تلعب تقنية قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء دورًا مهمًا في مراقبة ومراقبة جودة المنتج ، وتشخيص أعطال المعدات عبر الإنترنت ، وحماية السلامة وتوفير الطاقة. في العقدين الماضيين ، تطورت موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء غير المتصلة بسرعة في التكنولوجيا ، وتم تحسين أدائها باستمرار ، وتم توسيع نطاق تطبيقها باستمرار ، وزادت حصتها في السوق عامًا بعد عام. بالمقارنة مع طريقة قياس درجة حرارة التلامس ، يتميز قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء بمزايا وقت الاستجابة السريع وعدم الاتصال والاستخدام الآمن وعمر الخدمة الطويل.
تشمل منتجات قياس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء غير المتصلة بشركة Baytek (Lei Tai) ثلاث سلاسل محمولة وعبر الإنترنت والمسح الضوئي ، ولديها مجموعة متنوعة من الملحقات الاختيارية وبرامج الكمبيوتر المقابلة ، ولكل سلسلة نماذج ومواصفات مختلفة. من بين الأنواع المختلفة من موازين الحرارة بمواصفات مختلفة ، من المهم جدًا للمستخدمين اختيار نموذج مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء الصحيح. فيما يلي خطوات التفكير فقط حول كيفية اختيار نموذج مقياس الحرارة بشكل صحيح لمرجع المشتري.
كيف تعمل موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء
إن فهم مبدأ العمل والمؤشرات الفنية وظروف العمل البيئية وتشغيل وصيانة مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء للمجموعة هو مساعدة المستخدمين على اختيار واستخدام مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء بشكل صحيح.
جميع الأجسام التي تزيد درجة حرارتها عن ** صفر تنبعث منها باستمرار طاقة الأشعة تحت الحمراء في الفضاء المحيط. ترتبط خصائص إشعاع الأشعة تحت الحمراء لجسم ما - مقدار الطاقة المشعة وتوزيعها حسب الطول الموجي - ارتباطًا وثيقًا بدرجة حرارة سطحه. لذلك ، من خلال قياس طاقة الأشعة تحت الحمراء التي يشعها الجسم نفسه ، يمكن تحديد درجة حرارة سطحه بدقة ، وهذا هو الأساس الموضوعي الذي يعتمد عليه قياس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء.
قانون إشعاع الجسم الأسود:
الجسم الأسود عبارة عن مشع مثالي يمتص جميع الأطوال الموجية للطاقة المشعة ، وليس له انعكاس أو انتقال للطاقة ، وله انبعاث 1 على سطحه. وتجدر الإشارة إلى أنه لا يوجد جسم أسود حقيقي في الطبيعة ، ولكن من أجل توضيح والحصول على قانون توزيع الأشعة تحت الحمراء ، يجب اختيار نموذج مناسب في البحث النظري ، وهو نموذج المذبذب الكمي لإشعاع تجويف الجسم المقترح بواسطة بلانك ، الذي أدى إلى قانون بلانك لإشعاع الجسم الأسود ، أي إشعاع الجسم الأسود الطيفي المعبر عنه بطول الموجة ، هو نقطة البداية لجميع نظريات الأشعة تحت الحمراء ، لذلك يطلق عليه قانون إشعاع الجسم الأسود.
تأثير انبعاثية الكائن على قياس الحرارة الإشعاعي:
الأشياء الفعلية الموجودة في الطبيعة ليست أبدًا أجسامًا سوداء. لا تعتمد كمية الإشعاع لجميع الأجسام الفعلية على الطول الموجي للإشعاع ودرجة حرارة الجسم فحسب ، بل تعتمد أيضًا على نوع المادة التي يتكون منها الكائن وطريقة التحضير والعملية الحرارية وحالة السطح والظروف البيئية. . لذلك ، من أجل تطبيق قانون إشعاع الجسم الأسود على جميع الأشياء العملية ، يجب إدخال عامل التناسب المتعلق بخصائص المادة وحالة السطح ، أي الانبعاثية. يمثل هذا المعامل مدى قرب الإشعاع الحراري لجسم فعلي من إشعاع الجسم الأسود ، وله قيمة بين الصفر وقيمة أقل من 1. وفقًا لقانون الإشعاع ، طالما أن انبعاث المادة معروفة يمكن معرفة خصائص الأشعة تحت الحمراء لأي جسم.
العوامل الرئيسية التي تؤثر على الابتعاثية هي:
نوع المادة وخشونة السطح والهيكل الكيميائي الفيزيائي وسمك المادة ، إلخ.
عند استخدام مقياس حرارة بالأشعة تحت الحمراء لقياس درجة حرارة الهدف ، يجب أولاً قياس إشعاع الأشعة تحت الحمراء للهدف في نطاق الطول الموجي الخاص به ، ثم يجب حساب درجة حرارة الهدف المقاس بواسطة مقياس الحرارة. تتناسب موازين الحرارة أحادية اللون مع كمية الإشعاع في النطاق: تتناسب موازين الحرارة ثنائية اللون مع نسبة الإشعاع في النطاقين.
نظام الأشعة تحت الحمراء:
يتكون مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء من النظام البصري ، والكاشف الضوئي ، ومضخم الإشارة ، ومعالجة الإشارات ، وإخراج العرض ، وأجزاء أخرى. يقوم النظام البصري بتركيز طاقة الأشعة تحت الحمراء للهدف في مجال رؤيته ، ويتم تحديد حجم مجال الرؤية بواسطة الأجزاء البصرية من مقياس الحرارة ومواقعها. تركز طاقة الأشعة تحت الحمراء على كاشف ضوئي وتحويلها إلى إشارة كهربائية مقابلة. يتم تحويل الإشارة إلى قيمة درجة حرارة الهدف المقاس بعد تصحيحها بواسطة مكبر الصوت ودائرة معالجة الإشارة ، وتصحيحها وفقًا لخوارزمية العلاج الداخلي للأداة والانبعاثية المستهدفة.
يمكن تقسيم اختيار موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء إلى ثلاثة جوانب:
مؤشرات الأداء ، مثل نطاق درجة الحرارة ، وحجم البقعة ، وطول موجة العمل ، ودقة القياس ، ووقت الاستجابة ، وما إلى ذلك ؛ البيئة وظروف العمل ، مثل درجة الحرارة المحيطة ، النافذة ، العرض والإخراج ، ملحقات الحماية ، إلخ ؛ الخيارات الأخرى ، مثل سهولة الاستخدام والصيانة وأداء المعايرة والسعر وما إلى ذلك ، لها أيضًا تأثير معين على اختيار مقياس الحرارة. مع التكنولوجيا والتطوير المستمر ، توفر أفضل التصميمات والتطورات الجديدة في موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء للمستخدمين مجموعة متنوعة من الأدوات الوظيفية ومتعددة الأغراض ، مما يوسع الاختيار.
حدد نطاق درجة الحرارة:
نطاق قياس درجة الحرارة هو أهم مؤشر أداء لميزان الحرارة. على سبيل المثال ، تغطي منتجات Raytek النطاق -50 درجة - زائد 3000 درجة ، ولكن لا يمكن القيام بذلك عن طريق نوع واحد من موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء. كل نموذج من موازين الحرارة له نطاق درجة الحرارة الخاص به. لذلك ، يجب اعتبار نطاق درجة الحرارة المقاسة للمستخدم دقيقًا وشاملاً ، وليس ضيقًا جدًا ولا واسعًا جدًا. وفقًا لقانون إشعاع الجسم الأسود ، فإن تغير الطاقة المشعة الناتج عن درجة الحرارة في النطاق الموجي القصير للطيف سوف يتجاوز تغير الطاقة المشعة الناجم عن خطأ الانبعاث.
تحديد حجم الهدف:
وفقًا للمبدأ ، يمكن تقسيم موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء إلى موازين حرارة أحادية اللون ومقاييس حرارة ثنائية اللون (موازين الحرارة اللونية للإشعاع). بالنسبة لميزان الحرارة أحادي اللون ، يجب أن تملأ منطقة الهدف المراد قياسها مجال رؤية مقياس الحرارة أثناء قياس درجة الحرارة. يوصى بأن يتجاوز حجم الهدف المقاس 50 بالمائة من مجال الرؤية. إذا كان حجم الهدف أصغر من مجال الرؤية ، ستدخل الطاقة المشعة في الخلفية إلى الفرع السمعي البصري لميزان الحرارة للتداخل مع قراءة قياس درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء. على العكس من ذلك ، إذا كان الهدف أكبر من مجال رؤية مقياس الحرارة ، فلن يتأثر مقياس الحرارة بالخلفية خارج منطقة القياس.
بالنسبة لميزان الحرارة ثنائي اللون Raytek ، يتم تحديد درجة الحرارة من خلال نسبة الطاقة المشعة في نطاقي أطوال موجية مستقلين. لذلك ، عندما يكون الهدف المقاس صغيرًا وغير ممتلئ بالموقع ، وسيؤدي وجود الدخان والغبار والعوائق على مسار القياس إلى إضعاف طاقة الإشعاع ، فلن يؤثر ذلك على نتائج القياس. حتى عندما يتم تخفيف الطاقة بنسبة 95 في المائة ، لا يزال من الممكن ضمان دقة قياس درجة الحرارة المطلوبة. بالنسبة للهدف الصغير ، الذي يكون في حالة حركة أو اهتزاز ، يتحرك أحيانًا في مجال الرؤية ، أو قد يتحرك جزئيًا خارج مجال الرؤية ، في ظل هذه الظروف ، يعد استخدام مقياس حرارة ثنائي اللون هو الخيار الأفضل. إذا كان من المستحيل التصويب مباشرة بين مقياس الحرارة والهدف ، تكون قناة القياس منحنية وضيقة ومعقولة ، وما إلى ذلك ، فإن مقياس حرارة الألياف البصرية ثنائي اللون هو الخيار الأفضل. ويرجع ذلك إلى صغر قطرها ومرونتها في نقل طاقة الإشعاع الضوئي عبر القنوات المنحنية والمحصورة والمطوية ، مما يتيح قياس الأهداف التي يصعب الوصول إليها أو الظروف القاسية أو القريبة من المجالات الكهرومغناطيسية.
تحديد الدقة البصرية (المسافة والحساسية)
يتم تحديد الدقة البصرية من خلال نسبة D إلى S ، وهي نسبة المسافة D بين مقياس الحرارة إلى الهدف وقطر بقعة القياس ، S. إذا كان يجب تثبيت مقياس الحرارة بعيدًا عن الهدف بسبب العوامل البيئية الظروف ، والأهداف الصغيرة التي يجب قياسها ، يجب اختيار مقياس حرارة ذو دقة بصرية عالية. كلما زادت الدقة الضوئية ، زادت نسبة D: S ، زادت تكلفة مقياس الحرارة.
تحديد نطاق الطول الموجي:
تحدد الانبعاثية وخصائص السطح للمادة المستهدفة الاستجابة الطيفية أو الطول الموجي لميزان الحرارة. بالنسبة لمواد السبائك عالية الانعكاسية ، هناك انبعاثية منخفضة أو متفاوتة. في منطقة درجات الحرارة المرتفعة ، يكون أفضل طول موجي لقياس المواد المعدنية هو الأشعة تحت الحمراء القريبة ، ويمكن تحديد الطول الموجي 0. 18-1. 0 ميكرومتر. يمكن لمناطق درجة الحرارة الأخرى اختيار أطوال موجية 1.6 ميكرومتر و 2.2 ميكرومتر و 3.9 ميكرومتر. نظرًا لأن بعض المواد شفافة عند أطوال موجية معينة ، فإن طاقة الأشعة تحت الحمراء سوف تخترق هذه المواد ، لذلك يجب اختيار أطوال موجية خاصة لهذه المادة. على سبيل المثال ، يتم تحديد الطول الموجي البالغ 1 0 ميكرومتر و 2.2 ميكرومتر و 3.9 ميكرومتر (يجب أن يكون الزجاج المراد اختباره سميكًا جدًا ، وإلا سيمر من خلاله) لقياس درجة الحرارة الداخلية للزجاج ؛ الطول الموجي 5. يتم اختيار 0 ميكرومتر لقياس درجة الحرارة الداخلية للزجاج ؛ الطول الموجي 8-14 ميكرومتر مناسب لمنطقة القياس المنخفضة ؛ يتم اختيار الطول الموجي 3.43 ميكرومتر لقياس فيلم بلاستيك البولي إيثيلين ، ويتم اختيار الطول الموجي 4.3 ميكرومتر أو 7.9 ميكرومتر للبوليستر. إذا تجاوز السُمك 0 .4 مم ، يتم تحديد الطول الموجي 8-14 ميكرومتر ؛ على سبيل المثال ، النطاق الضيق 4. 24-4. يستخدم الطول الموجي 3 ميكرومتر لقياس ثاني أكسيد الكربون في اللهب ، ويستخدم الطول الموجي ضيق النطاق 4.64 ميكرومتر لقياس ثاني أكسيد الكربون في اللهب ، ويستخدم الطول الموجي 4.47 ميكرومتر في قياس N02 في اللهب.
تحديد وقت الاستجابة:
يمثل وقت الاستجابة سرعة استجابة مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء لتغير درجة الحرارة المقاسة ، والتي يتم تعريفها على أنها الوقت اللازم للوصول إلى 95 بالمائة من طاقة القراءة القصوى. إنه مرتبط بثابت الوقت للكاشف الضوئي ، ودائرة معالجة الإشارات ونظام العرض. يمكن أن يصل وقت استجابة مقياس الحرارة الجديد بالأشعة تحت الحمراء من بايتك إلى 1 مللي ثانية. هذا أسرع بكثير من طريقة قياس درجة حرارة التلامس. إذا كانت سرعة الحركة للهدف سريعة جدًا أو عند قياس هدف التسخين السريع ، فيجب اختيار مقياس حرارة الأشعة تحت الحمراء سريع الاستجابة ، وإلا فلن يتم تحقيق استجابة إشارة كافية ، مما يقلل من دقة القياس. ومع ذلك ، لا تتطلب جميع التطبيقات موازين حرارة تعمل بالأشعة تحت الحمراء سريعة الاستجابة. بالنسبة للعمليات الحرارية الثابتة أو المستهدفة مع القصور الذاتي الحراري ، يمكن استرخاء زمن استجابة مقياس الحرارة. لذلك ، يجب تكييف اختيار وقت استجابة مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء مع حالة الهدف المقاس.
وظيفة معالجة الإشارة:
يختلف قياس العمليات المنفصلة (مثل إنتاج الأجزاء) عن العمليات المستمرة ، حيث تتطلب موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء أن يكون لها وظائف معالجة الإشارة (مثل عقد الذروة ، وعقد الوادي ، ومتوسط القيمة). على سبيل المثال ، عند قياس الزجاج على الحزام الناقل ، من الضروري استخدام تعليق الذروة ، ويتم إرسال إشارة خرج درجة حرارته إلى وحدة التحكم.
الظروف البيئية التي يجب مراعاتها:
تؤثر الظروف البيئية لميزان الحرارة بشكل كبير على نتائج القياس ، والتي يجب أخذها في الاعتبار وحلها بشكل صحيح ، وإلا فإنها ستؤثر على دقة قياس درجة الحرارة وحتى تتسبب في تلف مقياس الحرارة. عندما تكون درجة الحرارة المحيطة مرتفعة للغاية ويوجد غبار ودخان وبخار ، يمكن استخدام الملحقات مثل السترات الواقية ، وتبريد المياه ، وأنظمة تبريد الهواء ، وأجهزة تنقية الهواء التي توفرها الشركة المصنعة. يمكن لهذه الملحقات أن تحل بشكل فعال التأثير البيئي وتحمي مقياس الحرارة لقياس درجة الحرارة بدقة. عند تحديد الملحقات ، يجب أن تكون الخدمات المعيارية مطلوبة قدر الإمكان لتقليل تكاليف التركيب. عندما يؤدي الدخان أو الغبار أو الجزيئات الأخرى إلى تدهور إشارة الطاقة المقاسة ، يكون مقياس الحرارة ثنائي اللون هو الخيار الأفضل. في الضوضاء ، أو المجالات الكهرومغناطيسية ، أو الاهتزازات ، أو الظروف البيئية التي يتعذر الوصول إليها ، أو غيرها من الظروف القاسية ، تعد موازين الحرارة ثنائية اللون من الألياف البصرية هي الخيار الأفضل.
في تطبيقات المواد المختومة أو الخطرة (مثل الحاويات أو الصناديق المفرغة) ، يلاحظ مقياس الحرارة من خلال النافذة. يجب أن تتمتع المادة بقوة كافية وتمرير نطاق الطول الموجي للعمل لميزان الحرارة المستخدم. من الضروري أيضًا تحديد ما إذا كان المشغل يحتاج أيضًا إلى المراقبة من خلال النافذة ، لذلك اختر موقع التثبيت المناسب ومواد النافذة لتجنب التأثير المتبادل. في تطبيقات قياس درجات الحرارة المنخفضة ، عادةً ما تُستخدم مواد Ge أو Si كنوافذ غير شفافة للضوء المرئي ، ولا يمكن للعين البشرية مراقبة الهدف من خلال النافذة. إذا احتاج المشغل إلى المرور عبر هدف النافذة ، فيجب استخدام مادة بصرية تنقل كل من الأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي. على سبيل المثال ، يجب استخدام مادة بصرية تنقل كلاً من الأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي ، مثل ZnSe أو BaF2 ، كمادة نافذة.
سهل التشغيل وسهل الاستخدام:
يجب أن تكون موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء بديهية وسهلة التشغيل وسهلة الاستخدام من قبل المشغلين. من بينها ، مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء المحمول عبارة عن أداة قياس درجة حرارة صغيرة وخفيفة الوزن ومحمولة تدمج قياس درجة الحرارة وعرض الإخراج. يمكن أن تعرض لوحة الشاشة درجة الحرارة وإخراج معلومات درجة الحرارة المختلفة ، ويمكن تشغيل بعضها بواسطة جهاز التحكم عن بعد أو برنامج الكمبيوتر.
في حالة الظروف البيئية القاسية والمعقدة ، يمكن اختيار نظام برأس وشاشة قياس درجة حرارة منفصلة لسهولة التركيب والتكوين. يمكن اختيار شكل خرج الإشارة الذي يتطابق مع جهاز التحكم الحالي.
معايرة موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء:
يجب معايرة موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء لعرض درجة حرارة الهدف الذي يتم قياسه بشكل صحيح. إذا كان مقياس الحرارة المستخدم خارج نطاق التسامح المستخدم ، فيجب إعادته إلى الشركة المصنعة أو مركز الإصلاح لإعادة المعايرة.
