Lāzera termometrs: darbības princips. Lāzera tālvadības termometrs (foto)

Temperatūras mērīšana var būt kontakts un tālvadība. Visbiežāk sastopamie termopāri, rezistoru sensori un termometri, kuriem jāsazinās ar objektu, jo tie mēra savu temperatūru. Viņi to dara lēni, bet tie ir lēti.

Bezkontakta sensori mēra objekta IR starojumu, sniedz ātru rezultātu un parasti tiek izmantoti kustīgu un nestabilu ķermeņu temperatūras noteikšanai vakuumā un nepieejami vides, agresivitātes, formas vai drošības apdraudējuma dēļ. Šādu ierīču cena ir salīdzinoši augsta, lai gan dažos gadījumos tā ir salīdzināma ar kontaktierīcēm.

Vienkrāsains termometrs

Vienkrāsainā metode kopējās enerģijas spilgtuma noteikšanai izmanto noteiktu viļņu garumu. Īstenošana ir no rokas ar zondēm ar vienkāršu attālinātu mērījumu līdz sarežģītām pārnēsājamām ierīcēm, kas ļauj vienlaikus novērot objektu un tā temperatūru, ierakstot rādījumus ierīces atmiņā vai to drukāšanu. Stacionārie sensori tiek parādīti kā vienkāršs mazs detektors ar tālvadības elektronikas atrašanās vietu un augstas stiprības ierīces ar tālvadības PID kontroli. Šķiedru optika, lāzera novērošana, ūdens dzesēšana, displeja un skenera klātbūtne ir neobligātās iespējas tehnoloģisko procesu un kontroles sistēmu uzraudzībai.

Konfigurācija, spektrālā filtrēšana, darbības temperatūras diapazons, optika, reakcijas laiks un objekta spilgtums ir svarīgi elementi, kas ietekmē veiktspēju, un tas rūpīgi jāizskata atlases laikā.

Sensors var būt vai nu vienkārša divu vadu, vai arī kompleksa nodilumizturīga augstas jutības ierīce.

Spektrālās atbildes un darbības temperatūras diapazona izvēle ir saistīta ar īpašajiem mērīšanas uzdevumiem. Īsi viļņu garumi ir paredzēti augstām temperatūrām un garām zemām temperatūrām. Ja objekti ir caurspīdīgi, piemēram, plastmasa un stikls, tad ir nepieciešams šaurlaidīgu filtrāciju. CH polietilēna plēves absorbcijas josla ir 3,43 mikroni. Spektra izvēle šajā diapazonā vienkāršo radiācijas koeficienta aprēķināšanu. Tādā pašā veidā stikla līdzīgi materiāli kļūst necaurspīdīgi ar viļņa garumu 4,6 μm, kas ļauj precīzi noteikt stikla virsmas temperatūru. Radiācijas diapazons 1-4 μm ļauj izmērīt caur vakuuma un spiediena kameru pārbaudes caurumiem. Alternatīva ir izmantot optisko šķiedru kabeļus.

Optika un reakcijas laiks vairumā gadījumu nav svarīgi, jo pietiek ar 3 cm atstarpi 50 cm attālumā un reakcijas laiku ir mazāks par 1 s. Mazam vai ātri pārvietojamam intermitējošam objektam ir nepieciešams neliels (3 mm diametrs) vai pat mazāks (0,75 mm) mērīšanas vietas. Liela attāluma mērīšana (3-300 m) prasa optisko vadību, jo instrumenta standarta redzamības lauka kļūst pārāk liela. Dažos gadījumos šim nolūkam izmanto divu viļņu radiometrijas metodi. Šķiedru optika ļauj attālināt elektroniku no korozīvām vidēm, novērš traucējumu radītās sekas un atrisina piekļuves problēmu.

Lāzera termometram pamatā ir regulējams reakcijas laiks diapazonā no 0,2 līdz 5,0 s. Ātra reakcija var palielināt signāla trokšņa līmeni, bet lēns tas ietekmē jutīgumu. Kad indukcijas apkure prasa tūlītēju reakciju, un konveijers - lēnāka reakcija.

Vienkrāsains IR termometrs ir vienkāršs un tiek lietots gadījumos, kad temperatūras kontrole ir ārkārtīgi svarīga, lai izveidotu augstas kvalitātes produktus.

Divu viļņu temperatūra

Sarežģītākām problēmām, kurās mērījumu absolūtā precizitāte ir izšķiroša nozīme un kur produkts tiek pakļauts fiziskai vai ķīmiskai iedarbībai, tiek izmantota divu un daudzu viļņu radiotermetometrija. Koncepcija parādījās 1950. gadu sākumā, un jaunākās izmaiņas dizaina un aparatūras jomā ir palielinājušas produktivitāti un samazināja izmaksas.

Metode sastāv no spektrālo enerģijas blīvuma mērīšanas divos dažādos viļņu garumos. Objekta temperatūru var nolasīt tieši no instrumenta, ja katrai viļņu garumam izstarojums ir vienāds. Rādītāji būs pareizi, pat ja redzes lauku daļēji bloķē samērā aukstā materiāli, piemēram, putekļi, stiepļu ekrāni un pelēkie caurspīdīgi logi. Metodes teorija ir vienkārša. Ja abu viļņu garuma spilgtums ir vienāds (pelēkā korpusā), tad starojuma koeficients tiek samazināts, un attiecība kļūst proporcionāla temperatūrai.

Divu viļņu garuma lāzera termometrs rūpniecībā un zinātniskos pētījumos tiek izmantots kā vienkāršs, unikāls sensors, kas spēj samazināt mērījumu kļūdu.

Papildus tam ir izstrādāti vairāku viļņu termometri materiāliem, kas nav pelēkas virsmas, kuru absorbcijas koeficients atšķiras no viļņu garuma. Šajos gadījumos ir nepieciešama detalizēta materiāla virsmas īpašību analīze attiecībā uz šī koeficienta attiecību, virsmas viļņu garumu, temperatūru un ķīmisko sastāvu. Šo datu klātbūtnē ir iespējams izveidot algoritmus, lai aprēķinātu spektrālās radiācijas atkarību no dažādiem viļņu garumiem uz temperatūru.

Novērtēšanas noteikumi

Lai novērtētu mērījumu precizitāti, lietotājam būtu jāzina:

• IR-sensori pēc to dabiskās krāsas neatšķir.
• Ja virsma ir spīdīga, tad ierīce iestatīs ne tikai izstaroto, bet arī atspoguļoto enerģiju.
• Ja objekts ir caurspīdīgs, nepieciešams IR filtrēšana (piemēram, stikls ir necaurspīdīgs 5 μm).
• Deviņās no desmit gadījumiem absolūti precīzs mērījums nav vajadzīgs. Atkārtota rādījumu nolasīšana un neobjektivitātes trūkums nodrošinās nepieciešamo precizitāti. Kad mainās enerģijas spilgtums un datu apstrāde ir sarežģīta, mums ir jādomā par divu un daudzu viļņu radiometriju.

Būvniecības elementi

Bezkontakta lāzera termometrs darbojas pēc principa: infrasarkano staru enerģija pie ieejas un izejas signāla. Ierīces pamata shēma sastāv no optikas, lēcu, spektrālo filtru savākšanas un detektora kā ārējas saskarnes. Dinamiskā apstrāde tiek veikta dažādos veidos, bet to var samazināt līdz pastiprināšanai, termo stabilizācijai, linearizācijai un signāla pārveidošanai. Tradicionālo logu stiklu izmanto īsviļņu starojumam, kvarca vidējai frekvencei un germānim vai cinka sulfīdam 8-14 mikronu diapazonā, optisko šķiedru viļņu garums ir 0,5-5,0 mikroni.

Skatījuma lauks

Lāzera tālvadības termometru raksturo skatījuma lauks (PP) - temperatūras kontrolpunkta izmērs noteiktā attālumā. Skata lauka diametra izmaiņas ir tieši proporcionālas izmaiņām attālumā starp termometru un mērīšanas objektu. Tās vērtība ir atkarīga no ražotāja un ietekmē ierīces cenu. Ir modeļi ar PZ, kas ir mazāki par 1 mm punktu mērījumiem un liela attāluma optiku (7 cm attālumā 9 m). Darba attālums neietekmē rādījumu precizitāti, ja objekts aizpilda visu mērījumu vietas. Maksimālais signāla zudums nedrīkst pārsniegt 1%.

Mērķis

Parastie IR termometri rada mērījumus bez papildu ierīcēm. Tas ir pieļaujams darbam ar lieliem priekšmetiem, piemēram, papīra salveti, kur nav nepieciešama precīza precizitāte. Maziem vai attāliem objektiem izmanto lāzera staru. Ir izveidotas vairākas lāzera mērķauditorijas atlases iespējas.

1. Sija ar pāreju no optiskās ass. Vienkāršākais modelis tiek izmantots zemas izšķirtspējas ierīcēm lieliem objektiem, jo novirze ir pārāk liela.
2. Koaksiālais staru kūlis. Neatšķiras no optiskās ass. Vietas centrs ir precīzi norādīts jebkurā attālumā.
3. Dubultais lāzers. Vietas diametrs ir atzīmēts ar diviem punktiem, kas novērš vajadzību uzminēt vai aprēķināt diametru un nerada kļūdas.
4. Apļveida rādītājs ar nobīdi. Parāda skatījuma lauku, tā lielumu un ārējo malu.
5. 3 punktu koaksiālais rādītājs. Sija ir sadalīta trijos gaišajos punktos, kas atrodas vienā līnijā. Viduspunkts norāda vietas centru, bet ārējais punkts norāda tā diametru.

Mērķis nodrošina efektīvu palīdzību, ja termometrs tiek tieši novirzīts mērīšanas objektam.

Filtri

Termometri izmanto zemu temperatūru (-40 ° C) augstfrekvences mērījumus (> 500 ° C) un garu viļņu garu filtrus. Piemēram, silikona detektori ir izturīgi pret siltumu, un īss viļņa garums samazina mērījumu kļūdu. Citus selektīvos filtrus izmanto plastmasas plēvēm (3,43 μm un 7,9 μm), stiklu (5,1 μm) un liesmu (3,8 μm).

Sensori

Lielākā daļa sensoru ir vai nu fotoelektriska, radot spriegumu, ja pakļauti infrasarkanā starojuma iedarbībai, vai fotokonduktīvi, tas ir, mainot to pretestību enerģijas avota iedarbībā. Tās ir ātras, ļoti jutīgas, tām ir pieļaujama temperatūras novirze, ko var pārvarēt, piemēram, temperatūras kompensācijas termistora shēma, automātiska nulles kontūra, amplitūdas ierobežošana un izotermiska aizsardzība.

In IR termometra shēmā detektora izejas signāls ar 100-1000 μV secību tiek veikts tūkstošdaļainā amplifikācijā, tiek regulēts, linearizēts un tādējādi ir lineārais strāvas vai sprieguma signāls. Tās optimālā vērtība ir 4-20 mA, kas samazina ārējos traucējumus. Šo signālu var nosūtīt uz RS-232 portu vai uz PID kontrolieri, tālvadības displeju vai ierakstīšanas ierīci. Citi signāla lietojumi:

• Ieslēgšanas / izslēgšanas signāls;
• Maksimālās vērtības turēšana;
• Regulējams reakcijas laiks;
• Paraugu ņemšanas un uzglabāšanas shēmā.

Ātrums

Infrasarkanā lāzera termometram vidēji ir reakcijas laiks apmēram 300 ms, lai gan silikona detektoru izmantošana var sasniegt 10 ms. Daudzos instrumentos reakcijas laiks mainās, lai mitrinātu ienākošo troksni un regulētu to jutību. Ne vienmēr ir nepieciešams minimālais reakcijas laiks. Piemēram, ar indukcijas uzsildīšanu laiks ir 10-50 ms.

Lāzera termometru raksturojums

Etekcity Lasergrip 630 ir infrasarkanais 2-lāzera termometrs, cena ir 35,99 ASV dolāri. Produkta apraksts:

• Temperatūras diapazons -50 ... +580 ° C;
• Precizitāte +/- 2%;
• Attāluma attiecība pret vietas lielumu 16: 1;
• Emisijas 0,1 - 1,0;
• Reakcijas laiks <500 ms;
• Izšķirtspēja 1 ° C.

Lāzera termometrs (foto) arī informē par lielāko, mazāko un vidējo temperatūru. Mērīšanas vieta ir pārvietota 2 cm zem mērķa punkta. Lāzera vadība visprecīzākā ir staru krustojumā (36 cm).

Amprobe IR-710 ir infrasarkanais lāzera termometrs, kura cena ir 49,95 ASV dolāri. Produkta apraksts:

• Temperatūras diapazons -50 ... +538 ° C;
• Minimālais starplikas izmērs ir 20 mm;
• Precizitāte +/- 2%;
• Attāluma līdz vietas izmēru attiecība ir 12: 1;
• Emisijas koeficients: 0,95;
• Reakcijas laiks 500 ms;
• Izšķirtspēja 1 ° C.

Šis lāzera termometrs (foto) papildus pašreizējai temperatūrai norāda arī tā minimālās un maksimālās vērtības.