Laser termometer: handlingsprincippet. Laser-fjerntermometer (foto)

Temperaturmåling kan være kontakt og fjernbetjening. De mest almindelige termoelementer, modstandssensorer og termometre, der skal kontakte objektet, fordi de måler deres egen temperatur. De gør det langsomt, men de er billige.

Ikke-kontakt sensorer måler objektets IR-stråling, giver et hurtigt resultat og bruges normalt til at bestemme temperaturen på bevægelige og ustabile legemer i et vakuum og utilgængeligt på grund af miljøets aggressivitet, formularens eller sikkerhedsrisikoen. Prisen på sådanne anordninger er forholdsvis høj, selv om den i nogle tilfælde er sammenlignelig med kontaktanordninger.

Monokrom termometri

Den monokrome metode til bestemmelse af den samlede energi lysstyrke anvender en given bølgelængde. Implementationerne spænder fra håndholdte prober med simpel fjernmåling til komplekse bærbare enheder, som giver dig mulighed for samtidig at observere objektet og dets temperatur ved optagelse af aflæsningerne i instrumentets hukommelse eller deres udskrivning. Stationære sensorer præsenteres som enkle små detektorer med fjernbetjening af elektronik og højstyrkeanordninger med fjernbetjening PID-styring. Fiberoptik, laser observation, vandkøling, tilstedeværelsen af en skærm og en scanner er valgfrie muligheder for overvågning af teknologiske processer og styresystemer.

Konfiguration, spektralfiltrering, driftstemperaturområde, optik, responstid og objektets lysstyrke er vigtige elementer, der påvirker ydeevnen og bør overvejes nøje under udvælgelsesprocessen.

Sensoren kan enten være en enkel to-leder eller en kompleks slidstærk højfølsomhed.

Valget af spektralrespons og driftstemperaturområdet er relateret til de specifikke måleopgaver. Korte bølgelængder er designet til høje temperaturer og lange til lave temperaturer. Hvis genstandene er gennemsigtige, for eksempel plast og glas, er der brug for smalbølgefiltrering. Absorptionsbåndet af CH-polyethylenfilm er 3,43 mikron. Valg af spektrum i dette område forenkler beregningen af strålingskoefficienten. På samme måde bliver glaslignende materialer uigennemsigtige ved en bølgelængde på 4,6 μm, hvilket gør det muligt at bestemme temperaturen på glasoverfladen nøjagtigt. Strålingsområdet på 1-4 μm gør det muligt at måle gennem inspektionsåbninger af vakuum- og trykkamre. Et alternativ er at bruge et fiberoptisk kabel.

Optik og responstid er i de fleste tilfælde uvæsentlige, da et synsfelt på 3 cm i en afstand på 50 cm og en responstid på mindre end 1 s er tilstrækkelig. For en lille eller hurtigt bevægende intermitterende genstand er der behov for en lille (3 mm i diameter) eller endnu mindre (0,75 mm) måleplade. Langsigtet målretning (3-300 m) kræver optisk kontrol, da instrumentets standard synsfelt bliver for stort. I nogle tilfælde anvendes en tobølge radiometri metode til dette. Fiberoptik giver dig mulighed for at fjerne elektronik fra ætsende miljøer, eliminere virkningerne af interferens og løse adgangsproblemet.

Lasertermometeret har i grunden en justerbar responstid i området 0,2-5,0 s. Et hurtigt svar kan øge signalets støjniveau, mens en langsom påvirker følsomheden. Når induktionsvarme kræver en øjeblikkelig reaktion, og for transportøren - et langsommere svar.

Monokrom IR-termometri er enkel og anvendes i tilfælde, hvor temperaturstyring er yderst vigtig for at skabe produkter af høj kvalitet.

To-bølge termometri

For mere komplekse problemer, hvor den absolutte nøjagtighed af målinger er afgørende, og hvor produktet udsættes for fysiske eller kemiske virkninger, anvendes to- og flerbølge-radiotermometri. Konceptet opstod i begyndelsen af 1950'erne, og de seneste ændringer i design og hardware har øget produktiviteten og sænket omkostningerne.

Metoden består i at måle spektral energidensiteten ved to forskellige bølgelængder. Temperaturen af objektet kan læses direkte fra instrumentet, hvis emissiviteten er den samme for hver bølgelængde. Aflæsningerne vil være korrekte, selvom synsfeltet delvis er blokeret af forholdsvis kolde materialer, såsom støv, trådskærme og grå gennemsigtige vinduer. Teorien om metoden er enkel. Hvis energibelysningen af begge bølgelængder er den samme (for en grålegeme), reduceres strålingskoefficienten, og forholdet bliver proportionalt med temperaturen.

Et tobølgelængde-lasertermometer anvendes i industri og videnskabelig forskning som en simpel, unik sensor, der kan reducere målefejlen.

Derudover er multiwave termometre udviklet til materialer, der ikke er grålegemer, hvis absorptionskoefficient varierer med bølgelængden. I disse tilfælde er der behov for en detaljeret analyse af materialets overfladeegenskaber med hensyn til forholdet mellem denne koefficient, bølgelængde, temperatur og kemiske sammensætning af overfladen. I nærværelse af disse data er det muligt at oprette algoritmer til beregning af afhængigheden af spektralstråling ved forskellige bølgelængder på temperatur.

Evalueringsregler

For at vurdere målingenes nøjagtighed skal brugeren kende følgende:

• IR-sensorer af deres naturfarver skelner ikke.
• Hvis overfladen er skinnende, indstiller enheden ikke kun den udsendte, men også den reflekterede energi.
• Hvis objektet er gennemsigtigt, er IR-filtrering nødvendig (for eksempel er glas uigennemsigtigt ved 5 μm).
• I ni ud af ti tilfælde er en absolut nøjagtig måling ikke nødvendig. Den gentagne læsning af aflæsningerne og fraværet af bias vil sikre den nødvendige nøjagtighed. Når energi lysstyrken ændres og databehandlingen er vanskelig, bør vi dvæle på to- og flerbølge radiometri.

Elementer af konstruktion

Laser-termometret virker ikke i overensstemmelse med princippet: Den infrarøde energi ved indgangen og udgangssignalet. Apparatets grundkreds består i at samle optik, linser, spektralfiltre og en detektor som en ekstern interface. Dynamisk behandling udføres på forskellige måder, men den kan reduceres til forstærkning, termisk stabilisering, linearisering og signalomdannelse. Konventionelt vinduesglas anvendes til kortbølgelysning, kvarts til mellemfrekvenser og germanium- eller zinksulfid i området 8-14 mikrometer, optisk fiber til bølgelængder på 0,5-5,0 mikron.

Synsfelt

Laser-fjerntermometret er karakteriseret ved synsfeltet (PP) - størrelsen af temperaturkontrolpunktet i en given afstand. Ændringen i synsfeltets diameter er direkte proportional med ændringen i afstanden mellem termometeret og måleobjektet. Dens værdi afhænger af producenten og påvirker prisen på enheden. Der er modeller med en PZ på mindre end 1 mm til punktmålinger og langdistanceoptik (7 cm i en afstand af 9 m). Arbejdsafstanden påvirker ikke nøjagtigheden af aflæsningerne, hvis objektet fylder hele målepunktet. Det maksimale signal tab må ikke overstige 1%.

sigter

Konventionelle IR-termometre producerer målinger uden yderligere enheder. Dette er tilladt for arbejde med store genstande, f.eks. En papirklud, hvor der ikke er behov for nøjagtighed. Til små eller fjerne objekter anvendes en laserstråle. Flere muligheder for lasermålretning er blevet oprettet.

1. En stråle med et skifte fra den optiske akse. Den enkleste model bruges i enheder med lav opløsning til store objekter, da afvigelsen er for stor.
2. Koaksial stråle. Afviger ikke fra den optiske akse. Midtpunktet af stedet er nøjagtigt angivet på enhver afstand.
3. Dobbelt laser. Stedets diameter er markeret med to prikker, hvilket eliminerer behovet for at gætte eller beregne diameteren og ikke føre til fejl.
4. Cirkulær pointer med forskydning. Viser synsfelt, dets størrelse og den ydre grænse.
5. 3-punkts koaksial pointer. Strålen er opdelt i tre lyse punkter, placeret på samme linje. Midtpunktet angiver midten af stedet, mens den ydre prik angiver dens diameter.

Aiming giver effektiv hjælp, når termometeret er rettet præcist til måleobjektet.

filtre

Termometre bruger kortbølgende filtre til høj temperaturmålinger (> 500 ° C) og lange bølgelængdefiltre til lave temperaturer (-40 ° C). Silikondetektorer er for eksempel modstandsdygtige over for varme, og en kort bølgelængde reducerer målefejlen. Andre selektive filtre anvendes til plastfilm (3,43 μm og 7,9 μm), glas (5,1 μm) og flamme (3,8 μm).

sensorer

De fleste sensorer er enten fotovoltaiske, der genererer spænding, når de udsættes for infrarød stråling, eller fotokonduktiv, dvs. ændrer deres modstand under energikildens virkning. De er hurtige, meget følsomme, har en acceptabel temperaturdrift, der kan overvindes, for eksempel ved et termistor kredsløb af temperaturkompensation, automatisk nul-kredsløb, amplitudebegrænsning og isotermisk beskyttelse.

I IR-termometerkredsløbet undergår detektorudgangssignalet i størrelsesordenen 100-1000 μV tusindfoldig amplifikation, reguleres, lineariseres og repræsenterer som et resultat et lineært signal af strøm eller spænding. Den optimale værdi er 4-20 mA, hvilket minimerer ekstern interferens. Dette signal kan sendes til RS-232-porten eller til en PID-controller, en fjernskærm eller en optageenhed. Andre anvendelser af signalet:

• Tænd / sluk alarm;
• Holding peak-værdien;
• Justerbar responstid;
• I prøveudtagnings- og oplagringsordningen.

hastighed

Det infrarøde lasertermometer har en gennemsnitlig responstid på ca. 300 ms, selvom anvendelse af siliciumdetektorer kan opnå værdier på 10 ms. I mange instrumenter varierer responstiden for at dæmpe indgående støj og regulere deres følsomhed. Det er ikke altid nødvendigt at have en minimal responstid. For eksempel med induktionsvarme bør tiden være i området 10-50 ms.

Karakteristik af laser termometre

Etekcity Lasergrip 630 er et infrarødt 2-laser termometer, prisen er $ 35.99. Produktspecifikationer:

• Temperaturområde -50 ... +580 ° C;
• Nøjagtighed +/- 2%;
• Forholdet mellem afstanden til punktstørrelse 16: 1;
• Emissivitet 0,1-1,0;
• Reaktionstid <500 ms;
• Opløsning 1 ° C.

Lasertermometeret (foto) informerer også om den største, mindste og gennemsnitlige temperatur. Målepunktet forskydes 2 cm under målet. Laser vejledning er mest præcis ved skærmens skæringspunkt (36 cm).

Amprobe IR-710 er et infrarødt laser termometer, prissat til 49,95 dollar. Produktspecifikationer:

• Temperaturområde -50 ... +538 ° C;
• Minimale pletstørrelse er 20 mm;
• Nøjagtighed +/- 2%;
• Forholdet mellem afstanden til punktstørrelsen er 12: 1;
• Emissivitet: 0,95;
• Reaktionstid 500 ms;
• Opløsning 1 ° C.

Dette laser termometer (foto), udover den aktuelle temperatur, angiver også dets minimale og maksimale værdier.