Лазерны тэрмометр: прынцып дзеяння. Лазерны дыстанцыйны тэрмометр (фота)

Вымярэнне тэмпературы можа быць кантактным і дыстанцыйным. Найбольш распаўсюджаныя тэрмапары, рэзістарную датчыкі і тэрмометры, якія маюць патрэбу ў судотыку з аб'ектам, т. К. Вымераюць сваю ўласную тэмпературу. Робяць яны гэта павольна, але каштуюць нядорага.

Бескантактавыя датчыкі вымяраюць ІЧ-выпраменьванне аб'екта, даюць хуткі вынік, і звычайна выкарыстоўваюцца для вызначэння тэмпературы рухаюцца і нестацыянарных тэл, якія знаходзяцца ў вакууме і недаступных па прычыне агрэсіўнасці асяроддзя, асаблівасцей формы або пагрозы бяспекі. Кошт такіх прылад адносна высокая, хоць у некаторых выпадках параўнальная з кантактнымі прыборамі.

манахромны тэрмаметрыя

Манахромны спосаб вызначэння сумарнай энергетычнай яркасці выкарыстоўвае зададзеную даўжыню хвалі. Рэалізацыі вар'іруюцца ад ручных зондаў з простым дыстанцыйным вымярэннем да складаных пераносных прылад, якія дазваляюць адначасова назіраць аб'ект і яго тэмпературу з занясеннем паказанняў у памяць прыбора або іх раздрукоўкай. Стацыянарныя датчыкі прадстаўлены як простымі невялікімі дэтэктарамі з выдаленым размяшчэннем электронікі, так і высокатрывалымі прыладамі з дыстанцыйным PID-кіраваннем. Валаконная оптыка, лазернае прыцэльвання, вадзяное астуджэнне, наяўнасць дысплея і сканара - апцыянальныя варыянты маніторынгу тэхналагічных працэсаў і сістэм кіравання.

Канфігурацыя, спектральная фільтраванне, дыяпазон рабочых тэмператур, оптыка, час водгуку і яркасць аб'екта з'яўляюцца важнымі элементамі, якія ўплываюць на прадукцыйнасць і павінны быць старанна разгледжаны ў працэсе адбору.

Датчык можа быць як простым двухпроводным, так і складаным зносаўстойлівае высокачуллівая прыладай.

Выбар спектральнага водгуку і дыяпазону працоўных тэмператур звязаны з канкрэтнымі задачамі вымярэння. Кароткія даўжыні хваль прызначаныя для высокіх тэмператур і доўгія - для нізкіх. Калі аб'екты празрыстыя, напрыклад, пластмасы і шкла, то неабходная узковолновая фільтраванне. Паласа паглынання CH поліэтыленавай плёнкі роўная 3,43 мкм. Вылучэнне спектру ў гэтым дыяпазоне спрашчае вылічэнне каэфіцыента выпраменьвання. Сапраўды гэтак жа стеклоподобные матэрыялы становяцца непразрыстымі пры даўжыні хвалі 4,6 мкм, што дазваляе дакладна вызначыць тэмпературу паверхні шкла. Вобласць выпраменьвання 1-4 мкм дае магчымасць вырабляць замер праз назіральныя адтуліны вакуумных і баракамеры. Альтэрнатыўны варыянт - выкарыстанне валаконна-аптычнага кабеля.

Оптыка і час водгуку ў большасці выпадкаў неістотныя, так як поле зроку памерам 3 см на адлегласці 50 гл і час водгуку менш за 1 з з'яўляецца дастатковым. Для невялікага ці хутка які перамяшчаецца перарывістага аб'екта ўзнікае неабходнасць у невялікай (3 мм у дыяметры) ці яшчэ меншым (0,75 мм) пляме вымярэнняў. Далёкае прыцэльвання (3-300 м) патрабуе аптычнага рэгулявання, так як стандартнае поле зроку прыбора становіцца занадта вялікім. У некаторых выпадках для гэтага выкарыстоўваецца метад дзвюххвалевы радыёметраў. Оптавалакно дазваляе дыстанцаваць электроніку ад агрэсіўных асяроддзяў, ліквідаваць ўплыў перашкод і вырашыць праблему доступу.

Лазерны тэрмометр у асноўным мае рэгуляваныя ў дыяпазоне 0,2-5,0 з час адказу. Хуткі водгук можа павысіць ўзровень шуму сігналу, а павольны ўплывае на адчувальнасць. Пры індукцыйную нагрэве неабходная імгненная рэакцыя, а для канвеера - больш павольны водгук.

Манахромны ВК-тэрмаметрыя простая і выкарыстоўваецца ў выпадках, калі для стварэння высакаякаснай прадукцыі кантроль тэмпературы вельмі важны.

дзвюххвалевы тэрмаметрыя

Для больш складаных задач, дзе абсалютная дакладнасць вымярэнняў мае вырашальнае значэнне, і дзе прадукт падвяргаецца фізічнаму або хімічнага ўздзеяння, ужываецца двух-і многоволновая радиотермометрия. Канцэпцыя з'явілася ў пачатку 1950-х гадоў, а апошнія змены ў канструкцыі і апаратным забеспячэнні павысілі яе прадукцыйнасць і знізілі сабекошт.

Метад заключаецца ў вымярэнні спектральнай шчыльнасці энергіі на двух розных даўжынях хваль. Тэмпература аб'екта можа быць лічана непасрэдна з прыбора, калі выпраменьвальная здольнасць аднолькавая для кожнай даўжыні хвалі. Паказанні будуць вернымі, нават калі поле зроку часткова перакрыты адносна халоднымі матэрыяламі, такімі як пыл, драцяныя экраны, і шэрыя напаўпразрыстыя акна. Тэорыя метаду простая. Калі энергетычная яркасць абодвух даўжынь хваляў аднолькавая (для шэрага цела), то каэфіцыент выпраменьвання скарачаецца і стаўленне становіцца прапарцыйным тэмпературы.

Дзвюххвалевы лазерны тэрмометр ўжываецца ў прамысловасці і навуковых даследаваннях як просты, унікальны датчык, здольны скараціць памылку вымярэння.

Акрамя таго, створаны многоволновые тэрмометры для матэрыялаў, якія не з'яўляюцца шэрымі целамі, каэфіцыент паглынання якіх змяняецца з даўжынёй хвалі. У гэтых выпадках неабходны падрабязны аналіз паверхневых характарыстык матэрыялу ў дачыненні да ўзаемасувязі гэтага каэфіцыента, даўжыні хвалі, тэмпературы і хімічнага складу паверхні. Пры наяўнасці гэтых дадзеных можна стварыць алгарытмы разліку залежнасці спектральнага выпраменьвання на розных даўжынях хваль ад тэмпературы.

правілы ацэнкі

Для ацэнкі дакладнасці вымярэнняў карыстальнік павінен ведаць наступнае:

• ВК-датчыкі па сваёй прыродзе колеру не адрозніваюць.
• Калі паверхня бліскучая, то прыбор ўсталюе не толькі выпускае, але і адлюстраваны энергію.
• Калі аб'ект празрысты, неабходная ВК-фільтраванне (напрыклад, шкло непразрыста пры 5 мкм).
• У дзевяці з дзесяці выпадкаў абсалютна дакладнае вымярэнне не патрабуецца. Паўторнае зняцце паказанняў і адсутнасць зрушэння забяспечаць неабходную дакладнасць. Калі энергетычная яркасць змяняецца і апрацоўка дадзеных абцяжараная, варта спыніцца на двух-і многоволновой радыёметраў.

элементы канструкцыі

Тэрмометр лазерны бескантактавы працуе па прынцыпе: ВК-энергія на ўваходзе ў і сігнал на выхадзе. Базавая ланцуг прылады складаецца з якая збірае оптыкі, лінзаў, спектральных фільтраў, і дэтэктары ў якасці вонкавага інтэрфейсу. Дынамічная апрацоўка ажыццяўляецца па-рознаму, але яе можна звесці да ўзмацнення, тэрмічнай стабілізацыі, линеаризации і пераўтварэнню сігналу. Звычайнае аконнае шкло выкарыстоўваецца пры караткахвалевым выпраменьванні, кварц для сярэдніх частот, і германій або сульфід цынку для дыяпазону 8-14 мкм, оптавалакно - пры даўжынях хваль 0,5-5,0 мкм.

поле зроку

Лазерны дыстанцыйны тэрмометр характарызуецца полем гледжання (ПЗ) - памерам плямы кантролю тэмпературы на зададзеным адлегласці. Змена дыяметра поля гледжання прама прапарцыйна змене дыстанцыі паміж тэрмометрам і аб'ектам вымярэння. Яго значэнне залежыць ад вытворцы і ўплывае на кошт прыбора. Існуюць мадэлі з ПЗ менш за 1 мм для кропкавых вымярэнняў і з оптыкай далёкага дзеяння (7 см на выдаленні 9 м). Працоўнае адлегласць не ўплывае на дакладнасць паказанняў, калі аб'ект запаўняе ўсё пляма вымярэння. Пры гэтым максімальная страта сігналу не павінна перавышаць 1%.

прыцэльвання

Звычайныя ВК-тэрмометры вырабляюць замеры без дадатковых прыстасаванняў. Гэта дапушчальна для працы з аб'ектамі вялікага памеру, напрыклад, папяровым палатном, дзе кропкавая дакладнасць не патрабуецца. Для невялікіх або выдаленых аб'ектаў выкарыстоўваецца прамень лазера. Створана некалькі варыянтаў лазернага прыцэльвання.

1. Прамень са зрушэннем ад аптычнай восі. Найпростая мадэль ўжываецца ў прыладах з нізкім дазволам для вялікіх аб'ектаў, т. К. Зблізку адхіленне занадта вялікая.
2. Кааксіяльны прамень. Не адхіляецца ад аптычнай восі. Цэнтр вымяральнага плямы дакладна ўказваецца на любой адлегласці.
3. Двайны лазер. Дыяметр плямы маркіруецца двума кропкамі, што пазбаўляе ад неабходнасці адгадваць або разлічваць дыяметр і не вядзе да памылак.
4. Кругавой паказальнік са зрушэннем. Паказвае поле зроку, яго памер і знешнюю мяжу.
5. 3-кропкавы кааксіяльны паказальнік. Прамень падзяляецца на тры яркія кропкі, размешчаныя на адной лініі. Сярэдняя кропка пазначае цэнтр плямы, а знешнія адзначаюць яго дыяметр.

Прыцэльвання аказвае эфектыўную дапамогу пры накіраванні тэрмометра дакладна на аб'ект вымярэння.

фільтры

У тэрмометрах выкарыстоўваюцца караткахвалевыя фільтры для высокатэмпературных вымярэнняў (> 500 ° C) і даўгахвалевыя фільтры для нізкіх тэмператур (-40 ° С). Крамянёвыя дэтэктары, напрыклад, стойкі да награвання, а невялікая даўжыня хвалі зніжае хібнасць вымярэння. Іншыя селектыўныя фільтры выкарыстоўваюцца для пластыкавай плёнкі (3,43 мкм і 7,9 мкм), шкла (5,1 мкм) і полымя (3,8 мкм).

датчыкі

Большасць датчыкаў альбо фотаэлектрычныя, генеравальныя напружанне пры ўздзеянні ВК-выпраменьвання, або фотопроводящие, т. Е. Якія змяняюць сваё супраціву пад дзеяннем энергіі крыніцы. Яны хуткія, высокачуллівыя, валодаюць прымальным тэмпературным дрэйфам, які можа быць пераадолены, напрыклад, термисторной схемай тэмпературнай кампенсацыі, аўтаматычнай нуль-схемай, абмежаваннем амплітуды і ізатэрмічны абаронай.

У ланцугі ВК-тэрмометра выходны сігнал дэтэктара парадку 100-1000 мкв падвяргаецца Тысячакрат ўзмацненню, рэгулюецца, линеаризируется, і, у выніку, уяўляе сабой лінейны сігнал току або напружання. Яго аптымальнае значэнне 4-20 ма, што мінімізуе знешнія перашкоды. Гэты сігнал можа быць пададзены на порт RS-232 або на ПІД-рэгулятар, аддалены дысплей або запісвае прылада. Іншыя варыянты выкарыстання сігналу:

• ўключэнне / выключэнне сігналізацыі;
• ўтрыманне пікавага значэння;
• рэгуляваныя час водгуку;
• у схеме выбаркі і захоўвання.

хуткадзейнасць

Інфрачырвоны лазерны тэрмометр у сярэднім валодае часам водгуку парадку 300 мс, хоць пры выкарыстанні крамянёвых дэтэктараў можна дасягнуць значэння 10 мс. У многіх інструментах час водгуку змяняецца для таго, каб демпфировать які ўваходзіць шум і рэгуляваць іх адчувальнасць. Не заўсёды неабходна мінімальны час водгуку. Напрыклад, пры індукцыйную нагрэве час павінна быць у дыяпазоне 10-50 мс.

Характарыстыкі лазерных тэрмометраў

Etekcity Lasergrip 630 - інфрачырвоны 2-лазерны тэрмометр, цана $ 35,99. характарыстыкі:

• дыяпазон тэмператур -50 ... 580 ° C;
• дакладнасць +/- 2%;
• стаўленне адлегласці да памеру плямы 16: 1;
• выпраменьвальная здольнасць 0,1 - 1,0;
• час водгуку <500 мс;
• дазвол 1 ° C.

Лазерны тэрмометр (фота) таксама інфармуе аб найбольшай, найменшай і сярэдняй тэмпературы. Вымяральнае пляма зрушана на 2 гл ніжэй пункту прыцэльвання. Лазернае навядзенне найбольш дакладна ў месцы скрыжавання прамянёў (36 см).

Amprobe IR-710 - інфрачырвоны лазерны тэрмометр, цана $ 49,95. характарыстыкі:

• дыяпазон тэмператур -50 ... 538 ° C;
• мінімальны памер плямы 20 мм;
• дакладнасць +/- 2%;
• стаўленне адлегласці да памеру плямы 12: 1;
• выпраменьвальная здольнасць 0,95;
• час водгуку 500 мс;
• дазвол 1 ° C.

Дадзены лазерны тэрмометр (фота), акрамя бягучай тэмпературы, таксама індыцыруецца яе мінімальнае і максімальнае значэння.