Лазерен термометър: принципът на действие. Лазерен дистанционен термометър (снимка)

Измерването на температурата може да бъде при контакт и отдалечено. Най-често срещаните термодвойки, сензори за резистори и термометри, които трябва да се свържат с обекта, защото те измерват собствената си температура. Те го правят бавно, но те са евтини.

Безконтактни сензори измерват инфрачервеното лъчение на обекта, дават бърз резултат и обикновено се използват за определяне на температурата на движещи се и нестационарни тела във вакуум и недостъпни поради агресивността на околната среда, характеристиките на формата или заплахата за сигурността. Цената на такива устройства е сравнително висока, въпреки че в някои случаи е сравнима с контактите.

Монохромна термометрия

Монохромният метод за определяне на общата енергийна яркост използва дадена дължина на вълната. Изпълненията варират от ръчни сонди с просто дистанционно измерване до сложни преносими устройства, което ви позволява едновременно да наблюдавате обекта и неговата температура със записването на показанията в паметта на инструмента или отпечатването им. Стационарните сензори се представят от прости малки детектори с дистанционно електронно разположение и устройства с висока якост с дистанционно PID управление. Оптична оптика, лазерно наблюдение, водно охлаждане, наличие на дисплей и скенер - опционални опции за наблюдение на технологичните процеси и системите за управление.

Конфигурацията, спектралното филтриране, диапазонът на работните температури, оптиката, времето за реакция и яркостта на обекта са важни елементи, влияещи на ефективността и трябва да бъдат внимателно обмислени по време на процеса на подбор.

Сензорът може да бъде или прост двужилен, или сложен с висока износоустойчивост устройство с висока чувствителност.

Изборът на спектралната реакция и диапазона на работната температура са свързани с конкретните задачи за измерване. Късите дължини на вълните са предназначени за високи температури и дълги за ниски температури. Ако предметите са прозрачни, например пластмаса и стъкло, тогава е необходимо филтриране с тясна вълна. Абсорбционната ивица на CH полиетиленовото фолио е 3.43 микрона. Изборът на спектъра в този диапазон опростява изчисляването на коефициента на радиация. По подобен начин стъклоподобните материали стават непрозрачни при дължина на вълната 4.6 μm, което позволява точното определяне на температурата на стъклената повърхност. Емисионният диапазон от 1-4 μm прави възможно измерването през отворите за проверка на вакуумните и камерите за налягане. Алтернативата е използването на оптичен кабел.

Оптиката и времето за реакция в повечето случаи са незначителни, тъй като зрително поле размер 3 cm на разстояние 50 cm и време на отговор по-малко от 1 секунди е достатъчно. За малък или бързо движещ се интермитентен обект има нужда от малко (3 мм диаметър) или дори по-малко (0.75 мм) място за измерване. Насочването на дълги разстояния (3-300 м) изисква оптичен контрол, тъй като стандартното зрително поле на инструмента става твърде голямо. В някои случаи се използва методът с две вълни за радиометрия. Оптичната оптика ви позволява да дистанцирате електрониката от агресивна среда, да елиминирате ефекта от смущенията и да разрешите проблема с достъпа.

Лазерният термометър основно има регулируемо време на отговор в интервала от 0.2 до 5.0 s. Една бърза реакция може да увеличи нивото на шума на сигнала, докато бавно повлиява чувствителността. Когато индукционното нагряване изисква моментна реакция, а за конвейера - по-бавен отговор.

Монохромната инфрачервена термометрия е проста и се използва в случаите, когато контролът на температурата е изключително важен за създаването на висококачествени продукти.

Дву-вълнова термометрия

За по-сложни проблеми, когато абсолютната точност на измерванията е критична и когато продуктът е изложен на физически или химически въздействия, се използва дву- и многовълнова радиотермометрия. Концепцията се появи в началото на 50-те години на миналия век, а последните промени в дизайна и хардуера доведоха до увеличаване на производителността и намаляване на разходите.

Методът се състои в измерване на спектралната енергийна плътност при две различни дължини на вълните. Температурата на обекта може да се прочете директно от инструмента, ако излъчването е една и съща за всяка дължина на вълната. Индикациите ще бъдат правилни, дори ако зрително поле частично покрити със сравнително студени материали, като прах, телени екрани и сиви полупрозрачни прозорци. Теорията на метода е проста. Ако енергийната яркост на двете дължини на вълните е една и съща (за сивото тяло), коефициентът на излъчване се намалява и съотношението става пропорционално на температурата.

Термометърът с два вълнови лазера се използва в промишлеността и научните изследвания като прост, уникален датчик, способен да намали грешката при измерването.

Освен това са разработени термометри с много вълни за материали, които не са сиви тела, чийто абсорбционен коефициент варира с дължината на вълната. В тези случаи е необходим подробен анализ на повърхностните характеристики на материала по отношение на връзката между този коефициент, дължината на вълната, температурата и химичния състав на повърхността. При наличието на тези данни е възможно да се създадат алгоритми за изчисляване на зависимостта на спектралната радиация при различни дължини на вълните по отношение на температурата.

Правила за оценка

За да се оцени точността на измерванията, потребителят трябва да знае следното:

• Инфрачервените сензори по естествен цвят не разграничават.
• Ако повърхността е блестяща, устройството ще определи не само излъчената, но и отразената енергия.
• Ако обектът е прозрачен, се изисква инфрачервено филтриране (например стъклото е непрозрачно при 5 μm).
• В девет от десет случая не се изисква абсолютно точно измерване. Повторното четене на индикациите и липсата на пристрастия ще осигурят необходимата точност. Когато енергийната яркост се промени и обработката на данните е трудна, трябва да спрем на дву- и много вълнова радиометрия.

Елементи на строителството

Безконтактният лазерен термометър работи в съответствие с принципа: инфрачервената енергия на входа и изходния сигнал. Основната схема на устройството се състои от събиране на оптика, лещи, спектрални филтри и детектор като външен интерфейс. Динамичната обработка се извършва по различни начини, но може да бъде намалена до усилване, термична стабилизация, линеаризация и трансформация на сигнала. Конвенционални стъклен прозорец се използва за излъчване на къси вълни, кварц за средни и германий или цинков сулфид за 8-14 микрона диапазон, влакно - при дължини на вълните на 0.5-5.0 микрона.

Зрително поле

Лазерният дистанционен термометър се характеризира със зрителното поле (РР) - размера на точката за контрол на температурата на дадено разстояние. Промяната в диаметъра на зрителното поле е пряко пропорционална на промяната в разстоянието между термометъра и обекта на измерване. Стойността му зависи от производителя и влияе върху цената на устройството. Има модели с PZ по-малко от 1 мм за точкови измервания и с оптика с дълъг обхват (7 см на разстояние 9 м). Работното разстояние не влияе върху точността на показанията, ако обектът запълни цялото измерващо място. В същото време максималната загуба на сигнал не трябва да надвишава 1%.

с цел

Конвенционалните IR-термометри произвеждат измервания без допълнителни устройства. Това е приемливо за работа с големи предмети, например хартиена кърпа, при която не се изисква точност на точката. За малки или отдалечени обекти се използва лазерен лъч. Бяха създадени няколко опции за насочване по лазер.

1. Лампа с превключване от оптичната ос. Най-простият модел се използва при устройства с ниска резолюция за големи обекти, тъй като отклонението е твърде голямо.
2. Коаксиален лъч. Не се отклонява от оптичната ос. Центърът на мястото е точно посочен на всяко разстояние.
3. Двоен лазер. Диаметърът на точката е маркиран с две точки, което премахва необходимостта от познаване или изчисляване на диаметъра и не води до грешки.
4. Кръгъл показалец с отместване. Показва зрителното поле, неговия размер и външната граница.
5. 3-точков коаксиален показалец. Гредата е разделена на три ярки точки, разположени на една и съща линия. Средната точка означава центъра на мястото, докато външната точка показва нейния диаметър.

Насочването осигурява ефективна помощ в посоката на термометъра точно върху обекта на измерване.

филтри

При термометри се използват филтри с къси вълни за високотемпературни измервания (> 500 ° C) и филтри с дължина на вълната при ниски температури (-40 ° C). Силиконовите детектори, например, са устойчиви на топлина, а късата дължина на вълната намалява грешката при измерването. Други селективни филтри се използват за пластмасов филм (3,43 μm и 7,9 μm), стъкло (5,1 μm) и пламък (3,8 μm).

сензори

Повечето сензори са фотоволтаични, генерират напрежение, когато са изложени на инфрачервено лъчение, или фотопроводими, т.е. променят съпротивлението си под действието на енергийния източник. Те са бързи, силно чувствителен, имат приемлива температура дрейф, които могат да бъдат преодолени, например, температура компенсация термистор верига, автоматична нула верига, и амплитуда ограничаване изотермични защита.

В схемата на инфрачервения термометър изходният сигнал на детектора от порядъка на 100-1000 μV претърпява хиляднократно усилване, регулира се, линеаризира и в резултат представлява линеен сигнал на ток или напрежение. Неговата оптимална стойност е 4-20 mA, което минимизира външната намеса. Този сигнал може да бъде изпратен до RS-232 порта или към PID контролер, отдалечен дисплей или записващо устройство. Други приложения на сигнала:

• аларма за включване / изключване;
• поддържане на пиковата стойност;
• регулирано време за реакция;
• в схемата за вземане на проби и съхранение.

скорост

Инфрачервеният лазерен термометър има средно време на реакция от около 300 ms, въпреки че използването на силициеви детектори може да достигне стойности от 10 ms. При много инструменти времето за реакция варира, за да се навлажни входящия шум и да се регулира тяхната чувствителност. Не винаги е необходимо да имате минимално време за реакция. Например, при индукционно нагряване, времето трябва да бъде в интервала 10-50 ms.

Характеристики на лазерните термометри

Etekcity Lasergrip 630 е инфрачервен 2-лазерен термометър, цената е $ 35.99. Спецификации на продукта:

• температурен обхват -50 ... +580 ° C;
• точност +/- 2%;
• съотношение на разстоянието до размера на петна 16: 1;
• Емисионна стойност от 0,1 - 1,0;
• време за реакция <500 ms;
• разделителна способност 1 ° С.

Лазерният термометър (снимка) също така информира за най-голямата, най-малката и средната температура. Местата за измерване се изместват на 2 см по-долу целеви точки. Лазерното насочване е най-точно при пресичането на лъчите (36 см).

Amprobe IR-710 е инфрачервен лазерен термометър, на цена от 49,95 долара. Спецификации на продукта:

• температурен диапазон -50 ... +538 ° C;
• минималният размер на петата е 20 mm;
• точност +/- 2%;
• съотношение на разстоянието до размера на петна 12: 1;
• Емизивност: 0,95;
• време за реакция 500 ms;
• разделителна способност 1 ° С.

Този лазерен термометър (снимка), в допълнение към текущата температура, също така показва минималната и максималната му стойност.