Analyse sur l'application moderne de la technologie des thermomètres infrarouges
Le principe de mesure de la température du thermomètre infrarouge est de convertir l'énergie rayonnante infrarouge émise par l'objet en un signal électrique. La taille de l'énergie rayonnante infrarouge correspond à la température de l'objet lui-même. Selon la taille du signal électrique converti, la température de l'objet peut être déterminée. La technologie de mesure de température infrarouge a été développée pour scanner et mesurer la température de la surface avec des changements thermiques, déterminer son image de distribution de température et détecter rapidement les différences de température cachées. Il s'agit de l'imageur thermique infrarouge. Les caméras thermiques infrarouges ont d'abord été utilisées dans l'armée. En 2019, TI Corporation des États-Unis a développé le premier système de reconnaissance par balayage infrarouge au monde. Plus tard, la technologie d'imagerie thermique infrarouge a été successivement utilisée dans les avions, les chars, les navires de guerre et d'autres armes dans les pays occidentaux, en tant que système de visée thermique pour les cibles de reconnaissance, elle améliore considérablement la capacité de rechercher et d'atteindre des cibles. La caméra thermique infrarouge produite par la société suédoise AGA occupe une position de leader dans la technologie civile.
Le thermomètre infrarouge est composé d'un système optique, d'un détecteur photoélectrique, d'un amplificateur de signal, d'un traitement du signal, d'une sortie d'affichage et d'autres pièces. Le système optique rassemble l'énergie de rayonnement infrarouge cible dans son champ de vision, et la taille du champ de vision est déterminée par les parties optiques du thermomètre et sa position. L'énergie infrarouge est focalisée sur un photodétecteur et convertie en un signal électrique correspondant. Le signal traverse l'amplificateur et le circuit de traitement du signal, et est converti en la valeur de température de la cible mesurée après avoir été corrigé selon l'algorithme du traitement interne de l'instrument et l'émissivité de la cible.
Dans la nature, tous les objets dont la température est supérieure au zéro absolu émettent constamment de l'énergie de rayonnement infrarouge dans l'espace environnant. La taille de l'énergie du rayonnement infrarouge d'un objet et sa répartition selon la longueur d'onde ont une relation très étroite avec sa température de surface. Par conséquent, en mesurant l'énergie infrarouge rayonnée par l'objet lui-même, sa température de surface peut être déterminée avec précision, ce qui constitue la base objective de la mesure de la température de rayonnement infrarouge.
Un corps noir est un radiateur idéalisé, qui absorbe toutes les longueurs d'onde de l'énergie de rayonnement, n'a aucune réflexion ou transmission d'énergie et a une émissivité de 1 sur sa surface. Cependant, les objets pratiques dans la nature ne sont presque pas des corps noirs. Afin de clarifier et d'obtenir la distribution du rayonnement infrarouge, un modèle approprié doit être sélectionné dans la recherche théorique. Il s'agit du modèle d'oscillateur quantifié du rayonnement de la cavité corporelle proposé par Planck, ainsi Dérivé de la loi du rayonnement du corps noir de Planck, c'est-à-dire le rayonnement spectral du corps noir exprimé par la longueur d'onde, qui est le point de départ de toutes les théories du rayonnement infrarouge, il est donc appelée la loi du rayonnement du corps noir. La quantité de rayonnement de tous les objets réels dépend non seulement de la longueur d'onde du rayonnement et de la température de l'objet, mais également du type de matériau constituant l'objet, de la méthode de préparation, du processus thermique, de l'état de surface et des conditions environnementales.
La mesure de la température infrarouge adopte une méthode d'analyse point par point, c'est-à-dire que le rayonnement thermique d'une zone locale de l'objet est focalisé sur un seul détecteur et que la puissance de rayonnement est convertie en température grâce à l'émissivité de l'objet connu . En raison des différents objets détectés, des plages de mesure et des occasions d'utilisation, la conception de l'apparence et la structure interne des thermomètres infrarouges sont différentes, mais la structure de base est généralement similaire, comprenant principalement le système optique, le photodétecteur, l'amplificateur de signal et le traitement du signal, la sortie d'affichage et autres les pièces. Rayonnement infrarouge émis par un radiateur. Entrant dans le système optique, le rayonnement infrarouge est modulé en rayonnement alternatif par le modulateur, et converti en un signal électrique correspondant par le détecteur. Le signal traverse l'amplificateur et le circuit de traitement du signal et est converti en la valeur de température de la cible mesurée après avoir été corrigé en fonction de l'algorithme de l'instrument et de l'émissivité cible.
Trois catégories de thermomètres infrarouges :
(1) Thermomètre infrarouge à usage humain : Le thermomètre infrarouge de type frontal est un thermomètre qui utilise le principe de la réception infrarouge pour mesurer le corps humain. Lors de l'utilisation, il vous suffit d'aligner facilement la fenêtre de détection avec le front, et vous pouvez mesurer rapidement et avec précision la température corporelle.
(2) Thermomètre infrarouge industriel : le thermomètre infrarouge industriel mesure la température de surface de l'objet, et son capteur optique rayonne, réfléchit et transmet de l'énergie, puis l'énergie est collectée et focalisée par la sonde, puis l'information est convertie en lecture. affichage par d'autres circuits Sur la machine, la lumière laser équipée de cette machine est plus efficace pour viser l'objet mesuré et améliorer la précision de la mesure.
(3) Thermomètres infrarouges pour l'élevage : les thermomètres infrarouges sans contact pour animaux sont basés sur le principe de Planck, en mesurant avec précision la température de surface corporelle de parties spécifiques de la surface corporelle de l'animal et en corrigeant la différence de température entre la température de surface corporelle et la température réelle. Peut afficher avec précision la température corporelle individuelle de l'animal.
Détermination de la gamme de longueurs d'onde : L'émissivité et les propriétés de surface du matériau cible déterminent la réponse spectrale ou la longueur d'onde du pyromètre. Pour les alliages à haute réflectivité, l'émissivité est faible ou variable. Dans la zone à haute température, la meilleure longueur d'onde pour mesurer les matériaux métalliques est le proche infrarouge, et la longueur d'onde de {{0}}.18-1.0μm peut être sélectionnée. Les autres zones de température peuvent choisir des longueurs d'onde de 1,6 μm, 2,2 μm et 3,9 μm. Étant donné que certains matériaux sont transparents à une certaine longueur d'onde, l'énergie infrarouge pénétrera ces matériaux et une longueur d'onde spéciale doit être sélectionnée pour ce matériau. Par exemple, les longueurs d'onde de 10 μm, 2,2 μm et 3,9 μm sont utilisées pour mesurer la température interne du verre (le verre à tester doit être très épais, sinon il passera) ; la longueur d'onde de 5,0 µm est utilisée pour mesurer la température interne du verre ; ; Un autre exemple consiste à mesurer un film plastique en polyéthylène avec une longueur d'onde de 3,43 μm et du polyester avec une longueur d'onde de 4,3 μm ou 7,9 μm.
Déterminer le temps de réponse : le temps de réponse indique la vitesse de réaction du thermomètre infrarouge au changement de température mesuré, qui est défini comme le temps nécessaire pour atteindre 95 % de l'énergie de la lecture finale, qui est liée à la constante de temps du photodétecteur, circuit de traitement du signal et système d'affichage. Le temps de réponse du nouveau thermomètre infrarouge peut atteindre 1 ms. C'est beaucoup plus rapide que la méthode de mesure de la température par contact. Si la vitesse de déplacement de la cible est très rapide ou lors de la mesure d'une cible à chauffage rapide, un thermomètre infrarouge à réponse rapide doit être sélectionné, sinon la réponse du signal suffisante ne sera pas atteinte et la précision de la mesure sera réduite. Cependant, toutes les applications ne nécessitent pas un thermomètre infrarouge à réponse rapide. Pour les processus thermiques statiques ou cibles où l'inertie thermique existe, le temps de réponse du pyromètre peut être relâché. Par conséquent, le choix du temps de réponse du thermomètre infrarouge doit être adapté à la situation de la cible mesurée.
La résolution optique est déterminée par le rapport D sur S, qui est le rapport de la distance D entre le pyromètre à la cible et le diamètre S de la tache de mesure. Si le thermomètre doit être installé loin de la cible en raison des conditions environnementales et qu'une petite cible doit être mesurée, un thermomètre à haute résolution optique doit être sélectionné. Plus la résolution optique est élevée, c'est-à-dire en augmentant le rapport D:S, plus le coût du pyromètre est élevé.
Détermination de la gamme de longueurs d'onde : L'émissivité et les propriétés de surface du matériau cible déterminent la réponse spectrale ou la longueur d'onde du pyromètre. Pour les alliages à haute réflectivité, l'émissivité est faible ou variable. Dans la zone à haute température, la meilleure longueur d'onde pour mesurer les matériaux métalliques est le proche infrarouge, et la longueur d'onde de {{0}}.18-1.{{10}}μm peut être choisi. Les autres zones de température peuvent choisir des longueurs d'onde de 1,6 μm, 2,2 μm et 3,9 μm. Étant donné que certains matériaux sont transparents à une certaine longueur d'onde, l'énergie infrarouge pénétrera ces matériaux et une longueur d'onde spéciale doit être sélectionnée pour ce matériau. Par exemple, les longueurs d'onde de 1,0 μm, 2,2 μm et 3,9 μm sont utilisées pour mesurer la température interne du verre (le verre à tester doit être très épais, sinon il passera) ; la longueur d'onde de 5,0 μm est utilisée pour mesurer la température interne du verre ; la longueur d'onde de 8-14 μm est utilisée pour les basses mesures Il est conseillé ; un autre exemple consiste à mesurer la longueur d'onde de 3,43 μm pour un film plastique en polyéthylène, et la longueur d'onde de 4,3 μm ou 7,9 μm pour le polyester.
Déterminer le temps de réponse : le temps de réponse indique la vitesse de réaction du thermomètre infrarouge au changement de température mesuré, qui est défini comme le temps nécessaire pour atteindre 95 % de l'énergie de la lecture finale, qui est liée à la constante de temps du photodétecteur, circuit de traitement du signal et système d'affichage. Le temps de réponse du thermomètre infrarouge de marque Guangzhou Hongcheng Hong Kong CEM peut atteindre 1 ms. C'est beaucoup plus rapide que les méthodes de mesure de la température par contact. Si la vitesse de déplacement de la cible est très rapide ou lors de la mesure d'une cible à chauffage rapide, un thermomètre infrarouge à réponse rapide doit être sélectionné, sinon la réponse du signal suffisante ne sera pas atteinte et la précision de la mesure sera réduite. Cependant, toutes les applications ne nécessitent pas un thermomètre infrarouge à réponse rapide. Pour les processus thermiques statiques ou cibles où l'inertie thermique existe, le temps de réponse du pyromètre peut être relâché. Par conséquent, le choix du temps de réponse du thermomètre infrarouge doit être adapté à la situation de la cible mesurée.
Fonction de traitement du signal : la mesure de processus discrets (tels que la production de pièces) est différente des processus continus, ce qui nécessite que les thermomètres infrarouges aient des fonctions de traitement du signal (telles que maintien de crête, maintien de vallée, valeur moyenne). Par exemple, lors de la mesure de la température du verre sur la bande transporteuse, il est nécessaire d'utiliser la valeur de crête à retenir, et le signal de sortie de sa température est envoyé au contrôleur.
Prise en compte des conditions environnementales : les conditions environnementales du thermomètre ont une grande influence sur les résultats de mesure, qui doivent être pris en compte et correctement résolus, sinon cela affectera la précision de la mesure de la température et même endommagera le thermomètre. Lorsque la température ambiante est trop élevée et qu'il y a de la poussière, de la fumée et de la vapeur, vous pouvez choisir la housse de protection, le refroidissement par eau, le système de refroidissement par air, le ventilateur et d'autres accessoires fournis par le fabricant. Ces accessoires peuvent traiter efficacement les influences environnementales et protéger le thermomètre pour une mesure précise de la température. Lors de la spécification des accessoires, un service standardisé doit être demandé autant que possible pour réduire les coûts d'installation. Lorsque la fumée, la poussière ou d'autres particules réduisent le signal d'énergie de mesure, un thermomètre bicolore est le meilleur choix. En cas de bruit, de champ électromagnétique, de vibration ou de conditions environnementales inaccessibles, ou d'autres conditions difficiles, le thermomètre bicolore à fibre optique est le meilleur choix.
Dans les applications avec des matériaux scellés ou dangereux tels que des conteneurs ou des chambres à vide, le pyromètre regarde à travers une fenêtre. Le matériau doit être suffisamment résistant et traverser la gamme de longueurs d'onde de fonctionnement du pyromètre utilisé. Déterminez également si l'opérateur doit également observer à travers la fenêtre, choisissez donc l'emplacement d'installation et le matériau de la fenêtre appropriés pour éviter toute influence mutuelle. Dans les applications de mesure à basse température, les matériaux Ge ou Si sont généralement utilisés comme fenêtres, qui sont opaques à la lumière visible, et l'œil humain ne peut pas observer la cible à travers la fenêtre. Si l'opérateur doit traverser la fenêtre cible, un matériau optique qui transmet à la fois le rayonnement infrarouge et la lumière visible doit être utilisé. Par exemple, un matériau optique qui transmet à la fois le rayonnement infrarouge et la lumière visible doit être utilisé comme matériau de fenêtre, tel que ZnSe ou BaF2.
Fonctionnement simple et utilisation facile : les thermomètres infrarouges doivent être intuitifs, faciles à utiliser et faciles à utiliser par les opérateurs. Parmi eux, les thermomètres infrarouges portables sont petits, légers et transportés par des personnes qui intègrent la mesure de la température et l'affichage de la sortie. Les instruments de mesure de la température peuvent afficher la température et produire diverses informations sur la température sur le panneau d'affichage, et certains peuvent être commandés par une télécommande ou un logiciel informatique.
Dans le cas de conditions environnementales difficiles et compliquées, un système avec une tête de mesure de température et un affichage séparés peut être sélectionné pour une installation et une configuration faciles. La forme de sortie du signal correspondant à l'équipement de contrôle actuel peut être sélectionnée. Étalonnage du thermomètre à rayonnement infrarouge : le thermomètre infrarouge doit être étalonné de manière à pouvoir afficher correctement la température de la cible mesurée. Si la mesure de température du thermomètre utilisé est hors tolérance lors de l'utilisation, il doit être retourné au fabricant ou au centre de réparation pour un réétalonnage.
