Principles of Non-Contact Temperatu

Principles of Non-Contact Temperature Measurement
Author: Klaus-Dieter Gruner
[e-mail]
3



Contents


Introduction

Section 1 The Advantages of Using IR Thermometers

Section 2 The Infrared Measuring System
2.1 The Target
2.1.1 Determining Emissivity
2.1.2 Measuring Metals
2.1.3 Measuring Plastics
2.1.4 Measuring Glass
2.2 Ambient Conditions
2.3 Optics and Windows
2.4 Detectors
2.5 Displays and Interfaces

Section 3 Special Pyrometers
3.1 Fiber-optic Pyrometers
3.2 Ratio Pyrometers

Section 4 Bibliography and Further Reading


5
Introduction
This manual was written for people who are unfamiliar with noncontact infrared temperature
measurement. A conscious attempt has been made to present the subject matter as briefly
and simply as possible. Readers who wish to gain more in-depth knowledge can follow the
suggestions for further reading in the bibliography. This manual focuses on the practical
operations of noncontact temperature measurement devices and IR thermometry, and
answers important questions that may arise. If you plan to use a noncontact temperature
measurement device and require further advice, send us the completed questionnaire (in the
appendix) prior to use.


Section 1 The Advantages of Using IR Thermometers

Temperature is the most frequently measured physical quantity, second only to time.
Temperature plays an important role as an indicator of the condition of a product or piece of
machinery, both in manufacturing and in quality control. Accurate temperature monitoring
improves product quality and increases productivity. Downtimes are decreased, since the
manufacturing processes can proceed without interruption and under optimal conditions.

Infrared technology is not a new phenomenonóit has been utilized successfully in industrial
and research settings for decadesóbut new innovations have reduced costs, increased
reliability, and resulted in noncontact infrared sensors offering smaller units of measurement.
All of these factors have led infrared technology to become an area of interest for new kinds
of applications and users.

What are the advantages offered by noncontact temperature measurement?

1. It is fast (in the ms range)ótime is saved, allowing for more measurements and
accumulation of data (determination of temperature field).
2. It facilitates measurement of moving targets (conveyor processes).
3. Measurements can be taken of hazardous or physically inaccessible objects
(high-voltage parts, great measurement distance).
4. Measurements of high temperatures (greater than 1300°C) present no problems. In
similar cases, contact thermometers cannot be used, or have a limited life.
6
5. There is no interferenceóno energy is lost from the target. For example, in the case
of a poor heat conductor such as plastic or wood, measurements are extremely
accurate with no distortion of measured values, as compared to measurements with
contact thermometers.
6. There is no risk of contamination and no mechanical effect on the surface of the
object; thus wear-free. Lacquered surfaces, for example, are not scratched and soft
surfaces can also be measured.

Having enumerated the advantages, there remains the question of what to keep in mind
when using an IR thermometer:

1. The target must be optically (infrared-optically) visible to the IR thermometer. High
levels of dust or smoke make measurement less accurate. Concrete obstacles, such
as a closed metallic reaction vessel, allow for only topical measurementóthe inside
of the container cannot be measured.
2. The optics of the sensor must be protected from dust and condensing liquids.
(Manufacturers supply the necessary equipment for this.)
3. Normally, only surface temperatures can be measured, with the differing emissivities
of different material surfaces taken into account.

Summary: The main advantages of noncontact IR thermometry are speed, lack of
interference, and the ability to measure in high temperature ranges to 3000°C. Keep in
mind that only the surface temperature can be measured.


Section 2 The Infrared Measuring System

An IR thermometer can be compared to the human eye. The lens of the eye represents the
optics through which the radiation (flow of photons) from the object reaches the
photosensitive layer (retina) via the atmosphere. This is converted into a signal that is sent to
the brain. Fig. 1 shows an infrared measuring system process flow.
7
Optics
or window
Target Atmosphere Detector Display and interfaces
453ºC
SP1 470ºC
EMS .85

Fig. 1: Infrared measuring system

2.1 The Target
Every form of matter with a temperature (T) above absolute zero emits infrared radiation
according to its temperature. This is called characteristic radiation. The cause of this is the
internal mechanical movement of molecules. The intensity of this movement depends on the
temperature of the object. Since the molecule movement represents charge displacement,
electromagnetic radiation (photon particles) is emitted. These photons move at the speed of
light and behave according to the known optical principles. They can be deflected, focused
with a lens, or reflected from reflective surfaces. The spectrum of this radiation ranges from
0.7 to 1000 µm wavelength. For this reason, this radiation cannot normally be seen with the
naked eye. This area lies within the red area of visible light and has therefore been called
"infra"-red after the Latin. (See Fig. 2)

Light
Ultraviolet Infrared X-rays Gamma
rays
Radio
SHF UHF VHF UKW KW MW LW ULW
0.1A 1A 1UA 100A 0.1µ 1µ 10µ 100µ 1cm 0.1cm 10cm 1m 100m 1km 10km 100km
Wavelength
10m
30 20 15 10 8 6 4 3 2 1.5 1 0.8 0.6 0.4
Wavelength in µm
Infrared range used
Fig. 2: The electromagnetic spectrum, with range from around 0.7 to 14 µm useful for
measuring purposes
8
Fig. 3 shows the typical radiation of a body at different temperatures. As indicated, bodies at
high temperatures still emit a small amount of visible radiation. This is why everyone can see
objects at very high temperatures (above 600°C) glowing somewhere from red to white.
Experienced steelworkers can even estimate temperature quite accurately from the color.
The classic disappearing filament pyrometer was used in the steel and iron industries from
1930 on. The invisible part of the spectrum, however, contains up to 100,000 times more
energy. Infrared measuring technology builds on this. It can likewise be seen in Fig. 3 that
the radiation maximum move toward ever-shorter wavelengths as the target temperature
rises, and that the curves of a body do not overlap at different temperatures. The radiant
energy in the entire wavelength range (area beneath each curve) increases to the power of 4
of the temperature. These relationships were recognized by Stefan and Boltzmann in 1879
and illustrate that an unambiguous temperature can be measured from the radiation
signal. 1, 3, 4, 5


Fig. 3: Radiation characteristics of a blackbody in relation to its temperature. 3


Looking at Fig. 3, then, the goal should be to set up the IR thermometer for the widest range
possible in order to gain the most energy (corresponding to the area below a curve) or signal
from the target. There are, however, some instances in which this is not always
advantageous. For instance, in Fig. 3, the intensity of radiation increases at 2 µmómuch
more when the temperature increases than at 10 µm. The greater the radiance difference per
temperature difference, the more accurately the IR thermometer works. In accordance with
the displacement of the radiation maximum to smaller wavelengths with increasing
temperature (Wien's Displacement Law), the wavelength range behaves in accordance with
the measuring temperature range of the pyrometer. At low temperatures, an IR thermometer
working at 2 µm would stop at temperatures below 600°C, seeing little to nothing since there
9
is too little radiation energy. A further reason for having devices for different wavelength
ranges is the emissivity pattern of some materials known as non-gray bodies (glass, metals,
and plastic films). Fig. 3 shows the idealóthe so-called "blackbody". Many bodies, however,
emit less radiation at the same temperature. The relation between the real emissive power
and that of a blackbody is known as emissivity ε (epsilon) and can be a maximum of 1 (body
corresponds to the ideal blackbody) and a minimum of 0. Bodies with emissivity less than 1
are called gray bodies. Bodies where emissivity is also dependent on temperature and
wavelength are called non-gray bodies.
Furthermore, the sum of emission is composed of absorption (A), reflection (R) and
transmission (T) and is equal to one. (See Equation 1 and Fig. 4)

A + R + T = 1 (1)
Target
Sensor
R
T
E
I = Impacting radiation
R = Reflected radiation
T = Transmitted radiation
E = Emitted radiation
A = Absorption
Heat source
Heat Source
A
I
R



Fig. 4: In addition to the radiation emitted from the target, the sensor also receives reflected
radiation and can also let radiation through.

10
Solid bodies have no transmission in the infrared range (T = 0). In accordance with
Kirchhofís Law, it is assumed that all the radiation absorbed by a body, and which has led to
an increase in temperature, is then also emitted by this body. The result, then, for absorption
and emission is:

A ! E = 1 - R

The ideal blackbody also has no reflectance (R = 0), so that E = 1.

Many non-metallic materials such as wood, plastic, rubber, organic materials, rock, or
concrete have surfaces that reflect very little, and therefore have high emissivities between
0.8 and 0.95. By contrast, metalsóespecially those with polished or shiny surfacesóhave
emissivities at around 0.1. IR thermometers compensate for this by offering variable options
for s

Kết quả (Việt) 1:

Các nguyên tắc của đo lường không tiếp xúc nhiệt độTác giả: Klaus-Dieter [e-mail] 3 Nội dung Giới thiệu Phần 1 những lợi thế của việc sử dụng nhiệt kế hồng ngoại Phần 2 hệ thống đo lường hồng ngoại 2.1 các mục tiêu 2.1.1 xác định Emissivity 2.1.2 đo kim loại 2.1.3 đo nhựa 2.1.4 đo thủy tinh 2.2 môi trường xung quanh điều kiện 2.3 quang học và cửa sổ 2.4 thiết bị dò 2.5 màn hình và giao diện Pyrometer đặc biệt phần 3 3.1 sợi quang pyrometer 3.2 tỷ lệ pyrometer Phần 4 tài liệu tham khảo và đọc thêm 5 Giới thiệu Sổ tay này đã được viết cho những người không quen thuộc với noncontact nhiệt độ hồng ngoại đo lường. Một nỗ lực có ý thức đã được thực hiện để trình bày các vấn đề như là một thời gian ngắn và chỉ đơn giản càng tốt. Độc giả những người muốn đạt được nhiều kiến thức chuyên sâu có thể làm theo các đề nghị cho đọc thêm trong thư mục. Sổ tay này tập trung vào thực hành Các hoạt động của noncontact nhiệt độ đo và IR thermometry, và câu trả lời câu hỏi quan trọng mà có thể phát sinh. Nếu bạn có kế hoạch sử dụng một nhiệt độ noncontact thiết bị đo lường và cần thêm lời khuyên, gửi cho chúng tôi các câu hỏi đã hoàn thành (trong các phụ lục) trước khi sử dụng. Phần 1 những lợi thế của việc sử dụng nhiệt kế hồng ngoại Nhiệt độ là đại lượng vật lý thường xuyên nhất đo, thứ hai chỉ để thời gian. Nhiệt độ đóng một vai trò quan trọng như là một chỉ báo của tình trạng của một sản phẩm hoặc mảnh Máy móc, cả hai trong sản xuất và kiểm soát chất lượng. Nhiệt độ chính xác giám sát cải thiện chất lượng sản phẩm và tăng năng suất. Downtime được giảm, kể từ khi các quá trình sản xuất có thể tiếp tục mà không bị gián đoạn và dưới điều kiện tối ưu. Công nghệ hồng ngoại không phải là một phenomenonóit mới đã được sử dụng thành công trong công nghiệp và nghiên cứu các cài đặt cho phát minh mới decadesóbut đã giảm chi phí, tăng độ tin cậy, và kết quả trong các cảm biến hồng ngoại noncontact cung cấp các đơn vị nhỏ hơn của đo lường. Tất cả những yếu tố này đã dẫn các công nghệ hồng ngoại để trở thành một khu vực quan tâm cho loại mới ứng dụng và người sử dụng. Những lợi thế được cung cấp bởi noncontact nhiệt độ đo lường là gì? 1. nó là nhanh chóng (trong phạm vi ms) ótime được lưu, cho phép thêm đo và tích lũy dữ liệu (xác định nhiệt độ trường). 2. nó tạo điều kiện đo lường của di chuyển mục tiêu (băng tải quy trình). 3. số đo có thể được thực hiện của các đối tượng nguy hiểm hoặc thể chất không thể tiếp cận (cao áp phần, tuyệt vời đo khoảng cách). 4. số đo nhiệt độ cao (lớn hơn 1300° C) hiện nay không có vấn đề. Ở trường hợp tương tự, liên hệ với nhiệt kế không thể được sử dụng, hoặc có một cuộc sống giới hạn. 6 5. có là không có năng lượng interferenceóno bị mất từ mục tiêu. Ví dụ, trong trường hợp của một dây dẫn nhiệt kém chẳng hạn như nhựa hoặc gỗ, đo đạc là cực kỳ chính xác với không có biến dạng của các giá trị đo, so với các phép đo với liên hệ với nhiệt kế. 6. có là không có nguy cơ ô nhiễm và không có hiệu lực cơ khí trên bề mặt của các đối tượng; Vì thế mặc-miễn phí. Bề mặt mạ, ví dụ, là không trầy xước và mềm bề mặt cũng có thể được đo. Có liệt kê những lợi thế, vẫn có câu hỏi về những gì cần ghi nhớ khi sử dụng một nhiệt kế hồng ngoại: 1. mục tiêu phải về mặt quang học (hồng ngoại-quang học) có thể nhìn thấy để nhiệt kế hồng ngoại. Cao mức độ bụi hoặc khói thực hiện đo lường ít chính xác hơn. Bê tông chướng ngại vật, như vậy như một phản ứng kim loại đóng tàu, cho phép chỉ tại chỗ measurementóthe bên trong của các thùng chứa không thể được đo. 2. quang học của bộ cảm biến phải được bảo vệ từ bụi và ngưng tụ chất lỏng. (Nhà sản xuất cung cấp các thiết bị cần thiết cho việc này.) 3. thông thường, nhiệt độ bề mặt chỉ có thể được đo lường, với emissivities khác nhau bề mặt vật liệu khác nhau đưa vào tài khoản. Tóm tắt: Các lợi thế chính của noncontact IR thermometry là tốc độ, thiếu sự can thiệp, và khả năng đo lường trong phạm vi nhiệt độ cao đến 3000° C. Hãy nhớ rằng chỉ có nhiệt độ bề mặt có thể được đo. Phần 2 hệ thống đo lường hồng ngoại Một nhiệt kế hồng ngoại có thể được so sánh với mắt người. Các ống kính của mắt đại diện cho các quang học mà qua đó các bức xạ (lưu lượng của photon) từ các đối tượng đạt đến các cảm quang lớp (võng mạc) thông qua bầu khí quyển. Điều này được chuyển đổi thành một tín hiệu được gửi tới não. Hình 1 cho thấy một hồng ngoại đo hệ thống quá trình dòng chảy. 7 Quang họchoặc cửa sổMục tiêu không khí máy dò Hiển thị và giao diện453ºCSP1 470ºCEMS.85 Hình 1: Hồng ngoại đo hệ thống 2.1 các mục tiêu Mọi hình thức của các vấn đề với một nhiệt độ (T) ở trên không tuyệt đối phát ra bức xạ hồng ngoại theo nhiệt độ của nó. Điều này được gọi là đặc trưng bức xạ. Nguyên nhân của điều này là các nội bộ cơ khí chuyển động của phân tử. Cường độ của phong trào này phụ thuộc vào các nhiệt độ của đối tượng. Kể từ khi di chuyển phân tử đại diện cho phí trọng lượng rẽ nước, bức xạ điện từ (các hạt photon) được phát ra. Các photon di chuyển ở tốc độ của ánh sáng và hành xử theo nguyên tắc quang học được biết đến. Họ có thể được chệch hướng, tập trung với một ống kính, hoặc phản ánh từ bề mặt phản chiếu. Quang phổ của bức xạ này dao động từ bước sóng 0,7-1.000 μm. Vì lý do này, bức xạ này không bình thường được nhìn thấy với các bằng mắt thường. Khu vực này nằm trong khu vực màu đỏ ánh sáng khả kiến và do đó được gọi là "tia"-màu đỏ sau khi tiếng Latin. (Xem hình 2) Ánh sáng X-quang tia cực tím hồng ngoại Gamma tia Đài phát thanh SHF UHF VHF UKW KW MW LW ULW 0.1A 1A 1UA 100A 0.1µ 1µ 10µ 100µ 1 cm 0.1 cm 10 cm 1 m 100 m 1 km 10 km 100 km Bước sóng 10m 30 20 15 10 8 6 4 3 2 1.5 1 0.8 cách 0.6 0.4 Bước sóng trong μm Hồng ngoại phạm vi sử dụng Hình 2: Quang phổ điện từ, với phạm vi từ khoảng 0,7-14 μm hữu ích cho measuring purposes 8 Fig. 3 shows the typical radiation of a body at different temperatures. As indicated, bodies at high temperatures still emit a small amount of visible radiation. This is why everyone can see objects at very high temperatures (above 600°C) glowing somewhere from red to white. Experienced steelworkers can even estimate temperature quite accurately from the color. The classic disappearing filament pyrometer was used in the steel and iron industries from 1930 on. The invisible part of the spectrum, however, contains up to 100,000 times more energy. Infrared measuring technology builds on this. It can likewise be seen in Fig. 3 that the radiation maximum move toward ever-shorter wavelengths as the target temperature rises, and that the curves of a body do not overlap at different temperatures. The radiant energy in the entire wavelength range (area beneath each curve) increases to the power of 4 of the temperature. These relationships were recognized by Stefan and Boltzmann in 1879 and illustrate that an unambiguous temperature can be measured from the radiation signal. 1, 3, 4, 5 Fig. 3: Radiation characteristics of a blackbody in relation to its temperature. 3 Looking at Fig. 3, then, the goal should be to set up the IR thermometer for the widest range possible in order to gain the most energy (corresponding to the area below a curve) or signal from the target. There are, however, some instances in which this is not always advantageous. For instance, in Fig. 3, the intensity of radiation increases at 2 µmómuch more when the temperature increases than at 10 µm. The greater the radiance difference per temperature difference, the more accurately the IR thermometer works. In accordance with the displacement of the radiation maximum to smaller wavelengths with increasing temperature (Wien's Displacement Law), the wavelength range behaves in accordance with the measuring temperature range of the pyrometer. At low temperatures, an IR thermometer working at 2 µm would stop at temperatures below 600°C, seeing little to nothing since there 9 is too little radiation energy. A further reason for having devices for different wavelength ranges is the emissivity pattern of some materials known as non-gray bodies (glass, metals, and plastic films). Fig. 3 shows the idealóthe so-called "blackbody". Many bodies, however, emit less radiation at the same temperature. The relation between the real emissive power and that of a blackbody is known as emissivity ε (epsilon) and can be a maximum of 1 (body corresponds to the ideal blackbody) and a minimum of 0. Bodies with emissivity less than 1 are called gray bodies. Bodies where emissivity is also dependent on temperature and wavelength are called non-gray bodies. Furthermore, the sum of emission is composed of absorption (A), reflection (R) and transmission (T) and is equal to one. (See Equation 1 and Fig. 4) A + R + T = 1 (1) TargetSensorRTEI = Impacting radiationR = Reflected radiationT = Transmitted radiationE = Emitted radiationA = AbsorptionHeat sourceHeat SourceAIR Fig. 4: In addition to the radiation emitted from the target, the sensor also receives reflected radiation and can also let radiation through. 10 Solid bodies have no transmission in the infrared range (T = 0). In accordance with Kirchhofís Law, it is assumed that all the radiation absorbed by a body, and which has led to an increase in temperature, is then also emitted by this body. The result, then, for absorption and emission is: A ! E = 1 - R The ideal blackbody also has no reflectance (R = 0), so that E = 1. Many non-metallic materials such as wood, plastic, rubber, organic materials, rock, or concrete have surfaces that reflect very little, and therefore have high emissivities between 0.8 and 0.95. By contrast, metalsóespecially those with polished or shiny surfacesóhave emissivities at around 0.1. IR thermometers compensate for this by offering variable options for s

Kết quả (Việt) 2:

Nguyên tắc của Non-Liên hệ Nhiệt độ đo lường
Tác giả: Klaus-Dieter Gruner
[e-mail]
3 Nội dung Giới thiệu Phần 1 Những thuận lợi của việc sử dụng IR Nhiệt kế Phần 2 The hồng ngoại đo hệ thống 2.1 Các mục tiêu 2.1.1 Xác định phát xạ 2.1.2 Đo kim loại 2.1. 3 Đo Nhựa 2.1.4 Đo Glass 2.2 Ambient Điều kiện 2.3 Optics và Windows 2.4 Detectors 2,5 độ hiển thị và giao diện Phần 3 hỏa kế đặc biệt 3.1 pyrometer Fiber-optic pyrometer 3.2 Tỷ lệ phần 4 Tài liệu tham khảo và đọc thêm 5 Giới thiệu Hướng dẫn này được viết cho những người không quen với nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc đo. Một nỗ lực có ý thức đã được thực hiện để trình bày vấn đề này vấn đề càng ngắn gọn và đơn giản càng tốt. Độc giả muốn có được nhiều kiến thức chuyên sâu có thể làm theo những gợi ý để đọc thêm trong các tài liệu tham khảo. Hướng dẫn này tập trung vào thực tiễn hoạt động của các thiết bị không tiếp xúc đo nhiệt độ và IR thermometry, và câu trả lời những câu hỏi quan trọng mà có thể phát sinh. Nếu bạn có kế hoạch để sử dụng một nhiệt độ không tiếp xúc Thiết bị đo lường và cần tư vấn thêm, gửi cho chúng tôi những câu hỏi hoàn thành (trong phụ lục) trước khi sử dụng. Phần 1 Những thuận lợi của việc sử dụng IR Nhiệt kế Nhiệt độ là đại lượng vật lý thường xuyên nhất đo, chỉ đứng thứ hai thời gian . Nhiệt độ đóng một vai trò quan trọng như là một chỉ báo về tình trạng của một sản phẩm hoặc một phần của máy móc, cả trong sản xuất và kiểm soát chất lượng. Giám sát nhiệt độ chính xác được cải thiện chất lượng sản phẩm và tăng năng suất. Ngưng hoạt động đang giảm, vì các quy trình sản xuất có thể tiếp tục mà không bị gián đoạn và điều kiện tối ưu. Công nghệ hồng ngoại không phải là một phenomenonóit mới đã được sử dụng thành công trong công nghiệp thiết lập và nghiên cứu cho decadesóbut sáng kiến mới đã giảm chi phí, tăng độ tin cậy, và dẫn đến các bộ cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc cung cấp các đơn vị nhỏ hơn của phép đo. Tất cả những yếu tố đã dẫn công nghệ hồng ngoại để trở thành một khu vực quan tâm đối với các loại mới của các ứng dụng và người sử dụng. những lợi thế được cung cấp bởi nhiệt độ không tiếp xúc đo lường là gì? 1. Đó là nhanh chóng (trong phạm vi ms) ótime được lưu lại, vì nó cho phép đo và tích lũy dữ liệu (xác định trường nhiệt độ). 2. Nó tạo điều kiện đo lường mục tiêu di động (quá trình tải). 3. Phép đo có thể được thực hiện của các đối tượng nguy hiểm hoặc không thể tiếp cận vật lý (các bộ phận áp cao, khoảng cách đo lớn). 4. Đo nhiệt độ cao (trên 1300 ° C) hiện tại không có vấn đề. Trong trường hợp tương tự, nhiệt kế tiếp xúc không thể được sử dụng, hoặc có một cuộc sống hạn chế. 6 5. Không có năng lượng interferenceóno bị mất từ mục tiêu. Ví dụ, trong trường hợp của một chất dẫn nhiệt kém như nhựa hoặc gỗ, đo cực kỳ chính xác với không bị méo các giá trị đo, so với các phép đo với nhiệt kế tiếp xúc. 6. Không có nguy cơ ô nhiễm và không có tác dụng cơ học trên bề mặt của các đối tượng; do đó mặc miễn phí. Bề mặt sơn mài, ví dụ, không trầy xước và mềm mại. Bề mặt cũng có thể được đo Sau khi liệt kê những ưu điểm, vẫn còn những câu hỏi về những gì để giữ trong tâm trí khi sử dụng một nhiệt kế hồng ngoại: 1. Các mục tiêu phải được quang học (tia hồng ngoại quang học) có thể nhìn thấy các nhiệt kế hồng ngoại. Cao cấp của bụi hoặc khói làm cho đo kém chính xác. Trở ngại cụ thể, chẳng hạn như một tàu phản ứng kim loại khép kín, cho phép chỉ measurementóthe đề bên trong của container không thể đo lường. 2. Các quang của cảm biến phải được bảo vệ khỏi bụi và các chất lỏng ngưng tụ. (Nhà sản xuất cung cấp các thiết bị cần thiết cho việc này.) 3. Thông thường, chỉ có nhiệt độ bề mặt có thể được đo lường, với emissivities khác nhau của bề mặt vật liệu khác nhau được đưa vào tài khoản. Tóm tắt: Các ưu điểm chính của không tiếp xúc IR thermometry là tốc độ, thiếu sự can thiệp, và khả năng đo nhiệt độ cao khoảng 3000 ° C . Hãy nhớ rằng chỉ có nhiệt độ bề mặt có thể được đo. Phần 2 The hồng ngoại đo Hệ thống An IR nhiệt kế có thể được so sánh với mắt người. Các ống kính của mắt đại diện cho quang học thông qua đó các bức xạ (lưu lượng của các photon) từ đối tượng đến các lớp cảm quang (võng mạc) thông qua bầu khí quyển. Điều này được chuyển đổi thành một tín hiệu được gửi tới não. Hình. 1 cho thấy một dòng chảy đo lường quá trình hệ thống hồng ngoại. 7 Optics hoặc cửa sổ Target Atmosphere Detector Màn hình và giao diện 453ºC SP1 470ºC EMS? 0,85 Fig. 1: Hệ thống đo hồng ngoại 2.1 Target Mỗi dạng vật chất có nhiệt độ (T) trên độ không tuyệt đối phát ra bức xạ hồng ngoại theo nhiệt độ của nó. Điều này được gọi là bức xạ đặc trưng. Nguyên nhân của việc này là chuyển động cơ học bên trong của phân tử. Cường độ của chuyển động này phụ thuộc vào nhiệt độ của đối tượng. Kể từ khi phong trào phân tử đại diện cho phí chuyển, bức xạ điện từ (các hạt photon) được phát ra. Các photon chuyển động với tốc độ của ánh sáng và cư xử theo nguyên tắc quang học nổi tiếng. Họ có thể bị chệch hướng, tập trung với một ống kính, hoặc phản xạ từ bề mặt phản chiếu. Quang phổ của bức xạ này trong khoảng từ 0,7 micromet để 1000 bước sóng. Vì lý do này, bức xạ này có thể bình thường không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Khu vực này nằm trong vùng đỏ của ánh sáng nhìn thấy và do đó đã được gọi là "hạ tầng" -Hồng sau Latin. (Xem hình. 2) ánh sáng tia cực tím hồng ngoại X-quang Gamma tia Đài SHF UHF VHF UKW KW MW LW ULW 0.1A 1A 1UA 100A 0.1μ 1μ 10μ 100μ 1cm 0.1cm 10cm 1m 100m 1km 10km 100km bước sóng 10m 30 20 15 10 8 6 4 3 2 1 1,5 0,8 0,6 0,4 Bước sóng trong micromet phạm vi hồng ngoại sử dụng hình. 2: Quang phổ điện từ, có phạm vi từ khoảng 0,7-14 mm hữu ích cho mục đích đo lường 8 hình. 3 cho thấy các bức xạ đặc trưng của một cơ thể ở nhiệt độ khác nhau. Như đã nêu, cơ quan ở nhiệt độ cao vẫn phát ra một lượng nhỏ phóng xạ nhìn thấy được. Đây là lý do tại sao tất cả mọi người có thể nhìn thấy vật ở nhiệt độ rất cao (trên 600 ° C) phát sáng ở đâu đó từ màu đỏ sang màu trắng. Thợ có kinh nghiệm thậm chí có thể ước tính nhiệt độ khá chính xác từ màu sắc. Các cổ điển hỏa kế biến mất sợi được sử dụng trong các ngành công nghiệp thép và sắt từ 1930 về. Các phần vô hình của quang phổ, tuy nhiên, có chứa tới hơn 100.000 lần năng lượng. Công nghệ đo hồng ngoại được xây dựng trên này. Nó có thể được nhìn thấy trong hình. 3 là tối đa di chuyển bức xạ về phía bước sóng ngắn hơn bao giờ hết khi nhiệt độ mục tiêu tăng lên, và rằng các đường cong của cơ thể không trùng nhau ở nhiệt độ khác nhau. Các bức xạ năng lượng trong toàn bộ phạm vi bước sóng (khu vực bên dưới mỗi đường cong) làm tăng sức mạnh của 4 của nhiệt độ. Những mối quan hệ đã được công nhận bởi Stefan và Boltzmann vào năm 1879 và cho thấy rằng nhiệt độ rõ ràng có thể được đo từ các bức xạ tín hiệu. 1, 3, 4, 5 hình. 3: đặc điểm bức xạ của vật đen liên quan đến nhiệt độ của nó. 3 Nhìn vào hình. 3, sau đó, mục tiêu nên được để thiết lập các nhiệt kế hồng ngoại cho phạm vi rộng nhất có thể để đạt được nhiều năng lượng nhất (tương ứng với khu vực bên dưới đường cong) hoặc tín hiệu từ mục tiêu. Tuy nhiên, một số trường hợp mà điều này không phải lúc nào cũng thuận lợi. Ví dụ, trong hình. 3, cường độ tăng bức xạ tại 2 μmómuch hơn khi nhiệt độ tăng cao hơn so với ở 10 micromet. Việc lớn hơn sự khác biệt rạng rỡ mỗi sự khác biệt nhiệt độ, sự chính xác hơn các công trình nhiệt kế hồng ngoại. Phù hợp với sự dịch chuyển của bức xạ tối đa với các bước sóng nhỏ hơn với sự gia tăng nhiệt độ (Luật Displacement Wien), phạm vi bước sóng ứng xử phù hợp với phạm vi nhiệt độ đo của hỏa kế. Ở nhiệt độ thấp, nhiệt kế hồng ngoại làm việc ở 2 micromet sẽ dừng lại ở nhiệt độ dưới 600 ° C, thấy ít để không có gì kể từ khi có 9 là quá ít năng lượng bức xạ. Một lý do nữa cho việc có các thiết bị cho bước sóng khác nhau dao động là mô hình phát xạ của một số vật liệu được gọi là các cơ quan phi-xám (thủy tinh, kim loại, và phim nhựa). Hình. 3 cho thấy idealóthe cái gọi là "đen". Nhiều cơ quan, tuy nhiên, thải ra ít bức xạ ở cùng một nhiệt độ. Các mối quan hệ giữa công suất phát xạ thực và của một vật đen được gọi là phát xạ ε (epsilon) và có thể có tối đa là 1 (cơ thể tương ứng với vật đen lý tưởng) và tối thiểu là 0. Các cơ quan với phát xạ ít hơn 1 được gọi là màu xám cơ quan. Cơ quan nơi phát xạ cũng phụ thuộc vào nhiệt độ và bước sóng được gọi là các cơ quan phi-xám. Hơn nữa, tổng phát thải gồm hấp thụ (A), phản chiếu (R) và truyền tải (T) và bằng một. (Xem phương trình 1 và hình. 4) A + R + T = 1 (1) Mục tiêu Sensor R T E I = tác động bức xạ R = phản xạ T = truyền qua bức xạ E = phát ra bức xạ A = hấp thụ nguồn nhiệt Heat Source A I R vả. 4: Ngoài các bức xạ phát ra từ các mục tiêu, các cảm biến cũng nhận được phản ánh. Bức xạ và cũng có thể cho bức xạ thông qua 10 cơ quan rắn không có truyền trong phạm vi hồng ngoại (T = 0). Theo quy định của Luật Kirchhofís, nó được giả định rằng tất cả các bức xạ hấp thụ bởi cơ thể, và điều này đã dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ, sau đó cũng phát ra từ cơ thể này. Kết quả, sau đó, cho sự hấp thụ và phát xạ là: A! E = 1 - R Các vật đen lý tưởng cũng không có phản xạ (R = 0), do đó E = 1. Nhiều loại vật liệu phi kim loại như gỗ, nhựa, cao su, vật liệu hữu cơ, rock, hoặc bê tông có bề mặt phản ánh rất ít , và do đó có emissivities cao giữa 0,8 và 0,95. Ngược lại, những người có surfacesóhave metalsóespecially đánh bóng hoặc bóng emissivities vào khoảng 0,1. Nhiệt kế hồng ngoại bù đắp cho điều này bằng cách cung cấp các tùy chọn biến cho s