengan benar, diameter target harus memenuhi bidang pandang;
(7) Jika termometer inframerah tiba-tiba terkena perbedaan suhu sekitar 20 derajat atau lebih tinggi, data pengukuran akan menjadi tidak akurat, dan nilai suhu yang terukur akan diambil setelah suhu seimbang. .
Tujuh rencana perbaikan:
Karena termometer inframerah biasa hanya terbatas untuk mengukur suhu eksternal objek, tidak nyaman untuk mengukur suhu di dalam objek dan bila ada hambatan, maka bagian serat optik dapat ditambahkan ke kepala deteksi, dan lensa dengan sudut pandang kecil dapat dipasang di ujung depan, sehingga Energi pancaran dari objek yang diukur melewati lensa ke bagian dalam serat optik. Setelah beberapa refleksi dalam serat optik, itu ditransmisikan ke detektor. Karena serat optik dapat ditekuk dengan bebas, radiasi dapat diputar dengan bebas, yang menyelesaikan masalah pengukuran suhu internal objek, dan dapat mengukur suhu tempat seperti sudut yang terhalang oleh rintangan.
