Θεωρητικές αρχές της υπέρυθρης θερμομετρίας και εφαρμογές της υπέρυθρης θερμομετρίας
Υπάρχουν πολλοί τρόποι μέτρησης της θερμοκρασίας. Τα θερμόμετρα μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: όργανα μέτρησης θερμοκρασίας επαφής και όργανα μέτρησης θερμοκρασίας χωρίς επαφή. Οι τύποι επαφής περιλαμβάνουν τα γνωστά θερμόμετρα υγρού, θερμόμετρα θερμοστοιχείων, θερμόμετρα αντίστασης κ.λπ. Όπως όλοι γνωρίζουμε, η θερμοκρασία είναι μια από τις πιο σημαντικές παραμέτρους στα συστήματα θέρμανσης, παροχής αερίου, αερισμού και κλιματισμού. Ειδικά στη διαδικασία θερμικής μέτρησης, η ακρίβεια της θερμοκρασίας είναι συχνά το κλειδί για τον προσδιορισμό της επιτυχίας ή της αποτυχίας του πειράματος. Επομένως, ένα όργανο μέτρησης υψηλής θερμοκρασίας είναι απαραίτητο στη μηχανική. Επομένως, αυτό το άρθρο θα εισαγάγει τις αρχές και τις εφαρμογές των υπέρυθρων θερμομέτρων μεταξύ των εργαλείων μέτρησης θερμοκρασίας.
Η θεωρητική αρχή της μέτρησης της υπέρυθρης θερμοκρασίας:
Στη φύση, όταν η θερμοκρασία ενός αντικειμένου είναι υψηλότερη από το μηδέν, λόγω της ύπαρξης εσωτερικής θερμικής κίνησης, θα εκπέμπει συνεχώς ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο περιβάλλον, συμπεριλαμβανομένων των υπέρυθρων ακτίνων με εύρος μήκους κύματος 0.75μm~100μm . Το χαρακτηριστικό του είναι ότι σε μια δεδομένη θερμοκρασία και μήκος κύματος, η ενέργεια ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα αντικείμενο έχει μεγάλη τιμή. Αυτό το υλικό ονομάζεται μαύρο σώμα και ο συντελεστής ανάκλασης ορίζεται σε 1. Ο συντελεστής ανάκλασης άλλων υλικών είναι μικρότερος από 1, το οποίο ονομάζεται μαύρο σώμα. Γκρι σώμα, επειδή η σχέση μεταξύ της φασματικής ισχύος ακτινοβολίας P (λT) του μαύρου σώματος και της θερμοκρασίας Τ ικανοποιεί το νόμο του Planck. Δείχνει ότι στη θερμοκρασία Τ, η ισχύς ακτινοβολίας του μαύρου σώματος ανά μονάδα επιφάνειας στο μήκος κύματος λ είναι P(λT).
Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η ενέργεια ακτινοβολίας του αντικειμένου γίνεται ισχυρότερη. Αυτό είναι το σημείο εκκίνησης της θεωρίας της υπέρυθρης ακτινοβολίας και η βάση για το σχεδιασμό των υπέρυθρων θερμομέτρων μονής ζώνης.
Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η κορυφή της ακτινοβολίας μετακινείται προς την κατεύθυνση βραχέων κυμάτων (προς τα αριστερά) και ικανοποιεί το θεώρημα μετατόπισης του Wien. Το μήκος κύματος στην κορυφή είναι αντιστρόφως ανάλογο με τη θερμοκρασία T και η διακεκομμένη γραμμή είναι η γραμμή που συνδέει τις κορυφές. Αυτός ο τύπος μας λέει γιατί τα θερμόμετρα υψηλής θερμοκρασίας λειτουργούν κυρίως σε μικρά κύματα και τα θερμόμετρα χαμηλής θερμοκρασίας λειτουργούν κυρίως σε μεγάλα κύματα.
Ο ρυθμός μεταβολής της ακτινοβολούμενης ενέργειας με τη θερμοκρασία είναι μεγαλύτερος στα μικρά μήκη κύματος παρά στα μεγάλα μήκη κύματος. Δηλαδή, τα θερμόμετρα που λειτουργούν σε μικρά μήκη κύματος έχουν σχετικά υψηλή αναλογία σήματος προς θόρυβο (υψηλή ευαισθησία) και ισχυρή αντιπαρεμβολή. Το θερμόμετρο θα πρέπει να προσπαθεί να λειτουργεί στο μέγιστο μήκος κύματος. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στην περίπτωση μικρών στόχων χαμηλής θερμοκρασίας.
Το υπέρυθρο θερμόμετρο αποτελείται από οπτικό σύστημα, φωτοηλεκτρικό ανιχνευτή, ενισχυτή σήματος, επεξεργασία σήματος, έξοδο οθόνης και άλλα μέρη. Η ακτινοβολία από το μετρούμενο αντικείμενο και την πηγή ανάδρασης διαμορφώνεται από τον διαμορφωτή και στη συνέχεια εισάγεται στον ανιχνευτή υπερύθρων. Η διαφορά μεταξύ των δύο σημάτων ενισχύεται από τον αντίστροφο ενισχυτή και ελέγχει τη θερμοκρασία της πηγής ανάδρασης έτσι ώστε η φασματική ακτινοβολία της πηγής ανάδρασης να είναι ίδια με τη φασματική ακτινοβολία του αντικειμένου. Η οθόνη δείχνει τη θερμοκρασία φωτεινότητας του αντικειμένου που μετράται
