Laserski termometar: princip djelovanja. Laserski daljinski termometar (fotografija)

Mjerenje temperature može biti kontakt i udaljeno. Najčešći termoparovi, senzori otpornika i termometri koji trebaju kontaktirati objekt, jer mjere vlastitu temperaturu. Polako, ali su jeftini.

Nenadenzivni senzori mjeriti infracrveno zračenje objekta, dati brz rezultat i obično se koristi za određivanje temperature pokretnih i nestacionarnih tijela u vakuumu i nedostupni zbog agresivnosti okoliša, obilježja oblika ili sigurnosne prijetnje. Cijena takvih uređaja je relativno visoka, iako u nekim slučajevima usporediva s kontaktnim uređajima.

Jednobojna termometrija

Jednobojna metoda određivanja ukupne svjetlosti energije koristi određenu valnu duljinu. Provedbe se kreću u rasponu od ručnih senzora s jednostavnim daljinskim mjerenjem na složene prijenosne uređaje, omogućujući istodobno promatranje objekta i njegove temperature snimanjem očitanja u memoriji instrumenta ili njihovog ispisa. Stacionarni senzori predstavljeni su jednostavnim malim detektorima s udaljenom elektroničkom lokacijom i uređajima visoke čvrstoće s daljinskom PID kontrolom. Optička vlakna, lasersko pronalaženje, hlađenje vodom, prisutnost zaslona i skenera - izborne opcije za praćenje tehnoloških procesa i upravljačkih sustava.

Konfiguracija, spektralno filtriranje, radni temperaturni raspon, optika, vrijeme odziva i svjetlina objekta važni su elementi koji utječu na performanse i trebaju se pažljivo razmotriti tijekom postupka odabira.

Senzor može biti jednostavna dvoslojna ili složena, visoka osjetljivost otporna na habanje.

Odabir spektralnog odziva i radnog temperaturnog raspona odnose se na specifične mjerne zadatke. Kratke valne duljine su dizajnirane za visoke temperature i duge za niske temperature. Ako su predmeti transparentni, na primjer, plastično i staklo, potrebno je filtriranje uskim valovima. Apsorpcijski pojas CH polietilenskog filma je 3,43 mikrona. Odabir spektra u tom rasponu pojednostavljuje izračunavanje koeficijenta zračenja. Slično tome, materijali poput stakla postaju neprozirni na valnoj duljini od 4,6 μm, što omogućuje točno određivanje temperature staklene površine. Raspon emisija od 1-4 μm omogućuje mjerenje kroz pregledne otvore vakuumskih i tlačnih komora. Alternativa je koristiti svjetlovodni kabel.

Optika i vrijeme odziva u većini su slučajeva beznačajni, budući da vidno polje veličina 3 cm na udaljenosti od 50 cm i vrijeme odziva manje od 1 s je dostatno. Za mali ili brzo pokretni povremeni objekt potreban je mali (3 mm promjera) ili čak manji (0,75 mm) mjerno mjesto. Dugotrajno ciljanje (3-300 m) zahtijeva optičku kontrolu jer standardno polje gledišta instrumenta postaje preveliko. U nekim slučajevima koristi se metoda dvovalne radiometrije. Optička optika omogućuje vam udaljavanje elektronike od agresivnih okruženja, uklanjanje posljedica smetnji i rješavanje problema s pristupom.

Laserski termometar u osnovi ima podesivo vrijeme odziva u rasponu od 0,2-5,0 s. Brz odgovor može povećati razinu buke signala, dok spor utječe na osjetljivost. Kada indukcijsko grijanje zahtijeva trenutnu reakciju, a za transportnu traku - sporiji odgovor.

Jednobojna IR termometrija je jednostavna i koristi se u slučajevima kada je kontrola temperature izuzetno važna za stvaranje visoko kvalitetnih proizvoda.

Dva valna termometrija

Za složenije zadatke, gdje je apsolutna točnost mjerenja je kritična, a gdje je proizvod podvrgnut fizičkom ili kemijskom stresu, a primjenjuje se dva vala radiometrija. Koncept se pojavio početkom 1950-ih, a najnovije promjene u dizajnu i hardveru povećale su produktivnost i smanjile troškove.

Metoda se sastoji u mjerenju gustoće spektralne energije na dvije različite valne duljine. Temperatura objekta može se očitati izravno s instrumenta ako je emisija jednaka za svaku valnu duljinu. Indikacije će biti točne, čak i ako vidno polje djelomično prekrivene relativno hladnim materijalima, kao što su prašina, žičani prozori i sivi prozirni prozori. Teorija metode je jednostavna. Ako je svjetlina energije obje valne duljine jednaka (za sivo tijelo), tada se koeficijent zračenja smanjuje, a omjer postaje proporcionalan temperaturi.

Laserski termometar s dvije valne duljine koristi se u industriji i znanstvenim istraživanjima kao jednostavan, jedinstveni senzor koji može smanjiti pogrešku mjerenja.

Osim toga, za više materijala koji nisu siva tijela razvijeni su multiwave termometri, a koeficijent apsorpcije varira s valnom duljinom. U tim se slučajevima zahtijeva detaljna analiza površinskih svojstava materijala u odnosu na odnos ovog koeficijenta, valne duljine, temperature i kemijskog sastava površine. U prisutnosti tih podataka, moguće je izraditi algoritme za izračunavanje ovisnosti spektralnog zračenja na različitim valnim duljinama na temperaturi.

Prava evaluacije

Da biste procijenili točnost mjerenja, korisnik bi trebao znati sljedeće:

• IR senzori po svojoj prirodi boje ne razlikuju.
• Ako je površina sjajna, uređaj će postaviti ne samo emitiranu, nego i reflektiranu energiju.
• Ako je objekt proziran, potrebna je infracrvena filtracija (na primjer, staklo je neprozirano pri 5 um).
• U devet od deset slučajeva nije potrebna apsolutno točna mjera. Ponovljeno očitavanje indikacija i odsutnost pristranosti osigurat će potrebnu točnost. Kad se energija svjetlosti mijenja i obrada podataka je teška, trebali bismo prestati s radiometrijom dviju i više valova.

Elementi građenja

Ne-kontaktni laserski termometar djeluje u skladu s načelom: infracrvenom energijom na ulazu i izlaznom signalu. Osnovni krug uređaja sastoji se od prikupljanja optike, leća, spektralnih filtara i detektora kao vanjskog sučelja. Dinamička obrada se provodi na različite načine, ali se može smanjiti na pojačanje, toplinsku stabilizaciju, linearizaciju i transformaciju signala. Konvencionalno staklo stakla koristi se za kratkovalno zračenje, kvarc za srednje frekvencije, i germanij ili cinkov sulfid u rasponu od 8-14 mikrona, optička vlakna za valne duljine 0,5-5,0 mikrona.

Polje gledišta

Laserski daljinski termometar karakterizira polje gledanja (PP) - veličina točke regulacije temperature na određenoj udaljenosti. Promjena promjera vidnog polja izravno je proporcionalna promjeni udaljenosti između termometra i objekta mjerenja. Njegova vrijednost ovisi o proizvođaču i utječe na cijenu uređaja. Postoje modeli s PZ manjim od 1 mm za točkastu mjeru i s dugom opsezom (7 cm na udaljenosti od 9 m). Radna udaljenost ne utječe na točnost čitanja ako objekt ispunjava čitavo mjerno mjesto. Istodobno, maksimalni gubitak signala ne smije premašiti 1%.

ciljajući

Konvencionalni IR termometri izrađuju mjerenja bez dodatnih uređaja. To je prihvatljivo za rad s velikim objektima, na primjer, papirnatu tkaninu, gdje preciznost točke nije potrebna. Za male ili udaljene objekte koristi se laserska zraka. Izrađeno je nekoliko opcija ciljanja lasera.

1. Greda s pomakom od optičke osi. Najjednostavniji model upotrebljava se u uređajima niske razlučivosti za velike objekte jer je devijacija prevelika.
2. Koaksijalna zraka. Ne odstupa od optičke osi. Središte točke je točno naznačeno na bilo kojoj udaljenosti.
3. Dvostruki laser. Promjer točke je označen s dvije točke, što eliminira potrebu za nagađanje ili izračunavanje promjera i ne dovodi do pogrešaka.
4. Kružni pokazivač s pomakom. Prikazuje vidno polje, njegovu veličinu i vanjsku granicu.
5. Koaksijalni pokazivač u 3 točke. Greda je podijeljena na tri svijetle točke, smještene na istoj liniji. Srednja točka označava središte točke, a vanjska točka označava njegov promjer.

Namjera je učinkovita pomoć u smjeru termometra točno na objekt mjerenja.

filteri

U termometrima se kratkometni filteri koriste za mjerenja na visokoj temperaturi (> 500 ° C) i dugotrajnim filtrima za niske temperature (-40 ° C). Na primjer, detektori silicija otporni su na toplinu, a kratka valna duljina smanjuje pogrešku mjerenja. Drugi selektivni filtri koriste se za plastični film (3,43 μm i 7,9 μm), staklo (5,1 μm) i plamen (3,8 μm).

senzori

Većina senzora ili su fotonaponski, stvaraju napon kada su izloženi IR zračenju, ili fotokonduktivne, tj. Mijenjajući njihov otpor pod djelovanjem izvora energije. Oni su brzi, vrlo osjetljivi, imaju prihvatljivu temperaturu koja se može prevladati, na primjer, pomoću termistorskog kruga kompenzacije temperature, automatskog nul-kruga, ograničenja amplitude i izotermne zaštite.

U krugu IR termometra, izlazni signal detektora reda veličine 100-1000 μV prolazi tisuću pojačanja, regulira, linearizira i kao rezultat linearni signal struje ili napona. Njegova optimalna vrijednost je 4-20 mA, što smanjuje vanjske smetnje. Ovaj signal se može poslati u RS-232 priključak ili PID kontroler, daljinski zaslon ili uređaj za snimanje. Ostale upotrebe signala:

• alarm uključen / isključen;
• održavanje vršne vrijednosti;
• podesivo vrijeme odziva;
• u shemi uzorkovanja i skladištenja.

brzina

Infracrveni laserski toplomjer ima prosječno vrijeme odziva od oko 300 ms, iako korištenje silikonskih detektora može postići vrijednosti od 10 ms. U mnogim instrumentima, vrijeme odziva varira kako bi se vlažila ulazna buka i regulirala njihova osjetljivost. Nije uvijek potrebno imati minimalno vrijeme odziva. Na primjer, s indukcijskim zagrijavanjem, vrijeme treba biti u rasponu od 10 do 50 ms.

Karakteristike laserskih termometara

Etekcity Lasergrip 630 je infracrveni 2-laserski toplomjer, cijena je 35.99 dolara. Specifikacije proizvoda:

• temperaturni raspon -50 ... +580 ° C;
• točnost +/- 2%;
• omjer udaljenosti od točke veličine 16: 1;
• Emissivnost od 0,1 do 1,0;
• vrijeme odziva <500 ms;
• rezolucija 1 ° C.

Laserski termometar (fotografija) također obavještava o najvećoj, najmanjoj i prosječnoj temperaturi. Mjerno mjesto je pomaknuto 2 cm ispod ciljne točke. Lasersko usmjeravanje je najtočnije na raskrižju zraka (36 cm).

Amprobe IR-710 je infracrveni laser termometar, po cijeni od 49,95 dolara. Specifikacije proizvoda:

• temperaturni raspon -50 ... +538 ° C;
• minimalna veličina mjesta je 20 mm;
• točnost +/- 2%;
• omjer udaljenosti od točke veličine 12: 1;
• Emisivnost: 0,95;
• vrijeme odziva 500 ms;
• rezolucija 1 ° C.

Ovaj laserski toplomjer (foto), uz trenutnu temperaturu, također pokazuje svoje minimalne i maksimalne vrijednosti.