Lazer termometre: eylem ilkesi. Lazer Uzaktan Termometre (fotoğraf)

Sıcaklık ölçümü kontak ve uzaktan olabilir. En yaygın termokupllar, direnç sensörleri ve nesne ile temasa ihtiyaç duyan termometreler, çünkü kendi sıcaklıklarını ölçerler. Yavaş yapıyorlar, fakat ucuzdurlar.

Temassız sensörler, nesnenin IR radyasyonunu ölçer, hızlı sonuçlar verir ve ortamın agresifliği, formun özellikleri veya güvenlik tehdidi nedeniyle bir vakumda hareketli ve kararsız cisimlerin sıcaklığını belirlemek için kullanılırlar. Bu gibi cihazların fiyatı nispeten yüksektir, ancak bazı durumlarda temas cihazlarıyla karşılaştırılabilir durumdadır.

Tek renkli termometre

Toplam enerji parlaklığını belirlemek için tek renkli yöntem, belirli bir dalga boyunu kullanır. Uygulamalar basit uzaktan ölçümlü elle tutulan problardan, cihazın belleğine veya baskılarına okumaların kaydedilmesi ile eş zamanlı olarak nesneyi ve sıcaklığını gözlemlemenizi sağlayan karmaşık taşınabilir cihazlara kadar uzanır. Sabit sensörler, uzaktan elektronik konuma sahip basit küçük dedektörler ve uzaktan PID kontrollü yüksek güçlü cihazlar olarak sunulmaktadır. Teknolojik süreçleri ve kontrol sistemlerini izlemek için fiber optik, lazerli nişan, su soğutmalı, bir ekranın ve bir tarayıcının varlığı isteğe bağlı seçeneklerdir.

Yapılandırma, spektral filtreleme, çalışma sıcaklığı aralığı, optik, tepki süresi ve nesne parlaklığı performansı etkileyen önemli unsurlardır ve seçim işlemi sırasında dikkatle düşünülmelidir.

Sensör basit bir iki telli veya karmaşık aşınmaya dayanıklı yüksek hassasiyetli bir cihaz olabilir.

Spektral yanıtın seçimi ve çalışma sıcaklığı aralığı, spesifik ölçüm görevleriyle ilgilidir. Kısa dalga boyları yüksek sıcaklık için, uzun dalga boyları düşük sıcaklıklar için tasarlanmıştır. Nesneler şeffaf ise, örneğin plastik ve cam, daha sonra dar dalga filtrasyonu gereklidir. CH polietilen filmin emme bandı 3.43 mikron'dur. Spektrumun bu aralıkta seçilmesi radyasyon katsayısının hesaplanmasını basitleştirir. Aynı şekilde, cam benzeri malzemeler 4.6 μm'lik bir dalga boyunda opak hale gelir ve bu da cam yüzeyinin sıcaklığını doğru bir şekilde belirlemeyi mümkün kılar. 1-4 μm'lik radyasyon aralığı, vakum ve basınç odalarının muayene deliklerinden ölçmeyi mümkün kılar. Alternatif bir fiber optik kablo kullanmaktır .

Optik ve tepki süresi çoğunlukla önemsizdir, çünkü 50 cm'lik bir mesafedeki 3 cm'lik bir alan ve 1 saniyeden daha kısa bir tepki süresi yeterlidir. Küçük veya hızla hareket eden aralıklı cisimler için küçük bir çap (3 mm çapında) veya daha küçük (0.75 mm) ölçüm noktasına ihtiyaç vardır. Uzun menzilli hedefleme (3-300 m), optik kontrolü gerektirir, çünkü cihazın standart görüş alanı çok büyük olur. Bazı durumlarda, bunun için iki dalga radyometri yöntemi kullanılır. Fiber optik, elektroniği korozif ortamlardan uzak tutmanıza, parazit etkilerini ortadan kaldırmanıza ve erişim sorununu çözmenize olanak tanır.

Lazer termometrenin temel olarak 0,2-5,0 s aralığında ayarlanabilir bir tepki süresi vardır. Hızlı bir yanıt sinyalin gürültü seviyesini artırabilirken yavaş olanı hassasiyeti etkiler. İndüksiyonlu ısıtma anlık bir reaksiyon gerektirdiğinde ve konveyör için - daha yavaş bir tepki verir.

Siyah-beyaz IR termometresi basittir ve sıcaklık kontrolünün yüksek kaliteli ürünler oluşturmak için son derece önemli olduğu durumlarda kullanılır.

İki dalga termometresi

Ölçümlerin mutlak doğruluğunun önemli olduğu ve ürünün fiziksel veya kimyasal etkilere maruz kaldığı daha karmaşık problemler için iki ve çok dalga radyotermometri kullanılır. Konsept 1950'lerin başında ortaya çıktı ve tasarımdaki ve donanımdaki son değişiklikler verimliliğini arttırdı ve maliyeti düşürdü.

Yöntem, iki farklı dalga boyunda spektral enerji yoğunluğunun ölçülmesinden oluşur. Cisim sıcaklığı, her dalga boyu için emissivite aynı olması durumunda doğrudan cihazdan okunabilir. Görüntüler, toz, tel ekranlar ve gri yarı saydam pencereler gibi nispeten soğuk malzemelerle kısmen engellense de, okumalar doğru olacaktır. Yöntemin teorisi basittir. Her iki dalga boyunun enerji parlaklığı aynı ise (gri bir gövde için), ışıma katsayısı azalır ve oran sıcaklık ile orantılı hale gelir.

İki dalga boylu bir lazer termometre, endüstri ve bilimsel araştırmalarda ölçüm hatasını azaltabilen basit ve eşsiz bir sensör olarak kullanılır.

Buna ek olarak, çok dalga termometreleri, gri cisimcikler olmayan malzemeler için geliştirilmiş olup, absorpsiyon katsayısı dalga boyuyla değişmektedir. Bu durumlarda, yüzeyin bu katsayısı, dalga boyu, sıcaklık ve kimyasal bileşiminin ilişkisine göre, malzemenin yüzey özelliklerinin ayrıntılı bir analizi gereklidir. Bu verilerin mevcudiyetinde, farklı dalga boylarındaki spektral ışınının sıcaklığa bağımlılığının hesaplanması için algoritmalar yaratmak mümkündür.

Değerlendirme kuralları

Ölçümlerin doğruluğunu değerlendirmek için kullanıcı aşağıdakileri bilmelidir:

• IR-sensörleri, doğaları gereği renkleri ayırt etmez.
• Yüzey parlaksa, cihaz sadece yayılan değil aynı zamanda yansıyan enerjiyi de ayarlar.
• Nesne saydam ise, IR filtresi gereklidir (örneğin, cam 5 um'de opaktır).
• On olgunun dokuzunda kesinlikle doğru bir ölçüm gerekli değildir. Okumaların tekrar tekrar okunması ve önyargıların olmaması gerekli doğruluğu sağlayacaktır. Enerji parlaklığı değiştiğinde ve verilerin işlenmesi zordur, biz iki ve çok dalga radyometresi üzerinde durmalıyız.

Inşaat unsurları

Temassız lazer termometresi, girişteki kızıl ötesi enerji ve çıkış sinyali prensibine göre çalışır. Cihazın temel devresi optik, lensler, spektral filtreler ve harici bir arayüz olarak bir dedektör toplamayı içerir. Dinamik işlem farklı şekillerde yapılır, ancak yükseltme, termal stabilizasyon, doğrusallaştırma ve sinyal dönüştürme işlemlerine indirgenebilir. Geleneksel cam cam, kısa dalga radyasyonu, orta frekanslar için kuvartz ve 8-14 mikron aralığı için germanyum veya çinko sülfit, 0.5-5.0 mikron dalga boyları için optik fiber kullanılır.

Görüş alanı

Lazerli uzaktan termometre, belirli bir mesafedeki sıcaklık kontrol noktasının boyutu olan görüş alanı (PP) ile karakterize edilir. Görüş alanının çapındaki değişim, termometre ile ölçme nesnesi arasındaki mesafe değişimiyle doğru orantılıdır. Değeri üreticiye bağlıdır ve cihazın fiyatını etkiler. Noktasal ölçümler için 1 mm'den daha düşük bir PZ'ye ve uzun menzilli optiklere (9 m'lik bir mesafede 7 cm) sahip modeller mevcuttur. Nesnenin tüm ölçüm noktasını doldurduğu takdirde, çalışma mesafesi okumaların doğruluğunu etkilemez. Maksimum sinyal kaybı% 1'i aşmamalıdır.

hedefleyen

Geleneksel IR-termometreler ek cihazlar olmaksızın ölçümler üretir. Bu, nokta doğruluğunun gerekli olmadığı büyük bir nesneyle, örneğin bir kağıt bezi ile çalışmak için izin verilir. Küçük veya uzak nesneler için bir lazer ışını kullanılır. Çeşitli lazer hedefleme seçenekleri oluşturuldu.

1. Optik eksen kayması olan bir kiriş. Sapma çok büyük olduğundan, en basit model, büyük nesneler için düşük çözünürlüklü cihazlarda kullanılır.
2. Koaksiyel kiriş. Optik eksenden sapma göstermez. Nokta merkezi herhangi bir mesafede doğru olarak gösterilir.
3. Çift lazerli. Nokta çapı, iki nokta ile işaretlenmiştir; bu, çapı tahmin etmeme veya hesaplama ihtiyacını ortadan kaldırır ve hatalara yol açmaz.
4. Ofsetli dairesel işaretçi. Görünüm alanını, boyutunu ve dış sınırını gösterir.
5. 3 noktalı koaksiyel işaretçi. Işın, aynı hatta yerleştirilmiş üç parlak noktaya bölünür. Orta nokta nokta merkezini, dış nokta ise çapını belirtir.

Termometre tam olarak ölçüm nesnesine yönlendirildiğinde, amaçlayan etkili bir yardım sağlar.

filtreler

Termometreler,> 500 ° C yüksek sıcaklık ölçümleri için kısa dalga filtreleri ve düşük sıcaklıklarda (-40 ° C) uzun dalga boy filtreleri kullanır. Örneğin, silikon dedektörler ısınmaya karşı dayanıklıdır ve kısa dalga boyu ölçüm hatasını azaltır. Diğer seçici filtreler plastik film (3.43 μm ve 7.9 μm), cam (5.1 μm) ve alev (3.8 μm) için kullanılır.

sensörler

Çoğu sensör fotovoltaiktir, kızılötesi radyasyona maruz bırakıldığında voltaj üretir veya fotoiletkentir, yani enerji kaynağının etkisi altında dirençlerini değiştirir. Hızlı, son derece hassas, kabul edilebilir bir sıcaklık değişimine, örneğin sıcaklık dengelemesi, otomatik sıfır devre, genlik sınırlaması ve izotermal korumaya ait bir termistör devresi ile üstesinden gelinebilirler.

IR termometre devresinde, 100-1000 μV sıralamalı dedektör çıktı sinyali bin katlı bir amplifikasyona tabi tutulur, düzenlenir, doğrusallaştırılır ve sonuç olarak, akımın veya voltajın doğrusal bir sinyalini temsil eder. Optimum değeri 4-20 mA'dır, bu da harici paraziti en aza indirir. Bu sinyal, RS-232 portuna veya bir PID kontrolöre, bir uzak ekranda veya bir kayıt cihazına gönderilebilir. Sinyalin diğer kullanımları:

• Açma / kapama alarmı;
• Zirve değerini tutarak;
• Ayarlanabilir tepki süresi;
• Örnekleme ve saklama şemasında.

hız

Kızılötesi lazerli termometrenin ortalama 300 ms'lik bir tepki süresi vardır, ancak silikonlu dedektörlerin kullanılması 10 ms'lik değerler elde edebilmektedir. Birçok alette yanıt süresi, gelen gürültüyü sönümlemek ve duyarlılıklarını düzenlemek için değişir. Minimum müdahale süresi olması her zaman gerekli değildir. Örneğin, indüksiyon ısıtması ile zaman 10-50 ms aralığında olmalıdır.

Lazer termometrelerin özellikleri

Etekcity Lasergrip 630, kızılötesi 2 lazerli termometre olup fiyatı 35.99 $ 'dır. Ürün özellikleri:

• Sıcaklık aralığı -50 ... +580 ° C;
• Doğruluk +/-% 2;
• Nokta büyüklüğüne olan uzaklık oranı 16: 1;
• Emissivite 0,1 - 1,0;
• Yanıt süresi <500 ms;
• Çözünürlük 1 ° C.

Lazer termometre (fotoğraf) aynı zamanda en büyük, en küçük ve en düşük sıcaklık hakkında bilgi verir. Ölçüm noktası hedefleme noktasının 2 cm altına yer değiştirmiştir . Lazer kılavuzu, ışınların kesiştiği yerde (36 cm) en doğrudur.

Amprobe IR-710, kızılötesi lazer termometre olup 49.95 $ fiyatla satılmaktadır. Ürün özellikleri:

• Sıcaklık aralığı -50 ... +538 ° C;
• Minimum spot boyutu 20 mm'dir;
• Doğruluk +/-% 2;
• Nokta büyüklüğüne olan uzaklık oranı 12: 1'dir;
• Emissivite: 0.95;
• Yanıt süresi 500 ms;
• Çözünürlük 1 ° C.

Bu lazer termometre (fotoğraf), mevcut sıcaklığın yanı sıra minimum ve maksimum değerlerini de gösterir.