หลักการมาตรฐานการวัดและแนวโน้มการพัฒนาเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด
การวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสด้วยอินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์มีข้อดีหลายประการ และการใช้งานมีตั้งแต่วัตถุขนาดเล็กหรือเข้าถึงยาก ไปจนถึงสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและพื้นผิวที่บอบบาง บทความนี้จะกล่าวถึงข้อได้เปรียบนี้ ให้ความเด็ดขาดในการเลือกเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดที่ถูกต้อง ฯลฯ เพื่อแสดงให้เห็นขอบเขตการใช้งาน เนื่องจากการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุล วัตถุทุกชิ้นจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา ความยาวคลื่นหรือช่วงสเปกตรัมที่สำคัญที่สุดสำหรับการวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสคือ 0.2 ถึง 2.0 μm รังสีธรรมชาติในช่วงนี้เรียกว่ารังสีความร้อนหรือรังสีอินฟราเรด
เครื่องมือทดสอบสำหรับการวัดอุณหภูมิด้วยรังสีอินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากวัตถุทดสอบเรียกว่า เทอร์โมมิเตอร์แบบรังสี เทอร์โมมิเตอร์แบบรังสี หรือเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรด ตามมาตรฐานอุตสาหกรรมเยอรมัน DIN16160 การกำหนดเหล่านี้ยังใช้กับเครื่องมือที่วัดอุณหภูมิโดยการแผ่รังสีสีที่มองเห็นได้ซึ่งแผ่ออกมาจากร่างกาย และวัดค่าอุณหภูมิจากความหนาแน่นสัมพัทธ์ของการแผ่รังสีสเปกตรัม
ประการแรกข้อดีของการวัดอุณหภูมิเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด
การวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสโดยการรับรังสีอินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากวัตถุที่จะวัดมีข้อดีหลายประการ ด้วยวิธีนี้ วัตถุที่เข้าถึงยากหรือเคลื่อนไหวสามารถวัดได้โดยไม่มีปัญหา เช่น วัสดุที่มีคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนต่ำหรือความจุความร้อนต่ำ เวลาตอบสนองที่สั้นมากของเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดทำให้สามารถควบคุมลูปได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ เทอร์โมมิเตอร์ไม่มีชิ้นส่วนสึกหรอ ดังนั้นจึงไม่มีค่าใช้จ่ายต่อเนื่องเช่นเดียวกับเทอร์โมมิเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัตถุขนาดเล็กที่จะวัด เช่น การวัดแบบสัมผัส จะมีข้อผิดพลาดในการวัดขนาดใหญ่เนื่องจากค่าการนำความร้อนของวัตถุ ที่นี่สามารถใช้เทอร์โมมิเตอร์ได้โดยไม่มีปัญหาใดๆ และสำหรับสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหรือพื้นผิวที่บอบบาง เช่น บนรางทาสี กระดาษ และพลาสติก ด้วยการวัดการควบคุมระยะไกลทางไกล มันสามารถอยู่ห่างจากพื้นที่อันตราย เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานไม่ตกอยู่ในอันตราย
2. โครงสร้างหลักของเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด
รังสีอินฟราเรดที่ได้รับจากวัตถุที่วัดได้จะโฟกัสไปที่เครื่องตรวจจับผ่านเลนส์ผ่านตัวกรอง เครื่องตรวจจับสร้างสัญญาณกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนของอุณหภูมิผ่านการรวมความหนาแน่นของรังสีของวัตถุที่วัดได้ ในส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่เชื่อมต่อหลังจากนั้น สัญญาณอุณหภูมิจะถูกทำให้เป็นเส้นตรง พื้นที่การแผ่รังสีจะได้รับการแก้ไข และแปลงเป็นสัญญาณเอาต์พุตมาตรฐาน
ตามหลักการแล้ว มีเทอร์โมมิเตอร์แบบพกพาและเทอร์โมมิเตอร์แบบติดอยู่กับที่อยู่สองประเภท ดังนั้น เมื่อเลือกเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดที่เหมาะสมสำหรับจุดวัดต่างๆ ลักษณะเด่นต่อไปนี้จะเป็นคุณสมบัติหลัก:
1. เอมเมอร์
Collimator มีเอฟเฟกต์นี้ และสามารถมองเห็นบล็อคการวัดหรือจุดการวัดที่ชี้โดยเทอร์โมมิเตอร์ได้ และ Collimator มักจะใช้กับวัตถุที่วัดพื้นที่ขนาดใหญ่ได้ สำหรับวัตถุขนาดเล็กและระยะการวัดที่ไกล แนะนำให้ใช้สายตาที่มีสเกลแผงหน้าปัดหรือจุดชี้ด้วยเลเซอร์ในรูปแบบของเลนส์ส่งผ่านแสง
2. เลนส์
เลนส์จะกำหนดจุดที่วัดได้ของไพโรมิเตอร์ สำหรับวัตถุที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่ ไพโรมิเตอร์ที่มีความยาวโฟกัสคงที่ก็เพียงพอแล้ว แต่เมื่อระยะการวัดอยู่ไกลจากจุดโฟกัส ภาพที่ขอบของจุดวัดจะไม่ชัดเจน ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นการดีกว่าหากใช้เลนส์ซูม ภายในช่วงซูมที่กำหนด เทอร์โมมิเตอร์สามารถปรับระยะการวัดได้ เทอร์โมมิเตอร์รุ่นล่าสุดมีเลนส์ที่ถอดเปลี่ยนได้แบบซูมได้ เลนส์ใกล้และเลนส์ไกลสามารถตรวจสอบซ้ำได้โดยไม่ต้องปรับเทียบ แทนที่.
3. เซนเซอร์ ได้แก่ ตัวรับสเปกตรัม
อุณหภูมิแปรผกผันกับความยาวคลื่น ที่อุณหภูมิวัตถุต่ำ เซ็นเซอร์ที่ไวต่อบริเวณสเปกตรัมคลื่นยาว (เซ็นเซอร์ฟิล์มร้อนหรือเซ็นเซอร์ไพโรอิเล็กทริก) เหมาะสม ที่อุณหภูมิสูง เซ็นเซอร์ที่ไวต่อคลื่นสั้นที่ประกอบด้วยเจอร์เมเนียม ซิลิกอน อินเดียม-แกลเลียม ฯลฯ จะถูกนำมาใช้โฟโตอิเล็กทริก เซ็นเซอร์
เมื่อเลือกความไวของสเปกตรัม ให้พิจารณาแถบการดูดซับของไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ด้วย ในช่วงความยาวคลื่นหนึ่งที่เรียกว่า "หน้าต่างบรรยากาศ" H2 และ CO2 เกือบจะโปร่งใสต่อรังสีอินฟราเรด ดังนั้นความไวแสงของเทอร์โมมิเตอร์จะต้องอยู่ในช่วงนี้เพื่อไม่ให้อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของบรรยากาศ เมื่อทำการวัด ฟิล์มบางหรือแว่นตา จะต้องพิจารณาด้วยว่าวัสดุเหล่านี้ไม่สามารถทะลุผ่านได้ง่ายภายในช่วงความยาวคลื่นหนึ่งๆ เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการวัดที่เกิดจากแสงพื้นหลัง ให้ใช้เซ็นเซอร์ที่เหมาะสมซึ่งรับเฉพาะอุณหภูมิพื้นผิวเท่านั้น โลหะมีคุณสมบัติทางกายภาพนี้ และค่าการเปล่งรังสีจะเพิ่มขึ้นเมื่อความยาวคลื่นลดลง จากประสบการณ์ ในการวัดอุณหภูมิของโลหะ โดยทั่วไปเลือก * ความยาวคลื่นการวัดสั้น
3. แนวโน้มการพัฒนา
เช่นเดียวกับในสาขาเทคโนโลยีการตรวจจับอื่นๆ แนวโน้มการพัฒนาของเทอร์โมมิเตอร์ก็มุ่งไปสู่รูปทรงที่เล็กและงดงามเช่นกัน เปลือกทรงกลมที่มีเกลียวตรงกลางเป็นรูปทรงที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการติดตั้งบนเครื่องจักรและอุปกรณ์ และแนวโน้มการพัฒนานี้คือการทำให้เป็นจริงโดยผ่านการย่อส่วนไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ส่วนประกอบและแคลคูลัสสูงเพื่อทำให้ชิ้นส่วนไฟฟ้าที่เล็กลงและละเอียดอ่อนมากขึ้นถูกควบแน่นในพื้นที่ที่เล็กลงและเล็กลง เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีอะนาล็อกที่ผ่านมา ความแม่นยำของความสูงเชิงเส้นของสัญญาณเครื่องตรวจจับได้รับการปรับปรุงผ่านการประยุกต์ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแม่นยำของเครื่องมือด้วย
การจัดหาตลาดต้องการการรับค่าการวัดที่รวดเร็วและราคาไม่แพง ซึ่งสามารถส่งสัญญาณกระแส/แรงดันเชิงเส้นตามสัดส่วนอุณหภูมิโดยตรง การประมวลผลค่าการวัด เช่น ฟังก์ชันการปรับระดับ การจัดเก็บค่าพิเศษ หรือหน้าสัมผัสขอบเขตจะถูกวางไว้ในอัจฉริยะ บนจอแสดงผล ตัวควบคุมหรือ SPS (ตัวควบคุมโปรแกรม) การปรับค่าการแผ่รังสีผ่านสายเคเบิลภายนอกสามารถปรับได้นอกเขตอันตราย แม้ว่า หากเครื่องกำลังทำงานอยู่ และ SPS ยังสามารถปรับเปลี่ยนได้ในขณะนี้ ด้วยการใช้การควบคุมร่างกาย ตอนนี้สามารถรับรู้อินเทอร์เฟซบัสข้อมูลได้โดยไม่มีปัญหาใด ๆ แต่การเชื่อมต่อเครือข่ายยังไม่เกิดขึ้นจริง และการประมวลผลสัญญาณอย่างต่อเนื่องยังคงใช้สัญญาณอะนาล็อกมาตรฐานในอดีต ในส่วนเครื่องตรวจจับ ใช้วัสดุใหม่เป็นเซ็นเซอร์โฟโตอิเล็กทริก ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงการปรับปรุงความไวและแม้แต่การปรับปรุงความละเอียด ในเซ็นเซอร์ฟิล์มร้อน เซ็นเซอร์ใหม่ต้องการเวลาปรับที่สั้นลงเท่านั้น การพัฒนาล่าสุดในไพโรมิเตอร์ที่มีคอลลิเมเตอร์ เป็นเลนส์แบบถอดเปลี่ยนได้พร้อมซูม สามารถเปลี่ยนได้โดยไม่ต้องสอบเทียบอีกครั้ง ใช้พื้นฐานเดียวกันสำหรับตำแหน่งการวัดที่แตกต่างกัน เครื่องมือช่วยประหยัดต้นทุนการจัดการคลังสินค้า
ประการที่สี่ เกณฑ์หลักในการเลือกเทอร์โมมิเตอร์
การใช้เทอร์โมมิเตอร์นั้นพิจารณาจากช่วงการวัดเป็นหลัก ไม่ว่าจะเป็นแรงดันการวัดหรือค่าเริ่มต้นของพื้นที่การวัด ควรเป็นไปตามข้อกำหนดของงานวัด ยิ่งแรงดันการวัดมีค่ามากเท่าใด ความละเอียดก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ดังนั้นความแม่นยำจึงยิ่งสูงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อค่าเริ่มต้นของอุณหภูมิการวัดต่ำ ความแม่นยำจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าหากเลือกแรงดันการวัดขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงแนะนำให้เลือกแรงดันการวัดที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ค่าเริ่มต้นของพื้นที่การวัดจะกำหนดความไวของสเปกตรัมรวมถึงประเภทของเครื่องตรวจจับ ข้อผิดพลาดในการวัดมีขนาดเล็กกว่าเซ็นเซอร์คลื่นยาวในเซ็นเซอร์คลื่นสั้นอย่างเห็นได้ชัดเนื่องจากการปรับค่าการแผ่รังสีที่ไม่ถูกต้อง ดังนั้นเซ็นเซอร์ฟิล์มร้อน (8~14μm) ที่ 800 องศา ข้อผิดพลาดในการวัดเกิดจาก การปรับค่าการแผ่รังสีไม่ถูกต้องจะมีขนาดใหญ่กว่าเซ็นเซอร์เจอร์เมเนียม-โฟโตไดโอด (1,1~1,6μm) ถึงห้าเท่า ช่วงการวัดที่อนุญาตของเซ็นเซอร์โฟโตไดโอดเจอร์เมเนียมคือตั้งแต่ประมาณ 250 องศาเซลเซียส
