Análisis sobre la aplicación moderna de la tecnología del termómetro infrarrojo
El principio de medición de temperatura del termómetro infrarrojo es convertir la energía radiante infrarroja emitida por el objeto en una señal eléctrica. El tamaño de la energía radiante infrarroja corresponde a la temperatura del propio objeto. Según el tamaño de la señal eléctrica convertida, se puede determinar la temperatura del objeto. La tecnología de medición de temperatura infrarroja se ha desarrollado para escanear y medir la temperatura de la superficie con cambios térmicos, determinar su imagen de distribución de temperatura y detectar rápidamente diferencias de temperatura ocultas. Esta es la cámara termográfica infrarroja. Las cámaras termográficas infrarrojas se utilizaron por primera vez en el ejército. En 2019, TI Corporation de los Estados Unidos desarrolló el primer sistema de reconocimiento de escaneo infrarrojo del mundo. Más tarde, la tecnología de imágenes térmicas infrarrojas se utilizó sucesivamente en aviones, tanques, buques de guerra y otras armas en los países occidentales, como un sistema de observación térmica para objetivos de reconocimiento, mejora en gran medida la capacidad de buscar y alcanzar objetivos. La cámara termográfica infrarroja producida por la empresa sueca AGA ocupa una posición de liderazgo en tecnología civil.
El termómetro infrarrojo está compuesto por un sistema óptico, detector fotoeléctrico, amplificador de señal, procesamiento de señal, salida de pantalla y otras partes. El sistema óptico reúne la energía de radiación infrarroja objetivo en su campo de visión, y el tamaño del campo de visión está determinado por las partes ópticas del termómetro y su posición. La energía infrarroja se enfoca en un fotodetector y se convierte en una señal eléctrica correspondiente. La señal pasa a través del amplificador y el circuito de procesamiento de señales y se convierte en el valor de temperatura del objetivo medido después de corregirse de acuerdo con el algoritmo del tratamiento interno del instrumento y la emisividad del objetivo.
En la naturaleza, todos los objetos con una temperatura superior al cero absoluto emiten constantemente energía de radiación infrarroja al espacio circundante. El tamaño de la energía de radiación infrarroja de un objeto y su distribución según la longitud de onda tienen una relación muy estrecha con la temperatura de su superficie. Por lo tanto, al medir la energía infrarroja radiada por el propio objeto, se puede determinar con precisión la temperatura de su superficie, que es la base objetiva para la medición de la temperatura de la radiación infrarroja.
Un cuerpo negro es un radiador idealizado, que absorbe todas las longitudes de onda de la energía de radiación, no tiene reflexión ni transmisión de energía y tiene una emisividad de 1 en su superficie. Sin embargo, los objetos prácticos en la naturaleza casi no son cuerpos negros. Para aclarar y obtener la distribución de la radiación infrarroja, se debe seleccionar un modelo apropiado en la investigación teórica. Este es el modelo de oscilador cuantizado de la radiación de la cavidad corporal propuesto por Planck, por lo que se deriva la ley de la radiación del cuerpo negro de Planck, es decir, la radiación espectral del cuerpo negro expresada por longitud de onda, que es el punto de partida de todas las teorías de la radiación infrarroja, por lo que es llamada la ley de la radiación del cuerpo negro. La cantidad de radiación de todos los objetos reales depende no solo de la longitud de onda de la radiación y la temperatura del objeto, sino también del tipo de material que constituye el objeto, el método de preparación, el proceso térmico, el estado de la superficie y las condiciones ambientales.
La medición de temperatura infrarroja adopta un método de análisis punto por punto, es decir, la radiación térmica de un área local del objeto se enfoca en un solo detector y la potencia de radiación se convierte en temperatura a través de la emisividad del objeto conocido. . Debido a los diferentes objetos detectados, rangos de medición y ocasiones de uso, el diseño de la apariencia y la estructura interna de los termómetros infrarrojos son diferentes, pero la estructura básica es generalmente similar, e incluye principalmente el sistema óptico, el fotodetector, el amplificador de señal y el procesamiento de señal, la salida de pantalla y otros. partes. Radiación infrarroja emitida por un radiador. Al ingresar al sistema óptico, la radiación infrarroja es modulada en radiación alterna por el modulador y convertida en una señal eléctrica correspondiente por el detector. La señal pasa a través del amplificador y el circuito de procesamiento de señales, y se convierte en el valor de temperatura del objetivo medido después de corregirse de acuerdo con el algoritmo del instrumento y la emisividad del objetivo.
Tres categorías de termómetros infrarrojos:
(1) Termómetro infrarrojo para uso humano: el termómetro infrarrojo tipo frente es un termómetro que utiliza el principio de recepción infrarroja para medir el cuerpo humano. Cuando está en uso, solo necesita alinear convenientemente la ventana de detección con la frente, y puede medir la temperatura corporal de manera rápida y precisa.
(2) Termómetro infrarrojo industrial: el termómetro infrarrojo industrial mide la temperatura de la superficie del objeto, y su sensor óptico irradia, refleja y transmite energía, y luego la energía es recolectada y enfocada por la sonda, y luego la información se convierte en lectura visualización por otros circuitos En la máquina, la luz láser equipada con esta máquina es más eficaz para apuntar al objeto medido y mejorar la precisión de la medición.
(3) Termómetros infrarrojos para la cría de animales: Los termómetros infrarrojos sin contacto para animales se basan en el principio de Planck, midiendo con precisión la temperatura de la superficie corporal de partes específicas de la superficie del cuerpo del animal y corrigiendo la diferencia de temperatura entre la temperatura de la superficie corporal y la temperatura real Puede mostrar con precisión la temperatura corporal individual del animal.
Determinación del rango de longitud de onda: La emisividad y las propiedades de la superficie del material objetivo determinan la respuesta espectral o longitud de onda del pirómetro. Para materiales de aleación de alta reflectividad, existe una emisividad baja o variable. En el área de alta temperatura, la mejor longitud de onda para medir materiales metálicos es el infrarrojo cercano, y se puede seleccionar la longitud de onda de {{0}}.18-1.0μm. Otras zonas de temperatura pueden elegir longitudes de onda de 1,6 μm, 2,2 μm y 3,9 μm. Dado que algunos materiales son transparentes a una cierta longitud de onda, la energía infrarroja penetrará en estos materiales y se debe seleccionar una longitud de onda especial para este material. Por ejemplo, las longitudes de onda de 10 μm, 2,2 μm y 3,9 μm se utilizan para medir la temperatura interna del vidrio (el vidrio a probar debe ser muy grueso, de lo contrario lo atravesará); la longitud de onda de 5,0 μm se utiliza para medir la temperatura interna del vidrio; ; Otro ejemplo es medir película plástica de polietileno con una longitud de onda de 3,43 μm y poliéster con una longitud de onda de 4,3 μm o 7,9 μm.
Determine el tiempo de respuesta: El tiempo de respuesta indica la velocidad de reacción del termómetro infrarrojo al cambio de temperatura medido, que se define como el tiempo requerido para alcanzar el 95 por ciento de la energía de la lectura final, que está relacionado con la constante de tiempo del fotodetector, circuito de procesamiento de señales y sistema de visualización. El tiempo de respuesta del nuevo termómetro infrarrojo puede llegar a 1ms. Esto es mucho más rápido que el método de medición de temperatura por contacto. Si la velocidad de movimiento del objetivo es muy rápida o al medir un objetivo de calentamiento rápido, se debe seleccionar un termómetro infrarrojo de respuesta rápida; de lo contrario, no se logrará la respuesta de señal suficiente y se reducirá la precisión de la medición. Sin embargo, no todas las aplicaciones requieren un termómetro infrarrojo de respuesta rápida. Para procesos térmicos estáticos o de destino donde existe inercia térmica, el tiempo de respuesta del pirómetro se puede relajar. Por lo tanto, la elección del tiempo de respuesta del termómetro infrarrojo debe adaptarse a la situación del objetivo medido.
La resolución óptica está determinada por la relación D a S, que es la relación entre la distancia D entre el pirómetro y el objetivo y el diámetro S del punto de medición. Si el termómetro se debe instalar lejos del objetivo debido a las condiciones ambientales y se debe medir un objetivo pequeño, se debe seleccionar un termómetro con alta resolución óptica. Cuanto mayor sea la resolución óptica, es decir, aumentando la relación D:S, mayor será el costo del pirómetro.
Determinación del rango de longitud de onda: La emisividad y las propiedades de la superficie del material objetivo determinan la respuesta espectral o longitud de onda del pirómetro. Para materiales de aleación de alta reflectividad, existe una emisividad baja o variable. En el área de alta temperatura, la mejor longitud de onda para medir materiales metálicos es el infrarrojo cercano, y la longitud de onda de {{0}}.18-1.{{10}}μm puede ser seleccionado. Otras zonas de temperatura pueden elegir longitudes de onda de 1,6 μm, 2,2 μm y 3,9 μm. Dado que algunos materiales son transparentes a una cierta longitud de onda, la energía infrarroja penetrará en estos materiales y se debe seleccionar una longitud de onda especial para este material. Por ejemplo, las longitudes de onda de 1,0 μm, 2,2 μm y 3,9 μm se utilizan para medir la temperatura interna del vidrio (el vidrio a probar debe ser muy grueso, de lo contrario lo atravesará); la longitud de onda de 5,0 μm se utiliza para medir la temperatura interna del vidrio; la longitud de onda de 8-14 μm se usa para mediciones bajas Es recomendable; otro ejemplo es medir la longitud de onda de 3,43 μm para película de plástico de polietileno y la longitud de onda de 4,3 μm o 7,9 μm para poliéster.
Determine el tiempo de respuesta: El tiempo de respuesta indica la velocidad de reacción del termómetro infrarrojo al cambio de temperatura medido, que se define como el tiempo requerido para alcanzar el 95 por ciento de la energía de la lectura final, que está relacionado con la constante de tiempo del fotodetector, circuito de procesamiento de señales y sistema de visualización. El tiempo de respuesta del termómetro infrarrojo de la marca Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM puede alcanzar 1 ms. Esto es mucho más rápido que los métodos de medición de temperatura por contacto. Si la velocidad de movimiento del objetivo es muy rápida o al medir un objetivo de calentamiento rápido, se debe seleccionar un termómetro infrarrojo de respuesta rápida; de lo contrario, no se logrará la respuesta de señal suficiente y se reducirá la precisión de la medición. Sin embargo, no todas las aplicaciones requieren un termómetro infrarrojo de respuesta rápida. Para procesos térmicos estáticos o de destino donde existe inercia térmica, el tiempo de respuesta del pirómetro se puede relajar. Por lo tanto, la elección del tiempo de respuesta del termómetro infrarrojo debe adaptarse a la situación del objetivo medido.
Función de procesamiento de señales: la medición de procesos discretos (como la producción de piezas) es diferente de los procesos continuos, lo que requiere que los termómetros infrarrojos tengan funciones de procesamiento de señales (como retención de picos, retención de valles, valor promedio). Por ejemplo, al medir la temperatura del vidrio en la cinta transportadora, es necesario mantener el valor máximo y la señal de salida de su temperatura se envía al controlador.
Consideración de las condiciones ambientales: Las condiciones ambientales del termómetro tienen una gran influencia en los resultados de la medición, que deben considerarse y resolverse adecuadamente; de lo contrario, afectará la precisión de la medición de la temperatura e incluso dañará el termómetro. Cuando la temperatura ambiente es demasiado alta y hay polvo, humo y vapor, puede elegir la cubierta protectora, la refrigeración por agua, el sistema de refrigeración por aire, el soplador de aire y otros accesorios proporcionados por el fabricante. Estos accesorios pueden abordar con eficacia las influencias ambientales y proteger el termómetro para una medición precisa de la temperatura. Al especificar accesorios, se debe solicitar un servicio estandarizado tanto como sea posible para reducir los costos de instalación. Cuando el humo, el polvo u otras partículas reducen la señal de energía de medición, un termómetro de dos colores es la mejor opción. Bajo ruido, campo electromagnético, vibración o condiciones ambientales inaccesibles, u otras condiciones adversas, el termómetro bicolor de fibra óptica es la mejor opción.
En aplicaciones con materiales sellados o peligrosos, como contenedores o cámaras de vacío, el pirómetro ve a través de una ventana. El material debe ser lo suficientemente fuerte y pasar por el rango de longitud de onda operativo del pirómetro que se está utilizando. También determine si el operador también necesita observar a través de la ventana, así que elija la ubicación de instalación adecuada y el material de la ventana para evitar la influencia mutua. En aplicaciones de medición de baja temperatura, los materiales de Ge o Si se utilizan normalmente como ventanas, que son opacas a la luz visible y el ojo humano no puede observar el objetivo a través de la ventana. Si el operador necesita pasar a través del objetivo de la ventana, se debe usar un material óptico que transmita tanto la radiación infrarroja como la luz visible. Por ejemplo, un material óptico que transmita radiación infrarroja y luz visible debe usarse como material de ventana, como ZnSe o BaF2.
Operación simple y uso fácil: los termómetros infrarrojos deben ser intuitivos, fáciles de operar y fáciles de usar por los operadores. Entre ellos, los termómetros infrarrojos portátiles son pequeños, livianos y transportados por personas que integran la medición de temperatura y la salida de pantalla. Los instrumentos de medición de temperatura pueden mostrar la temperatura y generar información de temperatura diversa en el panel de visualización, y algunos pueden operarse mediante un control remoto o un programa de software de computadora.
En el caso de condiciones ambientales adversas y complicadas, se puede seleccionar un sistema con un cabezal de medición de temperatura y una pantalla separados para facilitar la instalación y configuración. Se puede seleccionar la forma de salida de la señal que coincida con el equipo de control actual. Calibración del termómetro de radiación infrarroja: el termómetro infrarrojo debe calibrarse para que pueda mostrar correctamente la temperatura del objetivo medido. Si la medición de temperatura del termómetro utilizado está fuera de tolerancia durante el uso, debe devolverse al fabricante o al centro de reparación para que lo vuelvan a calibrar.
