Termometru cu laser: principiul de acțiune. Termometru cu laser de la distanță (fotografie)

Măsurarea temperaturii poate fi de contact și de la distanță. Cele mai comune termocupluri, senzori de rezistență și termometre care trebuie să intre în contact cu obiectul, deoarece își măsoară temperatura proprie. Ei o fac încet, dar ei sunt ieftini.

Senzori fără contact măsurarea radiației IR de obiect, oferă rezultate rapide și sunt frecvent utilizate pentru a determina temperatura în mișcare și a organismelor staționare în vid și inaccesibile datorită agresivitatea mediului, caracteristicile amenințării securității formei sau. Prețul acestor dispozitive este relativ ridicat, deși în unele cazuri este comparabil cu dispozitivele de contact.

Termometria monocromă

Metoda monocromă pentru determinarea luminozității totale a energiei folosește o lungime de undă dată. Implementari variază de la sonde simple, portabile, cu măsurare de la distanță pentru dispozitive portabile sofisticate care permit să observe simultan un obiect și citirile de temperatură să fie introduse în memorie sau imprimarea acestora. Senzorii staționari sunt reprezentați de detectoare simple simple cu locație electronică la distanță și dispozitive cu rezistență ridicată cu control PID la distanță. Fibră optică, vizionarea cu laser, răcirea cu apă, prezența unui afișaj și a unui scaner - opțiuni opționale pentru monitorizarea proceselor tehnologice și a sistemelor de control.

Configurația, filtrarea spectrală, intervalul temperaturii de funcționare, optica, timpul de răspuns și luminozitatea obiectului sunt elemente importante care afectează performanța și trebuie luate în considerare cu atenție în timpul procesului de selecție.

Senzorul poate fi un dispozitiv simplu cu două fire sau un dispozitiv complex de rezistență la uzură, cu rezistență ridicată la uzură.

Selectarea răspunsului spectral și a intervalului de temperatură de funcționare sunt corelate cu sarcinile specifice de măsurare. Lungimile de undă scurte sunt proiectate pentru temperaturi ridicate și lungi pentru temperaturi scăzute. Dacă obiectele sunt transparente, de exemplu, plastic și sticlă, este necesară filtrarea cu valuri înguste. Banda de absorbție a foliei de polietilenă CH este de 3,43 microni. Selectarea spectrului din această gamă simplifică calcularea coeficientului de radiație. În mod similar, materialele din sticlă devin opace la o lungime de undă de 4,6 μm, ceea ce permite determinarea cu precizie a temperaturii suprafeței de sticlă. Gama de emisii de 1-4 μm face posibilă măsurarea prin deschiderile de control ale camerelor de vid și de presiune. O alternativă este utilizarea unui cablu cu fibră optică.

Optica și timpul de răspuns sunt, în majoritatea cazurilor, nesemnificative, deoarece câmpul de vedere mărimea de 3 cm la o distanță de 50 cm și un timp de răspuns mai mic de 1 s este suficient. Pentru un obiect intermitent mic sau în mișcare rapidă, este nevoie de un punct de măsurare mic (3 mm în diametru) sau chiar mai mic (0,75 mm). Direcționarea pe distanțe lungi (3-300 m) necesită un control optic, deoarece câmpul vizual standard al instrumentului devine prea mare. În unele cazuri, metoda de radiometrie cu două valuri este folosită pentru aceasta. Optica fibrei vă permite să distanțați electronica de mediile agresive, să eliminați efectele interferențelor și să rezolvați problema de acces.

Termometrul cu laser are în principiu un timp de răspuns reglabil în intervalul de 0,2 - 5,0 s. Un răspuns rapid poate crește nivelul de zgomot al semnalului, în timp ce unul lent afectează sensibilitatea. Când încălzirea prin inducție necesită o reacție instantanee, iar pentru transportor - un răspuns mai lent.

Termometria IR monocromă este simplă și este utilizată în cazul în care controlul temperaturii este extrem de important pentru crearea de produse de înaltă calitate.

Termometria cu două valuri

Pentru probleme mai complexe, unde precizia absolută a măsurătorilor este critică și unde produsul este expus efectelor fizice sau chimice, se utilizează radiotelefonie cu două și mai multe valuri. Conceptul a apărut la începutul anilor `50, iar ultimele schimbări în design și hardware au sporit productivitatea și au redus costul.

Metoda constă în măsurarea densității energetice spectrale la două lungimi de undă diferite. Temperatura obiectului poate fi citită direct de la instrument dacă emisivitatea este aceeași pentru fiecare lungime de undă. Indicațiile vor fi corecte, chiar dacă câmpul de vedere acoperite parțial de materiale relativ reci, cum ar fi praful, ecranele de sârmă și ferestrele gri translucide. Teoria metodei este simplă. Dacă luminozitatea energetică a ambelor lungimi de undă este aceeași (pentru un corp gri), atunci coeficientul de radiație este redus și raportul devine proporțional cu temperatura.

Termometrul cu laser cu două lungimi de undă este utilizat în industrie și cercetare științifică ca un senzor simplu, unic, capabil să reducă eroarea de măsurare.

În plus, s-au dezvoltat termometre cu mai multe unde pentru materiale care nu sunt corpuri gri, coeficientul de absorbție variind în funcție de lungimea de undă. În aceste cazuri, este necesară o analiză detaliată a caracteristicilor de suprafață ale materialului în raport cu relația dintre acest coeficient, lungimea de undă, temperatura și compoziția chimică a suprafeței. În prezența acestor date, este posibil să se creeze algoritmi pentru calculul dependenței radiației spectrale la diferite lungimi de undă la temperatură.

Norme de evaluare

Pentru a evalua acuratețea măsurătorilor, utilizatorul ar trebui să știe următoarele:

• Senzorii IR prin culorile lor naturale nu disting.
• Dacă suprafața este strălucitoare, dispozitivul va stabili nu numai energia reflectată, ci și energia reflectată.
• Dacă obiectul este transparent, este necesară filtrarea în infraroșu (de exemplu, sticla este opacă la 5 μm).
• În nouă din zece cazuri, nu este necesară o măsurare absolut precisă. Citirea repetată a indicațiilor și absența prejudecăților vor asigura precizia necesară. Atunci când luminozitatea energiei se schimbă și prelucrarea datelor este dificilă, ar trebui să ne oprim la radiometria cu două și mai multe valuri.

Elemente de construcție

Termometrul cu laser fără contact funcționează în conformitate cu principiul: energia infraroșie la intrare și semnalul de ieșire. Circuitul de bază al dispozitivului constă în colectarea optică, a lentilelor, a filtrelor spectrale și a unui detector ca interfață externă. Procesarea dinamică se realizează în moduri diferite, dar poate fi redusă la amplificare, stabilizare termică, linearizare și transformare de semnal. fereastră de sticlă convențională este folosită pentru radiația de undă scurtă, cuarț pentru gama medie și germaniu sau sulfură de zinc pentru 8-14 microni gama, fibra - pentru lungimi de undă de 0,5-5,0 microni.

Câmp de vedere

Termometrul cu laser este caracterizat de câmpul vizual (PP) - dimensiunea punctului de control al temperaturii la o anumită distanță. Schimbarea diametrului câmpului vizual este direct proporțională cu schimbarea distanței dintre termometru și obiectul de măsurare. Valoarea sa depinde de producător și afectează prețul dispozitivului. Există modele cu PZ mai mică de 1 mm pentru măsurători punctuale și cu optică pe distanțe lungi (7 cm la o distanță de 9 m). Distanța de lucru nu afectează precizia citirilor dacă obiectul umple întregul punct de măsurare. În același timp, pierderea maximă a semnalului nu trebuie să depășească 1%.

cu scopul

Termometrele IR convenționale produc măsurători fără dispozitive suplimentare. Acest lucru este acceptabil pentru lucrul cu obiecte mari, de exemplu, o cârpă de hârtie, unde nu este necesară precizia punctului. Pentru obiecte mici sau de la distanță, se utilizează un fascicul laser. Au fost create mai multe opțiuni de direcționare prin laser.

1. Un fascicul cu o deplasare de la axa optică. Cel mai simplu model este utilizat în dispozitive cu rezoluție joasă pentru obiecte mari, deoarece abaterea este prea mare.
2. Coaxial beam. Nu se abate de la axa optică. Centrul locului este indicat cu precizie la orice distanță.
3. Laser dublu. Diametrul spotului marcat două puncte, ceea ce elimină necesitatea de a ghici sau a calcula diametrul și nu duce la erori.
4. Indicator circular cu offset. Afișează câmpul vizual, dimensiunea și marginea exterioară.
5. Pointer coaxial în 3 puncte. Grinzile sunt împărțite în trei puncte luminoase, situate pe aceeași linie. Punctul central indică centrul punctului, în timp ce punctul exterior indică diametrul acestuia.

Obiectivul oferă asistență eficientă în direcția termometrului exact pe obiectul de măsurare.

filtre

În termometre, filtrele cu undă scurtă sunt utilizate pentru măsurători la temperaturi ridicate (> 500 ° C) și filtre cu lungimi de undă lungă pentru temperaturi scăzute (-40 ° C). Detectoarele de siliciu, de exemplu, sunt rezistente la căldură, iar o lungime de undă scurtă reduce eroarea de măsurare. Alte filtre selective sunt utilizate pentru folie de plastic (3,43 μm și 7,9 μm), sticlă (5,1 μm) și flacără (3,8 μm).

senzori

Majoritatea senzorilor sunt fie fotovoltaici, fie generând o tensiune atunci când sunt expuși la radiații IR, fie fotoconductori, adică schimbând rezistența lor sub acțiunea sursei de energie. Ele sunt rapide, extrem de sensibile, au o abatere de temperatură acceptabilă, care poate fi depășită, de exemplu, circuitul de compensare a temperaturii termistor, un circuit automat de zero, și amplitudine limitarea protecției izoterm.

Termometrul lanț IR aproximativ 100-1000 semnal mV detector de ieșire este un accesoriu de mii de ori este reglementată, este liniarizat, și, ca urmare, reprezintă un semnal de curent sau de tensiune liniar. Valoarea sa optimă este de 4-20 mA, ceea ce minimizează interferența externă. Acest semnal poate fi trimis la portul RS-232 sau la un controler PID, un afișaj la distanță sau un dispozitiv de înregistrare. Alte utilizări ale semnalului:

• on / off alarm;
• care deține valoarea maximă;
• timpul de răspuns reglabil;
• în schema de prelevare și stocare.

viteză

Termometrul cu laser cu infraroșu are un timp de răspuns mediu de aproximativ 300 ms, deși utilizarea detectorilor de siliciu poate atinge valori de 10 ms. În multe instrumente, timpul de răspuns variază pentru a atenua zgomotul de intrare și pentru a regla sensibilitatea acestora. Nu este întotdeauna necesar să aveți un timp de răspuns minim. De exemplu, cu încălzire prin inducție, timpul ar trebui să se situeze în intervalul 10-50 ms.

Caracteristicile termometrelor cu laser

Etekcity Lasergrip 630 este un termometru infraroșu cu laser, prețul fiind de 35,99 USD. Specificațiile produsului:

• interval de temperatură -50 ... +580 ° C;
• precizie +/- 2%;
• raportul dintre distanța și dimensiunea spotului 16: 1;
• Emisivitate de 0,1 - 1,0;
• timpul de răspuns <500 ms;
• rezoluție de 1 ° C

Termometrul cu laser (fotografie) informează și despre temperatura cea mai mare, cea mai mică și cea medie. Punctul de măsurare este deplasat cu 2 cm mai jos puncte de focalizare. Orientarea cu laser este cea mai precisă la intersecția razei (36 cm).

Amprobe IR-710 este un termometru cu infrarosu laser, la pretul de 49.95 $. Specificațiile produsului:

• interval de temperatură -50 ... +538 ° C;
• dimensiunea minimă a spotului este de 20 mm;
• precizie +/- 2%;
• raportul dintre distanța până la dimensiunea spotului 12: 1;
• Emisivitate: 0,95;
• timpul de răspuns 500 ms;
• rezoluție de 1 ° C

Acest termometru cu laser (foto), în plus față de temperatura curentă, indică, de asemenea, valorile sale minime și maxime.