적외선 온도계의 이론적 원리와 응용
온도를 측정하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 온도계는 접촉식 온도 측정기와 비접촉식 온도 측정기의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 접촉 유형에는 친숙한 액체 온도계, 열전대 온도계 및 열 저항 온도계 등이 포함됩니다. 우리 모두 알고 있듯이 온도는 난방, 가스 공급, 환기 및 공조 시스템에서 가장 중요한 매개 변수 중 하나입니다. 특히 열 공학 측정 과정에서 온도의 정확도는 종종 실험의 성공 또는 실패의 열쇠입니다. 따라서 엔지니어링에서는 고정밀 온도 측정기가 필수적입니다. 따라서 이 기사에서는 온도 측정 도구에서 적외선 온도계의 몇 가지 원리와 응용을 소개합니다.
적외선 온도 측정의 이론적 원리:
자연계에서 물체의 온도가 절대 영도보다 높으면 내부 열 운동의 존재로 인해 0.75µm~ 100µm. 그 특징은 주어진 온도와 파장에서 물체가 방출하는 복사 에너지가 최대값을 갖는다는 것입니다. 이러한 종류의 물질을 흑체라고 하며 반사 계수는 1로 설정됩니다. 다른 물질의 반사 계수는 1보다 작으며 흑체의 분광 복사 전력 P(λT)가 크기 때문에 회색 물체라고 합니다. 최대 온도 T는 Planck의 결정을 만족합니다. 최대 온도 T에서 파장 λ에서 단위 면적당 흑체의 복사 전력이 P(λT)임을 보여줍니다.
온도가 상승하면 물체의 복사 에너지가 강해집니다. 이것은 적외선 복사 이론의 출발점이며 단일 대역 적외선 온도계의 설계 기반입니다.
온도가 증가함에 따라 복사 피크는 단파장 방향(왼쪽)으로 이동하여 빈 변위 정리를 만족하고 피크에서의 파장은 최대 온도 T에 반비례하며 점선은 선 피크를 연결합니다. 이 공식은 고온 온도계는 주로 단파에서 작동하고 저온 온도계는 대부분 장파에서 작동하는 이유를 알려줍니다.
온도에 따른 복사 에너지의 변화율은 장파보다 단파에서 더 큽니다. 즉, 단파에서 작동하는 온도계는 상대적으로 높은 신호 대 잡음비(높은 감도)와 강한 간섭 방지. 온도계는 피크 파장에서 작동하도록 선택해야 합니다. 특히 저온 및 작은 대상의 경우 이는 특히 중요합니다.
2: 적외선 온도계는 광학 시스템, 광전 검출기, 신호 증폭기, 신호 처리, 디스플레이 출력 및 기타 부품으로 구성됩니다. 측정 대상과 피드백 소스의 방사는 변조기에 의해 변조된 다음 적외선 감지기로 입력됩니다. 두 신호의 차이는 안티 앰프에 의해 증폭되고 피드백 소스의 온도를 제어하여 피드백 소스의 스펙트럼 복사가 물체의 것과 동일합니다. 디스플레이는 측정 대상의 밝기 온도를 나타냅니다.
성능 지표 및 세 가지 적외선 온도계 선택:
적외선 온도계의 성능 지표에는 온도 측정 범위, 디스플레이 해상도, 정확도, 작업 환경 온도 범위, 반복성, 상대 습도, 응답 시간, 전원 공급 장치, 응답 스펙트럼, 크기, 최대값 표시, 중량, 방사율 등이 포함됩니다. 주의 다음을 선택할 때:
1. 온도 측정 범위 결정: 온도 측정 범위는 온도계의 가장 중요한 성능 지표입니다. 각 유형의 온도계에는 고유한 특정 온도 범위가 있습니다. 따라서 사용자의 측정 온도 범위는 너무 좁지도 넓지도 않게 정확하고 종합적으로 고려되어야 합니다. 흑체 복사의 법칙에 따르면 스펙트럼의 짧은 파장 대역에서 온도로 인한 복사 에너지의 변화는 방사율 오류로 인한 복사 에너지의 변화를 초과합니다.
2 대상 크기 결정: 적외선 온도계는 원리에 따라 단색 온도계와 2색 온도계(방사 비색 온도계)로 나눌 수 있습니다. 단색 온도계의 경우 온도를 측정할 때 측정 대상 영역이 온도계의 시야를 채워야 합니다. 측정 대상 크기는 시야의 50%를 초과하는 것이 좋습니다. 대상 크기가 시야보다 작으면 배경 방사 에너지가 온도계의 시각적 및 청각적 기호에 들어가 온도 측정 판독값을 방해하여 오류를 일으킵니다. 반대로 대상이 고온계의 시야보다 큰 경우 고온계는 측정 영역 외부의 배경에 의해 영향을 받지 않습니다. 2색 고온계의 경우 온도는 두 개의 독립적인 파장 대역에서 복사 에너지의 비율로 결정됩니다. 따라서 측정 대상이 작고 시야를 채우지 않고 측정 경로에 연기, 먼지 및 장애물이 있어 방사 에너지를 감쇠시키는 경우 측정 결과에 큰 영향을 미치지 않습니다. . 작고 움직이거나 진동하는 대상의 경우 2색 온도계가 최선의 선택입니다. 이는 광선의 직경이 작고 구부러지고 막히고 접힌 채널을 통해 빛 복사 에너지를 전달할 수 있는 유연성 때문입니다.
3 거리 계수(광학 분해능) 결정: 거리 계수는 D:S의 비율, 즉 온도계 프로브와 대상 사이의 거리 D와 측정 대상 직경의 비율로 결정됩니다. 환경 조건으로 인해 온도계를 대상에서 멀리 설치해야 하고 작은 대상을 측정해야 하는 경우 광학 해상도가 높은 온도계를 선택해야 합니다. 광학 분해능이 높을수록, 즉 D:S 비율이 증가할수록 고온계의 비용이 높아집니다. 온도계가 대상에서 멀리 떨어져 있고 대상이 작은 경우 거리 계수가 높은 온도계를 선택해야 합니다. 초점 거리가 고정된 고온계의 경우 광학 시스템의 초점은 스폿의 가장 작은 위치이며 초점에서 가깝고 먼 스폿이 증가합니다. 두 가지 거리 요소가 있습니다.
4. 파장 범위 결정: 대상 물질의 방사율과 표면 특성에 따라 고온계 스펙트럼의 해당 파장이 결정됩니다. 고반사율 합금 재료의 경우 방사율이 낮거나 가변적입니다. 고온 영역에서 금속 재료 측정에 가장 적합한 파장은 근적외선이며 0.8-1.0 μm를 선택할 수 있습니다. 다른 온도 영역은 1.6μm, 2.2μm 및 3.9μm를 선택할 수 있습니다. 일부 재료는 특정 파장에서 투명하기 때문에 적외선 에너지가 이러한 재료를 투과하므로 이 재료에 대해 특수 파장을 선택해야 합니다.
5 응답 시간 결정: 응답 시간은 측정된 온도 변화에 대한 적외선 온도계의 반응 속도를 나타내며 최종 판독 에너지의 95%에 도달하는 데 필요한 시간으로 정의되며 시간 상수와 관련이 있습니다. 광 검출기, 신호 처리 회로 및 디스플레이 시스템 관련. 대상의 이동 속도가 매우 빠르거나 빠르게 가열되는 대상을 측정할 경우 응답이 빠른 적외선 온도계를 선택해야 합니다. 그렇지 않으면 충분한 신호 응답을 얻지 못하고 측정 정확도가 떨어집니다. 그러나 모든 응용 분야에 빠르게 반응하는 적외선 온도계가 필요한 것은 아닙니다. 열 관성이 있는 정적 또는 대상 열 프로세스의 경우 고온계의 응답 시간을 완화할 수 있습니다.
6. 신호 처리 기능: 이산 공정(예: 부품 생산)과 연속 공정의 차이를 고려하여 적외선 온도계에는 다중 신호 처리 기능(예: 피크 홀드, 밸리 홀드, 평균값)이 필요합니다. 컨베이어 벨트의 온도 측정과 같이 선택하십시오. 병을 사용할 때 피크 값을 사용하여 유지해야 하며 온도의 출력 신호가 컨트롤러로 전송됩니다. 그렇지 않으면 온도계가 병 사이의 더 낮은 온도 값을 읽습니다. 피크 홀드를 사용하는 경우 온도계 응답 시간을 병 사이의 시간 간격보다 약간 길게 설정하여 적어도 하나의 병이 항상 측정 중이도록 합니다.
7 환경 조건 고려: 온도계의 환경 조건은 측정 결과에 큰 영향을 미치므로 고려하고 적절하게 해결해야 합니다. 그렇지 않으면 온도 측정 정확도에 영향을 미치고 손상을 일으킬 수도 있습니다. 주변 온도가 높고 먼지, 연기 및 증기가 있는 경우 제조업체에서 제공하는 보호 덮개, 수냉식, 공기 냉각 시스템, 공기 정화기 및 기타 액세서리를 선택할 수 있습니다. 이러한 액세서리는 환경 영향을 효과적으로 해결하고 정확한 온도 측정을 위해 온도계를 보호할 수 있습니다. 악세서리 지정 시 가능한 한 표준화된 서비스를 요청하여 설치 비용을 절감해야 합니다.
8. 적외선 방사 온도계의 보정: 적외선 온도계는 측정 대상의 온도를 올바르게 표시할 수 있도록 보정해야 합니다. 사용하는 온도계의 온도 측정값이 사용 중 허용 오차를 벗어나는 경우 재교정을 위해 제조업체 또는 수리 센터에 반환해야 합니다.
네 개의 적외선 온도계의 특징
1. 비접촉식 측정: 측정된 온도장의 내부나 표면을 만질 필요가 없으므로 측정된 온도장의 상태를 방해하지 않으며 온도계 자체가 온도장에 의해 손상되지 않습니다.
2. 넓은 측정 범위: 비접촉식 온도 측정이기 때문에 온도계는 더 높거나 낮은 온도 필드에 있지 않고 정상 온도 또는 온도계가 허용하는 조건에서 작동합니다. 정상적인 상황에서는 영하 수십도에서 3000도 이상까지 측정할 수 있습니다.
3. 빠른 온도 측정 속도: 즉, 빠른 응답 시간. 대상의 적외선을 받는 한 단시간에 온도를 고정할 수 있습니다.
4. 높은 정확도: 적외선 온도 측정은 접촉 온도 측정과 같이 물체 자체의 온도 분포를 파괴하지 않으므로 측정 정확도가 높습니다.
5. 높은 감도: 물체의 온도에 약간의 변화가 있는 한 방사선 에너지가 크게 변경되어 감지하기 쉽습니다. 그것은 작은 온도 분야의 온도를 측정할 수 있고
6. 온도 분포 측정 및 움직이거나 회전하는 물체의 온도 측정. 안전하고 긴 서비스 수명.
5가지 적외선 온도계의 단점:
1. 환경적 요인(주위 온도, 공기 중의 먼지 등)에 취약
2. 밝거나 광택이 나는 금속 표면의 온도 판독에 큰 영향을 미칩니다.
3. 물체의 외부 온도 측정에 한하여 물체 내부 및 장애물이 있을 때 온도 측정이 불편하다.
6개의 적외선 온도계 사용 시 주의 사항:
(1) 테스트 대상 물체의 방사율을 정확하게 결정해야 합니다.
(2) 주변 환경에서 고온 물체의 영향을 피하십시오.
(3) 투명 재료의 경우 주변 온도가 측정 대상의 온도보다 낮아야 합니다.
(4) 온도계는 측정물의 표면에 수직으로 맞추어야 하며 어떠한 경우에도 각도가 30도를 넘지 않도록 한다.
(5) 밝거나 광택이 나는 금속 표면의 온도 측정에 사용할 수 없으며 유리를 통한 온도 측정에 사용할 수 없습니다.
(6) 후속 계수를 올바르게 선택하면 대상 직경이 시야를 채워야 합니다.
(7) 적외선 온도계가 갑자기 20도 이상의 주변 온도차에 노출되면 측정 데이터가 부정확해지며 측정된 온도 값은 온도가 균형을 이룬 후에 측정됩니다. .
7가지 개선 계획:
일반 적외선 온도계는 물체의 외부 온도 측정에만 국한되어 물체 내부 및 장애물이 있을 때 온도를 측정하는 것이 불편하므로 감지 헤드에 광섬유 단면을 추가할 수 있으며 렌즈 작은 시야각으로 프런트 엔드에 설치할 수 있으므로 측정 대상의 복사 에너지가 렌즈를 통해 광섬유 내부로 전달됩니다. 광섬유에서 다중 반사 후 검출기로 전송됩니다. 광섬유를 자유롭게 구부릴 수 있기 때문에 방사를 자유롭게 돌릴 수 있어 물체의 내부 온도 측정 문제를 해결하고 장애물로 막힌 모서리와 같은 장소의 온도를 측정할 수 있습니다.
