Laserski termometer: načelo delovanja. Laserski daljinski termometer (fotografija)

Merjenje temperature je lahko stikalo in oddaljeno. Najpogostejši termoelementi, uporovni senzorji in termometri, ki jih je treba kontaktirati, ker merijo svojo temperaturo. To počnejo počasi, vendar so poceni.

Brezkontaktni senzorji merjenje IR sevanja iz objekta, zagotavlja hitre rezultate in se običajno uporabljajo za določanje temperature gibljejo in nepremičnih telesa v vakuumu in nedostopen zaradi agresivnosti okolja, značilnosti oblike ali ogrožanja varnosti. Cena teh naprav je relativno visoka, čeprav je v nekaterih primerih primerljivih v stik naprav.

Monokromatska termometrija

Monokromatska metoda za določanje skupne energetske svetlobe uporablja določeno valovno dolžino. Izvedbe segajo od ročnih sond z enostavnim daljinskim merjenjem do zapletenih prenosnih naprav, kar omogoča hkratno opazovanje predmeta in njegove temperature s snemanjem odčitkov v pomnilniku instrumenta ali njihovega tiskanja. Stacionarni senzorji predstavljajo preprosti majhni detektorji z oddaljeno elektroniko in visoko zmogljive naprave z daljinskim upravljanjem PID. Optična vlakna, lasersko opazovanje, vodno hlajenje, prisotnost zaslona in optični bralnik - neobvezne možnosti za spremljanje tehnoloških procesov in kontrolnih sistemov.

Konfiguracija, spektralno filtriranje, območje delovanja, optika, odzivni čas in svetlost objekta so pomembni elementi, ki vplivajo na učinkovitost in jih je treba med postopkom izbire skrbno upoštevati.

Senzor je lahko preprosta dvovrna ali kompleksna odporna na obrabo visoko občutljivo napravo.

Izbira spektralnega odziva in delovne temperature je odvisna od specifičnih merilnih nalog. Kratke valovne dolžine so zasnovane za visoke temperature in dolge pri nizkih temperaturah. Če so predmeti prozorni, na primer plastični in stekleni, je potrebna ozkotlačna filtracija. Absorpcijski pas filma CH polietilena je 3,43 mikronov. Izbira spektra v tem obsegu poenostavlja izračun koeficienta sevanja. Podobno steklene snovi postanejo neprozorne pri valovni dolžini 4,6 μm, kar omogoča natančno določanje temperature steklene površine. Območje emisij 1-4 μm omogoča merjenje skozi inšpekcijske odprtine vakuumskih in tlačnih komor. Druga možnost je uporaba optičnega kabla.

Optika in odzivni čas sta v večini primerov zanemarljiva, saj vidno polje velikost 3 cm na razdalji 50 cm in odzivni čas krajši od 1 s zadostuje. Pri majhnem ali hitro premikajočem se prekrivnem objektu je potreben majhen premer (3 mm ali celo manjši (0,75 mm)). Ciljanje na dolge razdalje (3-300 m) zahteva optično krmiljenje, ker standardno vidno polje instrumenta postane preveliko. V nekaterih primerih se za to uporablja metoda dvojne valovne radiometrije. Optična vlakna vam omogočajo, da elektroniko oddaljujete od agresivnih okolij, odpravite učinke motenj in rešite problem dostopa.

Laserski termometer ima v osnovi nastavljiv odzivni čas v območju 0,2-5,0 s. Hitri odziv lahko poveča raven hrupa signala, počasna pa vpliva na občutljivost. Ko indukcijsko segrevanje zahteva trenutni odziv, in za transportni trak - počasnejši odziv.

Monokromatska IR termometrija je preprosta in se uporablja v primerih, ko je nadzor temperature izjemno pomemben za izdelavo visoko kakovostnih izdelkov.

Dva valovna termometrija

Za bolj zapletene probleme, pri katerih je absolutna natančnost meritev kritična in kjer je izdelek izpostavljen fizikalnim ali kemičnim učinkom, se uporablja dvo-in večvalentna radiotermometrija. Koncept se je pojavil v začetku 50. let prejšnjega stoletja, zadnje spremembe v oblikovanju in strojni opremi pa so povečale svojo produktivnost in znižale stroške.

Metoda je sestavljena iz merjenja gostote spektralne energije pri dveh različnih valovnih dolžinah. Temperaturo predmeta lahko berete neposredno iz instrumenta, če je emisija enaka za vsako valovno dolžino. Indikacije bodo pravilne, tudi če vidno polje deloma prekrita s sorazmerno hladnimi materiali, kot so prah, žični zasloni in siva prosojna okna. Teorija metode je preprosta. Če je energijska svetlost obeh valovnih dolžin enaka (za sivo telo), potem se koeficient sevanja zmanjša in razmerje postane proporcionalno temperaturi.

Laserski termometer z dvojno valovno dolžino se uporablja v industriji in znanstvenih raziskavah kot preprost, edinstven senzor, ki lahko zmanjša merilno napako.

Poleg tega so bili razviti večvremenski termometri za materiale, ki niso siva telesa, katerih absorpcijski koeficient se spreminja z valovno dolžino. V teh primerih je potrebna podrobna analiza površinskih značilnosti materiala glede na razmerje med tem koeficientom, valovno dolžino, temperaturo in kemično sestavo površine. V prisotnosti teh podatkov je mogoče ustvariti algoritme za izračun odvisnosti spektralnega sevanja pri različnih valovnih dolžinah na temperaturi.

Pravila vrednotenja

Za oceno natančnosti meritev mora uporabnik vedeti naslednje:

• Senzorji IR po svojih barvah narave ne razlikujejo.
• Če je površina sijajna, bo naprava nastavila ne le oddajano, temveč tudi odraženo energijo.
• Če je objekt prozoren, je potrebna infrardeča filtracija (na primer, steklo je neprozorno pri 5 μm).
• V devetih od desetih primerov absolutno natančno merjenje ni potrebno. Ponovno branje indikacij in odsotnost pristranskosti bo zagotovila potrebno točnost. Ko se svetloba energije spremeni in obdelava podatkov je težka, se moramo ustaviti pri dvo- in večvalentni radiometriji.

Elementi gradnje

Brezkontaktni laserski termometer deluje po principu: infrardeča energija na vhodu in izhodni signal. Naprava Osnovni krog je sestavljen iz zbiranja optike, leče, spektralnih filtrov in detektorjem kot zunanji vmesnik. Dinamično se obdelava izvaja drugače, vendar pa se lahko zmanjša za povečanje, termična stabilizacija signal linearizacije in preoblikovanja. Konvencionalna okensko steklo se uporablja za sevanje v kratkovalovno, kvarc za srednje in germanija ali cinkovega sulfida za 8-14 mikronov razdalje, vlakna - pri valovni dolžini 0,5-5,0 mikronov.

Vidno polje

Za laserski oddaljeni termometer je značilno vidno polje (PP) - velikost kontrolne točke na določeni razdalji. Sprememba premera vidnega polja je neposredno sorazmerna spremembi razdalje med termometrom in objektom merjenja. Njena vrednost je odvisna od proizvajalca in vpliva na ceno naprave. Obstajajo modeli s PZ manj kot 1 mm za točkovne meritve in z dolgim ​​dometom optike (7 cm na razdalji 9 m). Delovna razdalja ne vpliva na točnost odčitkov, če objekt zapolni celotno merilno mesto. Hkrati največja izguba signala ne sme preseči 1%.

Cilj

Konvencionalni IR termometri proizvajajo meritve brez dodatnih naprav. To je sprejemljivo za delo z velikimi predmeti, na primer papirnato krpo, kjer natančnost ni potrebna. Za majhne ali oddaljene predmete se uporablja laserski žarek. Ustvarjene so bile več možnosti ciljanja na lasersko tiskanje.

1. Žarek s premikom z optične osi. Najpreprostejši model se uporablja v napravah z nizko ločljivostjo za velike predmete, saj je odstopanje preveliko.
2. Koaksialni žarek. Ne odstopa od optične osi. Središče mesta je točno označeno na kateri koli razdalji.
3. Dvojni laser. Premer mesta je označen z dvema pikicama, kar odpravlja potrebo po ugibanju ali izračunu premera in ne povzroča napak.
4. Krožni kazalec s premikom. Prikazuje vidno polje, njegovo velikost in zunanjo mejo.
5. Točkovni koaksialni kazalec. Žarek je razdeljen na tri svetle točke, ki se nahajajo na isti liniji. Sredinska točka označuje središče mesta, medtem ko zunanja pika označuje njen premer.

Namen zagotavlja učinkovito pomoč v smeri termometra ravno na objektu merjenja.

Filtri

V termometrih se uporabljajo kratkovalovni filtri pri visokotemperaturnih meritvah (> 500 ° C) in filtrih z dolgotrajno valovno dolžino pri nizkih temperaturah (-40 ° C). Silikonski detektorji so na primer odporni proti segrevanju, kratka valovna dolžina pa zmanjšuje merilno napako. Drugi selektivni filtri se uporabljajo za plastično folijo (3,43 μm in 7,9 μm), steklo (5,1 μm) in plamen (3,8 μm).

Senzorji

Večina senzorji ali fotoelektrični generiranje napetosti, ki ob IR sevanje, ali fotokondukcijske, t. E. Spremembe odpornost pod vplivom vira energije. So hitri, zelo občutljivi, imajo sprejemljivo temperaturo odklon, ki je lahko premagali, na primer, kompenzacija temperature termistor vezje, avtomatski nič vezje in amplituda omejevanje izotermičen zaščito.

veriga IR termometer okoli 100-1000 mV detektor izhodni signal je tisoč krat izboljšava je urejeno, je lineariziran in posledično, predstavlja linearno toka ali napetosti signala. Optimalna vrednost je 4-20 mA, kar zmanjšuje zunanje motnje. Ta signal se lahko pošlje na vrata RS-232 ali na PID-krmilnik, na oddaljeni zaslon ali v snemalno napravo. Druge uporabe signala:

• alarm za vklop / izklop;
• drži največjo vrednost;
• nastavljiv odzivni čas;
• v shemi vzorčenja in skladiščenja.

Hitrost

Infrardeči laserski termometer ima povprečni odzivni čas približno 300 ms, čeprav s pomočjo silicijevih detektorjev dosežejo vrednosti 10 ms. V mnogih instrumentih se odzivni čas spreminja, da bi vlažil hrup in uravnaval njihovo občutljivost. Ni vedno potrebno imeti minimalnega odziva. Na primer, pri indukcijskem ogrevanju mora biti čas v razponu 10-50 ms.

Značilnosti laserskih termometrov

Etekcity Lasergrip 630 je infrardeči 2-laserski termometer, cena je 35,99 $. Specifikacije izdelka:

• temperaturno območje -50 ... +580 ° C;
• natančnost +/- 2%;
• razmerje velikosti razdalje do točke 16: 1;
• Emisivnost 0,1 - 1,0;
• odzivni čas <500 ms;
• ločljivost 1 ° C.

Laserski termometer (fotografija) tudi obvesti o največji, najmanjši in povprečni temperaturi. Merilno mesto se premakne za 2 cm ciljne točke. Lasersko vodenje je najbolj natančno na presečišču žarkov (36 cm).

Amprobe IR-710 je infrardeči laserski termometer s ceno 49,95 dolarja. Specifikacije izdelka:

• temperaturno območje -50 ... +538 ° C;
• najmanjša velikost mesta je 20 mm;
• natančnost +/- 2%;
• razmerje velikosti razdalje do točke 12: 1;
• Emisivnost: 0,95;
• odzivni čas 500 ms;
• ločljivost 1 ° C.

Ta laserski termometer (fotografija) poleg trenutne temperature navaja tudi najmanjše in najvišje vrednosti.