การวิเคราะห์การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดสมัยใหม่

การวิเคราะห์การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดสมัยใหม่

หลักการวัดอุณหภูมิของเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดคือการแปลงพลังงานรังสีอินฟราเรดที่วัตถุปล่อยออกมาให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ขนาดของพลังงานรังสีอินฟราเรดจะสอดคล้องกับอุณหภูมิของวัตถุเอง ตามขนาดของสัญญาณไฟฟ้าที่แปลงแล้วสามารถกำหนดอุณหภูมิของวัตถุได้ เทคโนโลยีการวัดอุณหภูมิอินฟราเรดได้รับการพัฒนาเพื่อสแกนและวัดอุณหภูมิของพื้นผิวที่มีการเปลี่ยนแปลงทางความร้อน กำหนดภาพการกระจายของอุณหภูมิ และตรวจจับความแตกต่างของอุณหภูมิที่ซ่อนอยู่ได้อย่างรวดเร็ว นี่คือตัวสร้างภาพความร้อนอินฟราเรด กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดถูกนำมาใช้ครั้งแรกในกองทัพ ในปี 2019 TI Corporation ของสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาระบบสอดแนมการสแกนอินฟราเรดระบบแรกของโลก ต่อมา เทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนด้วยอินฟราเรดถูกนำมาใช้อย่างต่อเนื่องในเครื่องบิน รถถัง เรือรบ และอาวุธอื่นๆ ในประเทศตะวันตก ในฐานะที่เป็นระบบเล็งด้วยความร้อนสำหรับเป้าหมายการลาดตระเวน มันช่วยเพิ่มความสามารถในการค้นหาและโจมตีเป้าหมายได้อย่างมาก กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดที่ผลิตโดยบริษัท AGA ของสวีเดนนั้นอยู่ในตำแหน่งผู้นำด้านเทคโนโลยีพลเรือน

เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดประกอบด้วยระบบออปติคัล เครื่องตรวจจับโฟโตอิเล็กทริก เครื่องขยายสัญญาณ การประมวลผลสัญญาณ เอาต์พุตจอแสดงผล และส่วนอื่นๆ ระบบออปติกจะรวบรวมพลังงานรังสีอินฟราเรดเป้าหมายในขอบเขตการมองเห็น และขนาดของขอบเขตการมองเห็นจะถูกกำหนดโดยส่วนออปติกของเทอร์โมมิเตอร์และตำแหน่งของเทอร์โมมิเตอร์ พลังงานอินฟราเรดจะโฟกัสที่ตัวตรวจจับแสงและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน สัญญาณจะผ่านแอมพลิฟายเออร์และวงจรประมวลผลสัญญาณ และแปลงเป็นค่าอุณหภูมิของชิ้นงานที่วัดได้หลังจากได้รับการแก้ไขตามอัลกอริทึมของการรักษาภายในของเครื่องมือและค่าการแผ่รังสีของชิ้นงาน

โดยธรรมชาติแล้ว วัตถุทั้งหมดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์จะปล่อยพลังงานรังสีอินฟราเรดไปยังพื้นที่โดยรอบอย่างต่อเนื่อง ขนาดของพลังงานรังสีอินฟราเรดของวัตถุและการกระจายตามความยาวคลื่นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิพื้นผิว ดังนั้น ด้วยการวัดพลังงานอินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากตัววัตถุเอง จึงสามารถกำหนดอุณหภูมิพื้นผิวได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นพื้นฐานวัตถุประสงค์สำหรับการวัดอุณหภูมิรังสีอินฟราเรด

วัตถุสีดำเป็นหม้อน้ำในอุดมคติ ซึ่งดูดซับพลังงานรังสีทุกความยาวคลื่น ไม่มีการสะท้อนหรือการส่งพลังงาน และมีค่าการแผ่รังสี 1 บนพื้นผิว อย่างไรก็ตามวัตถุที่ใช้งานได้จริงในธรรมชาตินั้นแทบจะไม่ใช่วัตถุสีดำ เพื่อชี้แจงและรับการกระจายของรังสีอินฟราเรด จะต้องเลือกแบบจำลองที่เหมาะสมในการวิจัยทางทฤษฎี นี่คือแบบจำลองออสซิลเลเตอร์เชิงปริมาณของรังสีในโพรงร่างกายที่เสนอโดยพลังค์ ซึ่งได้มาจากกฎการแผ่รังสีของวัตถุดำของพลังค์ นั่นคือ รังสีสเปกตรัมของวัตถุดำที่แสดงโดยความยาวคลื่น ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของทฤษฎีการแผ่รังสีอินฟราเรดทั้งหมด ดังนั้นมันจึงเป็น เรียกว่ากฎการแผ่รังสีของวัตถุดำ ปริมาณการแผ่รังสีของวัตถุจริงทั้งหมดไม่ได้ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นการแผ่รังสีและอุณหภูมิของวัตถุเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุที่ประกอบเป็นวัตถุ วิธีการเตรียม กระบวนการทางความร้อน สภาพพื้นผิว และสภาวะแวดล้อม

การวัดอุณหภูมิอินฟราเรดใช้วิธีการวิเคราะห์แบบจุดต่อจุด กล่าวคือ การแผ่รังสีความร้อนของพื้นที่เฉพาะของวัตถุจะมุ่งเน้นไปที่เครื่องตรวจจับเพียงตัวเดียว และพลังงานการแผ่รังสีจะถูกแปลงเป็นอุณหภูมิผ่านค่าการแผ่รังสีของวัตถุที่รู้จัก . เนื่องจากวัตถุที่ตรวจพบ ช่วงการวัด และโอกาสในการใช้งานที่แตกต่างกัน การออกแบบรูปลักษณ์และโครงสร้างภายในของเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดจึงแตกต่างกัน แต่โครงสร้างพื้นฐานโดยทั่วไปจะคล้ายกัน โดยส่วนใหญ่รวมถึงระบบออปติคัล เครื่องตรวจจับภาพ ตัวขยายสัญญาณและการประมวลผลสัญญาณ การแสดงผล และอื่นๆ ชิ้นส่วน รังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากหม้อน้ำ เมื่อเข้าสู่ระบบออปติก รังสีอินฟราเรดจะถูกมอดูเลตเป็นรังสีสลับโดยโมดูเลเตอร์ และแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกันโดยเครื่องตรวจจับ สัญญาณจะผ่านแอมพลิฟายเออร์และวงจรประมวลผลสัญญาณ และแปลงเป็นค่าอุณหภูมิของชิ้นงานที่วัดได้หลังจากได้รับการแก้ไขตามอัลกอริทึมในเครื่องมือและค่าการแผ่รังสีของชิ้นงาน

เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดสามประเภท:

(1) เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดสำหรับมนุษย์: เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดแบบหน้าผากเป็นเครื่องวัดอุณหภูมิที่ใช้หลักการรับอินฟราเรดเพื่อวัดร่างกายของมนุษย์ เมื่อใช้งาน คุณจะต้องจัดช่องตรวจจับให้ตรงกับหน้าผากอย่างสะดวก และคุณสามารถวัดอุณหภูมิร่างกายได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ

(2) เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดอุตสาหกรรม: เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดอุตสาหกรรมวัดอุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุ และเซ็นเซอร์ออปติคัลจะแผ่ สะท้อน และส่งพลังงาน จากนั้นโพรบจะรวบรวมและโฟกัสพลังงาน จากนั้นข้อมูลจะถูกแปลงเป็นการอ่าน แสดงผลโดยวงจรอื่นๆ บนเครื่อง แสงเลเซอร์ที่ติดตั้งมากับเครื่องนี้จะมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการเล็งไปที่วัตถุที่วัดได้ และปรับปรุงความแม่นยำในการวัด

(3) เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดสำหรับการเลี้ยงสัตว์: เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดแบบไม่สัมผัสสำหรับสัตว์ใช้หลักการของ Planck โดยการวัดอุณหภูมิพื้นผิวร่างกายของส่วนเฉพาะของพื้นผิวร่างกายสัตว์อย่างแม่นยำ และแก้ไขความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างอุณหภูมิพื้นผิวร่างกายและ อุณหภูมิจริง สามารถแสดงอุณหภูมิร่างกายของสัตว์แต่ละตัวได้อย่างแม่นยำ

การกำหนดช่วงความยาวคลื่น: คุณสมบัติการแผ่รังสีและพื้นผิวของวัสดุเป้าหมายจะกำหนดการตอบสนองทางสเปกตรัมหรือความยาวคลื่นของไพโรมิเตอร์ สำหรับวัสดุโลหะผสมที่มีการสะท้อนแสงสูง จะมีค่าการแผ่รังสีต่ำหรือแตกต่างกัน ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูง ความยาวคลื่นที่ดีที่สุดสำหรับการวัดวัสดุโลหะคือระยะใกล้อินฟราเรด และสามารถเลือกความยาวคลื่น {{0}}.18-1.0μm ได้ โซนอุณหภูมิอื่นๆ สามารถเลือกความยาวคลื่นได้ 1.6μm, 2.2μm และ 3.9μm เนื่องจากวัสดุบางชนิดมีความโปร่งใสที่ความยาวคลื่นหนึ่ง พลังงานอินฟราเรดจะทะลุผ่านวัสดุเหล่านี้ และควรเลือกความยาวคลื่นพิเศษสำหรับวัสดุนี้ ตัวอย่างเช่น ความยาวคลื่น 10 μm, 2.2 μm และ 3.9 μm ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิภายในของแก้ว (แก้วที่จะทดสอบต้องมีความหนามาก มิฉะนั้นจะทะลุผ่านได้) ความยาวคลื่น 5.0 μmใช้สำหรับวัดอุณหภูมิภายในของแก้ว ; อีกตัวอย่างหนึ่งคือการวัดฟิล์มพลาสติกโพลีเอทิลีนที่มีความยาวคลื่น 3.43 ไมโครเมตร และโพลีเอสเตอร์ที่มีความยาวคลื่น 4.3 ไมโครเมตรหรือ 7.9 ไมโครเมตร

กำหนดเวลาตอบสนอง: เวลาตอบสนองระบุความเร็วปฏิกิริยาของเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่วัดได้ ซึ่งถูกกำหนดเป็นเวลาที่ต้องใช้ในการเข้าถึง 95 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานของการอ่านค่าสุดท้าย ซึ่งสัมพันธ์กับค่าคงที่เวลาของ เครื่องตรวจจับแสง วงจรประมวลผลสัญญาณ และระบบแสดงผล เวลาตอบสนองของเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดใหม่สามารถเข้าถึง 1 มิลลิวินาที ซึ่งเร็วกว่าวิธีการวัดอุณหภูมิแบบสัมผัสมาก หากความเร็วในการเคลื่อนที่ของชิ้นงานเร็วมากหรือเมื่อวัดชิ้นงานที่มีความร้อนสูง ควรเลือกเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดที่ตอบสนองเร็ว ไม่เช่นนั้นจะไม่ได้รับการตอบสนองของสัญญาณที่เพียงพอ และความแม่นยำในการวัดจะลดลง อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกการใช้งานที่ต้องการเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดที่ตอบสนองเร็ว สำหรับกระบวนการทางความร้อนแบบคงที่หรือแบบเป้าหมายที่มีความเฉื่อยทางความร้อน เวลาตอบสนองของไพโรมิเตอร์สามารถผ่อนคลายได้ ดังนั้น การเลือกเวลาตอบสนองของเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดจึงควรปรับให้เข้ากับสถานการณ์ของเป้าหมายที่วัดได้

ความละเอียดของแสงถูกกำหนดโดยอัตราส่วน D ถึง S ซึ่งเป็นอัตราส่วนของระยะทาง D ระหว่างไพโรมิเตอร์ไปยังชิ้นงานและเส้นผ่านศูนย์กลาง S ของจุดวัด หากต้องติดตั้งเทอร์โมมิเตอร์ให้ห่างจากเป้าหมายเนื่องจากสภาพแวดล้อม และต้องวัดเป้าหมายขนาดเล็ก ควรเลือกเทอร์โมมิเตอร์ที่มีความละเอียดเชิงแสงสูง ยิ่งความละเอียดของแสงสูง เช่น การเพิ่มอัตราส่วน D:S ราคาของไพโรมิเตอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้น

การกำหนดช่วงความยาวคลื่น: คุณสมบัติการแผ่รังสีและพื้นผิวของวัสดุเป้าหมายจะกำหนดการตอบสนองทางสเปกตรัมหรือความยาวคลื่นของไพโรมิเตอร์ สำหรับวัสดุโลหะผสมที่มีการสะท้อนแสงสูง จะมีค่าการแผ่รังสีต่ำหรือแตกต่างกัน ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูง ความยาวคลื่นที่ดีที่สุดสำหรับการวัดวัสดุโลหะคือระยะใกล้อินฟราเรด และความยาวคลื่น {{0}}.18-1.{{10}}μm สามารถ เลือกแล้ว โซนอุณหภูมิอื่นๆ สามารถเลือกความยาวคลื่นได้ 1.6μm, 2.2μm และ 3.9μm เนื่องจากวัสดุบางชนิดมีความโปร่งใสที่ความยาวคลื่นหนึ่ง พลังงานอินฟราเรดจะทะลุผ่านวัสดุเหล่านี้ และควรเลือกความยาวคลื่นพิเศษสำหรับวัสดุนี้ ตัวอย่างเช่น ใช้ความยาวคลื่น 1.0 μm, 2.2 μm และ 3.9 μm เพื่อวัดอุณหภูมิภายในของแก้ว (แก้วที่จะทดสอบต้องมีความหนามาก มิฉะนั้นจะทะลุผ่านได้) ความยาวคลื่น 5.0 μmใช้เพื่อวัดอุณหภูมิภายในของแก้ว แนะนำให้ใช้ความยาวคลื่น 8-14 μm สำหรับการวัดค่าต่ำ อีกตัวอย่างหนึ่งคือการวัดความยาวคลื่น 3.43 ไมโครเมตรสำหรับฟิล์มพลาสติกโพลีเอทิลีน และความยาวคลื่น 4.3 ไมโครเมตรหรือ 7.9 ไมโครเมตรสำหรับโพลีเอสเตอร์

กำหนดเวลาตอบสนอง: เวลาตอบสนองระบุความเร็วปฏิกิริยาของเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่วัดได้ ซึ่งถูกกำหนดเป็นเวลาที่ต้องใช้ในการเข้าถึง 95 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานของการอ่านค่าสุดท้าย ซึ่งสัมพันธ์กับค่าคงที่เวลาของ เครื่องตรวจจับแสง วงจรประมวลผลสัญญาณ และระบบแสดงผล เวลาตอบสนองของเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดยี่ห้อ Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM สามารถเข้าถึง 1ms ซึ่งเร็วกว่าวิธีการวัดอุณหภูมิแบบสัมผัสมาก หากความเร็วในการเคลื่อนที่ของชิ้นงานเร็วมากหรือเมื่อวัดชิ้นงานที่มีความร้อนสูง ควรเลือกเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดที่ตอบสนองเร็ว ไม่เช่นนั้นจะไม่ได้รับการตอบสนองของสัญญาณที่เพียงพอ และความแม่นยำในการวัดจะลดลง อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกการใช้งานที่ต้องการเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดที่ตอบสนองเร็ว สำหรับกระบวนการทางความร้อนแบบคงที่หรือแบบเป้าหมายที่มีความเฉื่อยทางความร้อน เวลาตอบสนองของไพโรมิเตอร์สามารถผ่อนคลายได้ ดังนั้น การเลือกเวลาตอบสนองของเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดจึงควรปรับให้เข้ากับสถานการณ์ของเป้าหมายที่วัดได้

ฟังก์ชันการประมวลผลสัญญาณ: การวัดกระบวนการแบบไม่ต่อเนื่อง (เช่น การผลิตชิ้นส่วน) แตกต่างจากกระบวนการต่อเนื่อง ซึ่งต้องใช้เทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดเพื่อให้มีฟังก์ชันการประมวลผลสัญญาณ (เช่น ค่าสูงสุด ค่าคงที่หุบเขา ค่าเฉลี่ย) ตัวอย่างเช่น เมื่อทำการวัดอุณหภูมิของแก้วบนสายพาน จำเป็นต้องใช้ค่าสูงสุดในการเก็บ และสัญญาณเอาต์พุตของอุณหภูมิจะถูกส่งไปยังตัวควบคุม

การพิจารณาสภาพแวดล้อม: สภาพแวดล้อมของเทอร์โมมิเตอร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อผลการวัด ซึ่งควรได้รับการพิจารณาและแก้ไขอย่างเหมาะสม มิฉะนั้น จะส่งผลต่อความแม่นยำในการวัดอุณหภูมิและอาจทำให้เทอร์โมมิเตอร์เสียหายได้ เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมสูงเกินไปและมีฝุ่น ควัน และไอน้ำ คุณสามารถเลือกฝาครอบป้องกัน ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ เครื่องเป่าลม และอุปกรณ์เสริมอื่น ๆ ที่ผู้ผลิตจัดหาให้ อุปกรณ์เสริมเหล่านี้สามารถจัดการกับอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพและปกป้องเทอร์โมมิเตอร์เพื่อการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำ เมื่อระบุอุปกรณ์เสริม ควรขอบริการที่เป็นมาตรฐานให้มากที่สุดเพื่อลดค่าใช้จ่ายในการติดตั้ง เมื่อควัน ฝุ่น หรืออนุภาคอื่นๆ ลดสัญญาณพลังงานการวัด เทอร์โมมิเตอร์แบบสองสีคือตัวเลือกที่ดีที่สุด ภายใต้เสียงรบกวน สนามแม่เหล็กไฟฟ้า การสั่นสะเทือน หรือสภาพแวดล้อมที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ หรือสภาวะที่รุนแรงอื่นๆ เทอร์โมมิเตอร์แบบสองสีแบบไฟเบอร์ออปติกคือตัวเลือกที่ดีที่สุด

ในการใช้งานกับวัสดุปิดสนิทหรือวัตถุอันตราย เช่น คอนเทนเนอร์หรือห้องสุญญากาศ ไพโรมิเตอร์จะมองผ่านหน้าต่าง วัสดุต้องแข็งแรงเพียงพอและผ่านช่วงความยาวคลื่นในการทำงานของไพโรมิเตอร์ที่ใช้ กำหนดด้วยว่าผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องสังเกตผ่านหน้าต่างด้วยหรือไม่ ดังนั้นให้เลือกตำแหน่งการติดตั้งและวัสดุหน้าต่างที่เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงอิทธิพลซึ่งกันและกัน ในการใช้งานการวัดอุณหภูมิต่ำ วัสดุ Ge หรือ Si มักถูกใช้เป็นหน้าต่าง ซึ่งทึบแสงเมื่อมองเห็นได้ และตามนุษย์ไม่สามารถสังเกตชิ้นงานผ่านทางหน้าต่างได้ หากผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องผ่านหน้าต่างเป้าหมาย ควรใช้วัสดุออปติกที่ส่งผ่านทั้งรังสีอินฟราเรดและแสงที่มองเห็นได้ ตัวอย่างเช่น วัสดุออปติกที่ส่งผ่านทั้งรังสีอินฟราเรดและแสงที่มองเห็นได้ควรใช้เป็นวัสดุหน้าต่าง เช่น ZnSe หรือ BaF2

ใช้งานง่ายและใช้งานง่าย: เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดควรใช้งานง่าย ใช้งานง่าย และใช้งานง่ายโดยผู้ปฏิบัติงาน ในหมู่พวกเขา เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดแบบพกพามีขนาดเล็ก เบา และพกพาโดยผู้คน ซึ่งรวมการวัดอุณหภูมิและการแสดงผลออก เครื่องมือวัดอุณหภูมิสามารถแสดงอุณหภูมิและส่งออกข้อมูลอุณหภูมิต่างๆ บนแผงแสดงผล และบางเครื่องมือสามารถสั่งงานด้วยรีโมทคอนโทรลหรือโปรแกรมซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์

ในกรณีของสภาพแวดล้อมที่สมบุกสมบันและซับซ้อน สามารถเลือกระบบที่มีหัววัดอุณหภูมิและจอแสดงผลแยกต่างหากเพื่อให้ติดตั้งและกำหนดค่าได้ง่าย สามารถเลือกรูปแบบเอาต์พุตสัญญาณที่ตรงกับอุปกรณ์ควบคุมปัจจุบันได้ การสอบเทียบเครื่องวัดอุณหภูมิรังสีอินฟราเรด: ต้องสอบเทียบเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดเพื่อให้สามารถแสดงอุณหภูมิของเป้าหมายที่วัดได้อย่างถูกต้อง หากการวัดอุณหภูมิของเทอร์โมมิเตอร์ที่ใช้อยู่เกินเกณฑ์ที่ยอมรับได้ในระหว่างการใช้งาน จะต้องส่งคืนไปยังผู้ผลิตหรือศูนย์ซ่อมเพื่อทำการสอบเทียบอีกครั้ง