Bezkontaktowy pomiar temperatury Odnosi się do pomiaru temperatury ciała z wykorzystaniem emitowanych przez nie promieni podczerwonych. Jest to preferowana technika w przypadku małych, ruchomych lub niedostępnych obiektów; dynamicznych procesów wymagających szybkiej reakcji. Zrozumienie podstaw technologii pomiaru temperatury, jej parametrów i dostępnych funkcji może pomóc w wyborze najlepszego bezkontaktowego urządzenia do pomiaru temperatury do konkretnego zastosowania. Termometr bezkontaktowy szacuje temperaturę powierzchni obiektu, mierząc emitowane przez niego promieniowanie podczerwone. Podczerwień to część widma elektromagnetycznego wykraczająca poza widzialną reakcję ludzkiego oka. Długość fal promieniowania podczerwonego (IR) mieści się w zakresie od 0,75 µm do 1000 µm.
Temperatura odgrywa ważną rolę w różnych gałęziach przemysłu, w produkcji, kontroli jakości, przemyśle medycznym itp. Dokładne monitorowanie temperatury poprawia jakość produktu i zwiększa produktywność. Technologia podczerwieni jest z powodzeniem wykorzystywana w przemyśle i badaniach naukowych od wielu lat. Jednak nowe innowacje techniczne obniżyły koszty i przyciągnęły wielu użytkowników i aplikacji. Głównymi zaletami bezkontaktowej termometrii IR są szybkość, brak zakłóceń i możliwość pomiaru w wysokich zakresach temperatur do 3000°C. Termometry na podczerwień mogą być również używane do obiektów ruchomych i niedostępnych. Technologia podczerwieni może być jednak używana tylko do pomiaru temperatur powierzchni.
W zależności od swojej temperatury, każda forma materii emituje promieniowanie podczerwone, gdy temperatura jest powyżej zera absolutnego. Temperatura obiektu zależy od intensywności ruchu jego cząsteczek. Promieniowanie podczerwone emitowane przez obiekt docelowy można wykorzystać do oszacowania temperatury jego powierzchni. Pirometry Do zbierania promieniowania podczerwonego i określania temperatury używa się termometrów na podczerwień lub termometrów na podczerwień. W zależności od zastosowania, obecnie dostępnych i produkowanych jest wiele pirometrów.
Pirometry dwukolorowe lub pirometry ilorazowe mierzą temperaturę na podstawie dwóch (lub więcej) dyskretnych długości fal. Główną zaletą pirometru ilorazowego jest to, że pomiar jest niezależny od emisyjności, a zatem wahania emisyjności nie mają wpływu na pomiar temperatury. Pomiar temperatury w tym przypadku zależy od stosunku emisyjności materiału na dwóch dyskretnych długościach fal.
Termometr emisyjności i promieniowania
Emisyjność definiuje frakcję promieniowania emitowanego przez obiekt w porównaniu do promieniowania emitowanego przez ciało doskonale czarne w tej samej temperaturze. Emisyjność zależy od rodzaju materiału i stanu jego powierzchni. Może się zmieniać od bliskiego zera do prawie jednego dla niektórych materiałów. Znajomość emisyjności obiektu jest wymagana do określenia jego prawidłowej temperatury. Wartości emisyjności są wymienione w literaturze dla różnych materiałów i pasm widmowych lub te wartości można również określić.
Pirometr jednokolorowy mierzy i ocenia intensywność przechwyconego promieniowania podczerwonego. Intensywność jest mierzona w wąskim paśmie długości fal. Wybór pasma długości fal zależy od zakresu temperatur i rodzaju mierzonego materiału.
Dokładny pomiar
Dokładność pomiaru temperatury w dużej mierze zależy od właściwego ustawienia wymaganych parametrów. Ustawienie emisyjności jest jednym z punktów krytycznych.
Promieniowanie termiczne celu zawsze zawiera promieniowanie rozproszone emitowane przez środowisko otaczające obszar docelowy i odbijane przez powierzchnię celu. Zazwyczaj zakłada się, że temperatura otoczenia jest taka sama jak temperatura czujnika. Jeśli cel jest wystawiony na inne warunki otoczenia, np. wewnątrz nagrzanego pieca, wewnątrz gorącej komory, konieczne są regulacje w celu uzyskania dokładnego pomiaru. Gazy, para wodna, kurz i inne cząsteczki na ścieżce widzenia czujnika mogą mieć wpływ na odczyt temperatury. Ponieważ oba kanały optyczne są w równym stopniu dotknięte, pirometry współczynnika są generalnie odporne na zaciemnienie ścieżki widzenia, a współczynnik koloru sygnału pozostaje niezmieniony.
Termometry radiacyjne są silnie podatne na zmiany temperatury otoczenia. Aby zachować wysoką dokładność pomiaru, wymagana jest precyzyjna kompensacja tego dryftu temperatury.
Optyka
Optyka w termometrach radiacyjnych jest zazwyczaj typu o stałej ogniskowej. Obszar docelowy mierzony przez pirometr nazywany jest rozmiarem plamki. Aby uzyskać dokładny pomiar w pirometrze jednokolorowym, rozmiar plamki powinien być mniejszy niż obiekt. Jednak pirometr ilorazowy może mierzyć temperaturę obiektu, którego rozmiar jest mniejszy niż rozmiar plamki. Szczegóły dotyczące rozmiaru plamki i optyki pirometru są zawsze dostępne u producenta pirometru. Dzięki podanym szczegółom dotyczącym pola widzenia pirometru można obliczyć rozmiar plamki w określonej odległości, a zatem można ustalić odległość pomiarową pirometru. FOV umożliwia łatwe obliczenie minimalnego rozmiaru celu dla każdej odległości roboczej. Wygodnym pomiarem jest stosunek odległości do celu, np. 50:1, wskazujący minimalny cel 1 mm przy 50 mm odległości pomiarowej.
Pirometr światłowodowy Jest stosowany w zastosowaniach, w których występują silne pola zakłóceń elektrycznych lub magnetycznych. Umożliwia umieszczenie układu elektronicznego poza strefą zagrożenia. Światłowody umożliwiają fizyczne oddzielenie zespołu soczewek od detektora i elektroniki przetwarzającej sygnał.
Pomiar obiektów
Termometry radiacyjne są obecnie szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu w różnych zastosowaniach. Są używane do pomiaru temperatury metali, tworzyw sztucznych, szkła, a także w przemyśle medycznym.
Ponieważ metale często odbijają światło, mają tendencję do niskiej emisyjności. Niska emisyjność oznacza, że z powierzchni metalu emitowana jest bardzo niska energia, co może powodować niewiarygodne wyniki. Wybór instrumentu, który mierzy promieniowanie podczerwone przy określonej długości fali i w określonym zakresie temperatur, w którym metale mają najwyższą możliwą emisyjność, może zminimalizować błędy. Optymalna długość fali dla wysokich temperatur w przypadku metali wynosi około 0,8 do 1,0 µm. Możliwe są również długości fali 1,6, 2,2 i 3,9 µm.
Podczas pomiaru temperatury szkła za pomocą termometru na podczerwień należy wziąć pod uwagę zarówno odbicie, jak i transmisję. Starannie wybierając długość fali, można zmierzyć temperaturę zarówno powierzchni, jak i głębokości. Podczas pomiarów pod powierzchnią należy użyć czujnika o długości fali 1,0, 2,2 lub 3,9 µm. Zaleca się użycie czujnika o długości fali 5 µm do pomiaru temperatury powierzchni szkła. Ponieważ szkło jest słabym przewodnikiem ciepła i może szybko zmieniać temperaturę powierzchni, zaleca się użycie urządzenia pomiarowego o krótkim czasie reakcji.
