หลักการทางทฤษฎีของเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดและการประยุกต์เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด
มีหลายวิธีในการวัดอุณหภูมิ เทอร์โมมิเตอร์สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ เครื่องมือวัดอุณหภูมิแบบสัมผัส และเครื่องมือวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส ประเภทการสัมผัส ได้แก่ เทอร์โมมิเตอร์เหลว เทอร์โมคัปเปิล เทอร์โมมิเตอร์แบบต้านทานความร้อน ฯลฯ ดังที่เราทราบกันดีว่าอุณหภูมิเป็นหนึ่งในตัวแปรที่สำคัญที่สุดในการทำความร้อน การจ่ายก๊าซ ระบบระบายอากาศ และระบบปรับอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการตรวจวัดความร้อน ความแม่นยำของอุณหภูมิมักเป็นกุญแจสำคัญในการตัดสินความสำเร็จหรือความล้มเหลวของการทดลอง ดังนั้นเครื่องมือวัดอุณหภูมิสูงจึงมีความสำคัญในงานวิศวกรรม ดังนั้นบทความนี้จะแนะนำหลักการและการใช้งานเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดกับเครื่องมือวัดอุณหภูมิ
หลักการทางทฤษฎีของการวัดอุณหภูมิอินฟราเรด:
ในธรรมชาติ เมื่ออุณหภูมิของวัตถุสูงกว่าศูนย์ เนื่องจากมีการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนภายใน วัตถุจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปยังบริเวณโดยรอบอย่างต่อเนื่อง รวมถึงรังสีอินฟราเรดที่มีช่วงความยาวคลื่น 0.75µm~100µm . ลักษณะเฉพาะคือที่อุณหภูมิและความยาวคลื่นที่กำหนด พลังงานรังสีที่ปล่อยออกมาจากวัตถุจะมีค่ามาก วัสดุนี้เรียกว่าวัตถุสีดำ และมีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนของวัตถุตั้งไว้ที่ 1 ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนของวัสดุอื่นๆ น้อยกว่า 1 ซึ่งเรียกว่าวัตถุสีดำ วัตถุสีเทา เนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างกำลังการแผ่รังสีสเปกตรัม P (แลตที) ของวัตถุสีดำและอุณหภูมิ T เป็นไปตามกฎของพลังค์ แสดงให้เห็นว่าที่อุณหภูมิ T กำลังการแผ่รังสีของวัตถุสีดำต่อหน่วยพื้นที่ที่ความยาวคลื่น γ คือ P(แลต)
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น พลังงานการแผ่รังสีของวัตถุจะแข็งแกร่งขึ้น นี่คือจุดเริ่มต้นของทฤษฎีรังสีอินฟราเรดและเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดย่านความถี่เดี่ยว
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ยอดการแผ่รังสีจะเคลื่อนไปในทิศทางคลื่นสั้น (ไปทางซ้าย) และเป็นไปตามทฤษฎีบทการเปลี่ยนแปลงของเวียนนา ความยาวคลื่นที่จุดสูงสุดจะแปรผกผันกับอุณหภูมิ T และเส้นประคือเส้นที่เชื่อมระหว่างยอดเขา สูตรนี้บอกเราว่าเหตุใดเทอร์โมมิเตอร์อุณหภูมิสูงจึงใช้งานได้กับคลื่นสั้น และเครื่องวัดอุณหภูมิอุณหภูมิต่ำจึงใช้งานได้กับคลื่นยาว
อัตราการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่แผ่กระจายตามอุณหภูมิจะมากกว่าที่ความยาวคลื่นสั้นมากกว่าที่ความยาวคลื่นยาว กล่าวคือ เทอร์โมมิเตอร์ที่ทำงานที่ความยาวคลื่นสั้นจะมีอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนค่อนข้างสูง (ความไวสูง) และป้องกันการรบกวนที่รุนแรง เทอร์โมมิเตอร์ควรพยายามทำงานที่ความยาวคลื่นสูงสุด สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในกรณีของชิ้นงานที่มีอุณหภูมิต่ำขนาดเล็ก
เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดประกอบด้วยระบบแสง เครื่องตรวจจับโฟโตอิเล็กทริค เครื่องขยายสัญญาณ การประมวลผลสัญญาณ เอาต์พุตการแสดงผล และส่วนอื่นๆ การแผ่รังสีจากวัตถุที่วัดได้และแหล่งป้อนกลับจะถูกมอดูเลตโดยโมดูเลเตอร์ จากนั้นจึงอินพุตไปยังเครื่องตรวจจับอินฟราเรด ความแตกต่างระหว่างสัญญาณทั้งสองจะถูกขยายโดยเครื่องขยายสัญญาณแบบผกผันและควบคุมอุณหภูมิของแหล่งป้อนกลับ เพื่อให้ความกระจ่างสเปกตรัมของแหล่งป้อนกลับจะเหมือนกับความกระจ่างสเปกตรัมของวัตถุ จอแสดงผลจะแสดงอุณหภูมิความสว่างของวัตถุที่กำลังวัด
