इन्फ्रारेड थर्मामीटर का सैद्धांतिक सिद्धांत और अनुप्रयोग
तापमान मापने के कई तरीके हैं। थर्मामीटर को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: संपर्क तापमान मापने वाले उपकरण और गैर-संपर्क तापमान मापने वाले उपकरण। संपर्क प्रकार में परिचित तरल थर्मामीटर, थर्मोकपल थर्मामीटर और थर्मल प्रतिरोध थर्मामीटर आदि शामिल हैं। जैसा कि हम सभी जानते हैं, तापमान हीटिंग, गैस आपूर्ति, वेंटिलेशन और एयर कंडीशनिंग सिस्टम में सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों में से एक है। विशेष रूप से थर्मल इंजीनियरिंग माप की प्रक्रिया में, तापमान की सटीकता अक्सर प्रयोग की सफलता या विफलता की कुंजी होती है। इसलिए, इंजीनियरिंग में उच्च सटीकता वाला तापमान मापने वाला उपकरण आवश्यक है। इसलिए, यह लेख तापमान माप उपकरणों में इन्फ्रारेड थर्मामीटर के कुछ सिद्धांतों और अनुप्रयोगों का परिचय देता है।
अवरक्त तापमान माप का सैद्धांतिक सिद्धांत:
प्रकृति में, जब किसी वस्तु का तापमान परम शून्य से अधिक होता है, तो आंतरिक तापीय गति के अस्तित्व के कारण, यह लगातार परिवेश में विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित करेगा, जिसमें 0.75µm~ के तरंगबैंड के साथ अवरक्त किरणें भी शामिल हैं। 100µm. इसकी विशेषता यह है कि किसी दिए गए तापमान और तरंग दैर्ध्य पर, किसी वस्तु द्वारा उत्सर्जित उज्ज्वल ऊर्जा का मूल्य अधिकतम होता है। इस प्रकार की सामग्री को ब्लैक बॉडी कहा जाता है, और इसका प्रतिबिंब गुणांक 1 पर सेट होता है। अन्य सामग्रियों का प्रतिबिंब गुणांक 1 से कम होता है, इसे ग्रे बॉडी कहा जाता है, क्योंकि ब्लैक बॉडी की वर्णक्रमीय विकिरण शक्ति P(λT) होती है और अधिकतम तापमान T प्लैंक के निर्धारण को संतुष्ट करता है। यह दर्शाता है कि अधिकतम तापमान T पर, तरंग दैर्ध्य λ पर प्रति इकाई क्षेत्र में काले शरीर की विकिरण शक्ति P(λT) है।
जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, वस्तु की दीप्तिमान ऊर्जा मजबूत होती जाती है। यह अवरक्त विकिरण सिद्धांत का प्रारंभिक बिंदु और एकल-बैंड अवरक्त थर्मामीटर का डिज़ाइन आधार है।
जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, विकिरण शिखर लघु-तरंग दिशा (बाईं ओर) की ओर बढ़ता है, और यह वियन विस्थापन प्रमेय को संतुष्ट करता है, शिखर पर तरंग दैर्ध्य अधिकतम तापमान टी के व्युत्क्रमानुपाती होता है, और बिंदीदार रेखा रेखा होती है शिखर को जोड़ना. यह सूत्र हमें बताता है कि क्यों उच्च तापमान वाले थर्मामीटर ज्यादातर छोटी तरंगों पर काम करते हैं, और कम तापमान वाले थर्मामीटर ज्यादातर लंबी तरंगों पर काम करते हैं।
तापमान के साथ दीप्तिमान ऊर्जा के परिवर्तन की दर लंबी-तरंग की तुलना में लघु-तरंग पर अधिक होती है, अर्थात, लघु-तरंग पर काम करने वाले थर्मामीटर में अपेक्षाकृत उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात (उच्च संवेदनशीलता) और मजबूत होता है विरोधी हस्तक्षेप. थर्मामीटर को चरम तरंग दैर्ध्य पर काम करने का चयन करने का प्रयास करना चाहिए। विशेष रूप से कम तापमान और छोटे लक्ष्यों के मामले में, यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।
दो: इन्फ्रारेड थर्मामीटर ऑप्टिकल सिस्टम, फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर, सिग्नल एम्पलीफायर, सिग्नल प्रोसेसिंग, डिस्प्ले आउटपुट और अन्य भागों से बना है। मापी गई वस्तु और फीडबैक स्रोत से विकिरण को मॉड्यूलेटर द्वारा संशोधित किया जाता है और फिर इन्फ्रारेड डिटेक्टर में इनपुट किया जाता है। दो संकेतों के बीच का अंतर एंटी-एम्प्लीफायर द्वारा बढ़ाया जाता है और फीडबैक स्रोत के तापमान को नियंत्रित करता है, ताकि फीडबैक स्रोत की वर्णक्रमीय चमक वस्तु के समान हो। डिस्प्ले मापी गई वस्तु के चमक तापमान को इंगित करता है
प्रदर्शन संकेतक और तीन इन्फ्रारेड थर्मामीटर का चयन:
इन्फ्रारेड थर्मामीटर के प्रदर्शन संकेतकों में शामिल हैं: तापमान माप सीमा, प्रदर्शन रिज़ॉल्यूशन, सटीकता, कार्य वातावरण तापमान सीमा, दोहराव, सापेक्ष आर्द्रता, प्रतिक्रिया समय, बिजली आपूर्ति, प्रतिक्रिया स्पेक्ट्रम, आकार, अधिकतम मूल्य प्रदर्शन, वजन, उत्सर्जन, आदि। ध्यान दें चयन करते समय निम्नलिखित का पालन करें:
1. तापमान माप सीमा निर्धारित करें: तापमान माप सीमा थर्मामीटर का सबसे महत्वपूर्ण प्रदर्शन सूचकांक है। प्रत्येक प्रकार के थर्मामीटर की अपनी विशिष्ट तापमान सीमा होती है। इसलिए, उपयोगकर्ता की मापी गई तापमान सीमा को सटीक और व्यापक रूप से माना जाना चाहिए, न तो बहुत संकीर्ण और न ही बहुत व्यापक। कृष्णिका विकिरण के नियम के अनुसार, स्पेक्ट्रम के लघु तरंग दैर्ध्य बैंड में, तापमान के कारण होने वाली दीप्तिमान ऊर्जा में परिवर्तन उत्सर्जन त्रुटि के कारण होने वाली दीप्तिमान ऊर्जा में परिवर्तन से अधिक होगा।
2 लक्ष्य आकार निर्धारित करें: इन्फ्रारेड थर्मामीटर को सिद्धांत के अनुसार एकल-रंग थर्मामीटर और दो-रंग थर्मामीटर (विकिरण वर्णमिति थर्मामीटर) में विभाजित किया जा सकता है। एक मोनोक्रोमैटिक थर्मामीटर के लिए, तापमान मापते समय, मापे जाने वाले लक्ष्य का क्षेत्र थर्मामीटर के दृश्य क्षेत्र को भरना चाहिए। यह अनुशंसा की जाती है कि मापा गया लक्ष्य आकार दृश्य क्षेत्र के 50 प्रतिशत से अधिक हो। यदि लक्ष्य का आकार देखने के क्षेत्र से छोटा है, तो पृष्ठभूमि विकिरण ऊर्जा थर्मामीटर के दृश्य और ध्वनिक प्रतीकों में प्रवेश करेगी और तापमान माप रीडिंग में हस्तक्षेप करेगी, जिससे त्रुटियां होंगी। इसके विपरीत, यदि लक्ष्य पायरोमीटर के दृश्य क्षेत्र से बड़ा है, तो पायरोमीटर माप क्षेत्र के बाहर की पृष्ठभूमि से प्रभावित नहीं होगा। दो-रंग वाले पाइरोमीटर के लिए, तापमान दो स्वतंत्र तरंग दैर्ध्य बैंड में उज्ज्वल ऊर्जा के अनुपात से निर्धारित होता है। इसलिए, जब मापा जाने वाला लक्ष्य छोटा है, दृश्य क्षेत्र नहीं भरता है, और माप पथ पर धुआं, धूल और बाधाएं हैं, जो विकिरण ऊर्जा को क्षीण करती हैं, तो इसका माप परिणामों पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं पड़ेगा। . छोटे और गतिशील या कंपन करने वाले लक्ष्यों के लिए, दो-रंग वाला थर्मामीटर सबसे अच्छा विकल्प है। यह प्रकाश किरणों के छोटे व्यास और घुमावदार, अवरुद्ध और मुड़े हुए चैनलों पर प्रकाश उज्ज्वल ऊर्जा को स्थानांतरित करने के उनके लचीलेपन के कारण है।
3 दूरी गुणांक (ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन) निर्धारित करें: दूरी गुणांक डी: एस के अनुपात से निर्धारित होता है, यानी, थर्मामीटर की जांच से लक्ष्य और मापा लक्ष्य के व्यास के बीच की दूरी डी का अनुपात। यदि पर्यावरणीय परिस्थितियों के कारण थर्मामीटर को लक्ष्य से बहुत दूर स्थापित किया जाना चाहिए, और एक छोटे लक्ष्य को मापा जाना चाहिए, तो उच्च ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन वाले थर्मामीटर का चयन किया जाना चाहिए। ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन जितना अधिक होगा, यानी डी: एस अनुपात बढ़ेगा, पायरोमीटर की लागत उतनी ही अधिक होगी। यदि थर्मामीटर लक्ष्य से बहुत दूर है और लक्ष्य छोटा है, तो उच्च दूरी गुणांक वाले थर्मामीटर का चयन करना चाहिए। एक निश्चित फोकल लंबाई वाले पाइरोमीटर के लिए, ऑप्टिकल सिस्टम का फोकल बिंदु स्पॉट की सबसे छोटी स्थिति है, और फोकल पॉइंट के निकट और दूर का स्पॉट बढ़ जाएगा। दूरी के दो कारक हैं।
4. तरंग दैर्ध्य सीमा निर्धारित करें: लक्ष्य सामग्री की उत्सर्जनता और सतह की विशेषताएं पाइरोमीटर स्पेक्ट्रम की संबंधित तरंग दैर्ध्य निर्धारित करती हैं। उच्च परावर्तनशीलता मिश्र धातु सामग्री के लिए, कम या परिवर्तनशील उत्सर्जन होता है। उच्च तापमान वाले क्षेत्र में, धातु सामग्री को मापने के लिए सबसे अच्छी तरंग दैर्ध्य निकट-अवरक्त है, और 0.8-1.0 μm का चयन किया जा सकता है। अन्य तापमान क्षेत्र 1.6μm, 2.2μm और 3.9μm चुन सकते हैं। चूँकि कुछ सामग्रियाँ एक निश्चित तरंग दैर्ध्य पर पारदर्शी होती हैं, अवरक्त ऊर्जा इन सामग्रियों में प्रवेश करेगी, और इस सामग्री के लिए एक विशेष तरंग दैर्ध्य का चयन किया जाना चाहिए।
5 प्रतिक्रिया समय निर्धारित करें: प्रतिक्रिया समय मापा तापमान परिवर्तन के लिए अवरक्त थर्मामीटर की प्रतिक्रिया गति को इंगित करता है, जिसे अंतिम रीडिंग की 95 प्रतिशत ऊर्जा तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय के रूप में परिभाषित किया गया है, और यह समय स्थिरांक से संबंधित है फोटोडिटेक्टर, सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट और डिस्प्ले सिस्टम से संबंधित। यदि लक्ष्य की गति बहुत तेज़ है या तेज़-ताप लक्ष्य को मापते समय, तेज़-प्रतिक्रिया वाले इन्फ्रारेड थर्मामीटर का चयन किया जाना चाहिए, अन्यथा पर्याप्त सिग्नल प्रतिक्रिया प्राप्त नहीं होगी, और माप सटीकता कम हो जाएगी। हालाँकि, सभी अनुप्रयोगों को तेज़-प्रतिक्रिया वाले इन्फ्रारेड थर्मामीटर की आवश्यकता नहीं होती है। थर्मल जड़ता के साथ स्थिर या लक्ष्य थर्मल प्रक्रियाओं के लिए, पायरोमीटर के प्रतिक्रिया समय में ढील दी जा सकती है।
6. सिग्नल प्रोसेसिंग फ़ंक्शन: असतत प्रक्रिया (जैसे कि भागों का उत्पादन) और निरंतर प्रक्रिया के बीच अंतर को देखते हुए, इन्फ्रारेड थर्मामीटर को कई सिग्नल प्रोसेसिंग फ़ंक्शन (जैसे पीक होल्ड, वैली होल्ड, औसत मूल्य) की आवश्यकता होती है। से चुनें, जैसे कि कन्वेयर बेल्ट पर तापमान माप जब बोतल का उपयोग किया जाता है, तो इसे पकड़ने के लिए पीक वैल्यू का उपयोग करना आवश्यक होता है, और इसके तापमान का आउटपुट सिग्नल नियंत्रक को भेजा जाता है। अन्यथा थर्मामीटर बोतलों के बीच कम तापमान मान पढ़ता है। यदि पीक होल्ड का उपयोग कर रहे हैं, तो थर्मामीटर प्रतिक्रिया समय को बोतलों के बीच के समय अंतराल से थोड़ा लंबा सेट करें ताकि कम से कम एक बोतल हमेशा माप में रहे।
7 पर्यावरणीय परिस्थितियों पर विचार: थर्मामीटर की पर्यावरणीय परिस्थितियों का माप परिणामों पर बहुत प्रभाव पड़ता है, जिस पर विचार किया जाना चाहिए और उचित समाधान किया जाना चाहिए, अन्यथा यह तापमान माप सटीकता को प्रभावित करेगा और यहां तक कि नुकसान भी पहुंचाएगा। जब परिवेश का तापमान अधिक होता है और धूल, धुआं और भाप होती है, तो निर्माता द्वारा प्रदान किए गए सुरक्षात्मक आवरण, जल शीतलन, वायु शीतलन प्रणाली, वायु शोधक और अन्य सहायक उपकरण का चयन किया जा सकता है। ये सहायक उपकरण पर्यावरणीय प्रभावों को प्रभावी ढंग से संबोधित कर सकते हैं और सटीक तापमान माप के लिए थर्मामीटर की सुरक्षा कर सकते हैं। सहायक उपकरण निर्दिष्ट करते समय, स्थापना लागत को कम करने के लिए यथासंभव मानकीकृत सेवा का अनुरोध किया जाना चाहिए।
8. इन्फ्रारेड विकिरण थर्मामीटर का अंशांकन: इन्फ्रारेड थर्मामीटर को अंशांकित किया जाना चाहिए ताकि यह मापा लक्ष्य के तापमान को सही ढंग से प्रदर्शित कर सके। यदि उपयोग के दौरान उपयोग किए गए थर्मामीटर का तापमान माप सहनशीलता से बाहर है, तो इसे पुन: अंशांकन के लिए निर्माता या मरम्मत केंद्र को वापस करना होगा।
चार इन्फ्रारेड थर्मामीटर की विशेषताएं
1. गैर-संपर्क माप: इसे मापा तापमान क्षेत्र के अंदर या सतह को छूने की आवश्यकता नहीं है, इसलिए यह मापा तापमान क्षेत्र की स्थिति में हस्तक्षेप नहीं करेगा, और थर्मामीटर स्वयं तापमान क्षेत्र से क्षतिग्रस्त नहीं होगा।
2. विस्तृत माप सीमा: क्योंकि यह एक गैर-संपर्क तापमान माप है, थर्मामीटर उच्च या निम्न तापमान क्षेत्र में नहीं है, बल्कि सामान्य तापमान पर या थर्मामीटर द्वारा अनुमत शर्तों के तहत काम करता है। सामान्य परिस्थितियों में यह माइनस दस डिग्री से लेकर तीन हजार डिग्री से भी अधिक तापमान माप सकता है।
3. तेज़ तापमान माप गति: यानी तेज़ प्रतिक्रिया समय। जब तक लक्ष्य का अवरक्त विकिरण प्राप्त होता है, तापमान को कम समय में ठीक किया जा सकता है।
4. उच्च सटीकता: इन्फ्रारेड तापमान माप संपर्क तापमान माप की तरह वस्तु के तापमान वितरण को नष्ट नहीं करेगा, इसलिए माप सटीकता अधिक है।
5. उच्च संवेदनशीलता: जब तक वस्तु के तापमान में थोड़ा सा परिवर्तन होता है, विकिरण ऊर्जा में बहुत बदलाव होगा, जिसका पता लगाना आसान है। यह छोटे तापमान क्षेत्र का तापमान माप सकता है
6. तापमान वितरण माप, और चलती या घूमती वस्तुओं का तापमान माप। सुरक्षित और लंबी सेवा जीवन.
पांच इन्फ्रारेड थर्मामीटर के नुकसान:
1. पर्यावरणीय कारकों (परिवेश का तापमान, हवा में धूल, आदि) के प्रति संवेदनशील
2. चमकदार या पॉलिश धातु की सतह के तापमान रीडिंग पर इसका बहुत प्रभाव पड़ता है
3. केवल वस्तु के बाहरी तापमान को मापने तक ही सीमित है, वस्तु के अंदर के तापमान को मापना असुविधाजनक है और जब बाधाएं आती हैं
छह इन्फ्रारेड थर्मामीटर के उपयोग के लिए सावधानियां:
(1) परीक्षण के तहत वस्तु की उत्सर्जनता सटीक रूप से निर्धारित की जानी चाहिए;
(2) आसपास के वातावरण में उच्च तापमान वाली वस्तुओं के प्रभाव से बचें;
(3) पारदर्शी सामग्रियों के लिए, परिवेश का तापमान मापी गई वस्तु के तापमान से कम होना चाहिए;
(4) थर्मामीटर को मापी जाने वाली वस्तु की सतह पर लंबवत रूप से संरेखित किया जाना चाहिए, और किसी भी परिस्थिति में कोण 30 डिग्री से अधिक नहीं होना चाहिए
(5) इसका उपयोग चमकदार या पॉलिश धातु सतहों पर तापमान माप के लिए नहीं किया जा सकता है, और कांच के माध्यम से तापमान माप के लिए इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है;
(6) अनुवर्ती गुणांक को सही ढंग से चुनें, लक्ष्य व्यास को देखने के क्षेत्र को भरना होगा;
(7) यदि इन्फ्रारेड थर्मामीटर अचानक 20 डिग्री या उससे अधिक के परिवेश तापमान अंतर के संपर्क में आता है, तो माप डेटा गलत होगा, और तापमान संतुलित होने के बाद मापा तापमान मान लिया जाएगा। .
सात सुधार योजनाएँ:
चूँकि साधारण इन्फ्रारेड थर्मामीटर केवल वस्तु के बाहरी तापमान को मापने तक ही सीमित है, वस्तु के अंदर के तापमान को मापना असुविधाजनक है और जब बाधाएं होती हैं, तो ऑप्टिकल फाइबर का एक खंड डिटेक्शन हेड और एक लेंस में जोड़ा जा सकता है एक छोटे से देखने के कोण के साथ सामने के छोर पर स्थापित किया जा सकता है, ताकि मापी गई वस्तु की उज्ज्वल ऊर्जा लेंस के माध्यम से ऑप्टिकल फाइबर के अंदर तक गुजर सके। ऑप्टिकल फाइबर में कई प्रतिबिंबों के बाद, इसे डिटेक्टर तक प्रेषित किया जाता है। क्योंकि ऑप्टिकल फाइबर को स्वतंत्र रूप से मोड़ा जा सकता है, विकिरण को स्वतंत्र रूप से घुमाया जा सकता है, जो वस्तु के आंतरिक तापमान को मापने की समस्या को हल करता है, और बाधाओं द्वारा अवरुद्ध कोनों जैसे स्थानों के तापमान को माप सकता है।
