赤外線温度計技術の現代応用に関する分析

赤外線温度計技術の現代応用に関する分析

赤外線温度計の温度測定原理は、物体から放射される赤外線放射エネルギーを電気信号に変換することです。 赤外線放射エネルギーの大きさは物体自体の温度に対応します。 変換された電気信号の大きさに応じて、物体の温度を知ることができます。 赤外線温度測定技術は、熱変化のある表面の温度をスキャンして測定し、その温度分布画像を決定し、隠れた温度差を迅速に検出するために開発されました。 これが赤外線サーマルイメージャーです。 赤外線熱画像カメラは軍事で初めて使用されました。 2019年、米国のTI社は世界初の赤外線走査偵察システムを開発した。 その後、赤外線熱画像技術は西側諸国の航空機、戦車、軍艦、その他の兵器に次々と使用され、偵察目標の熱照準システムとして、目標の捜索と命中能力を大幅に向上させました。 スウェーデンの AGA 社が製造する赤外線熱画像カメラは、民生用技術において主導的な地位を占めています。

赤外線温度計は光学系、光電検出器、信号増幅器、信号処理、表示出力などで構成されています。 光学系は対象となる赤外線放射エネルギーを視野内に集めます。視野の大きさは温度計の光学部品とその位置によって決まります。 赤外線エネルギーは光検出器に集束され、対応する電気信号に変換されます。 信号はアンプと信号処理回路を通過し、機器の内部処理と対象物の放射率のアルゴリズムに従って補正された後、測定対象物の温度値に変換されます。

自然界では、絶対零度よりも高い温度を持つすべての物体は、常に周囲の空間に赤外線放射エネルギーを放射しています。 物体の赤外線放射エネルギーの大きさと波長に応じた分布は、その表面温度と非常に密接な関係があります。 したがって、物体自体が放射する赤外線エネルギーを測定することにより、その表面温度を正確に決定することができ、これが赤外線放射温度測定の客観的な基礎となります。

黒体は理想的な放射体であり、放射エネルギーのすべての波長を吸収し、エネルギーの反射や透過がなく、その表面の放射率は 1 です。 しかし、実際の自然界の物体はほとんど黒体ではありません。 赤外放射の分布を解明し得るためには、理論研究により適切なモデルを選択する必要があります。 これはプランクによって提案された体腔輻射の量子化振動子モデルであり、プランクの黒体輻射の法則、つまり波長で表される黒体の分光放射輝度が導出され、これがすべての赤外線輻射理論の出発点となるため、黒体輻射の法則と呼ばれます。 すべての実際の物体の放射線量は、放射線の波長や物体の温度だけでなく、物体を構成する材料の種類、作製方法、熱過程、表面状態、環境条件などにも依存します。

赤外線温度測定はポイントバイポイント分析法を採用しています。つまり、物体の局所領域の熱放射が単一の検出器に集中し、放射パワーが既知の物体の放射率を通じて温度に変換されます。 。 検出対象、測定範囲、使用場面が異なるため、赤外線温度計の外観デザインと内部構造は異なりますが、基本的な構造はほぼ同様で、主に光学系、光検出器、信号増幅器と信号処理、表示出力などが含まれます。部品。 ラジエーターから放射される赤外線。 光学システムに入ると、赤外線放射は変調器によって交流放射に変調され、検出器によって対応する電気信号に変換されます。 信号はアンプと信号処理回路を通過し、機器内のアルゴリズムと対象の放射率に従って補正された後、測定対象の温度値に変換されます。

赤外線温度計の 3 つのカテゴリ:

（1）人体用赤外線温度計：額型赤外線温度計は、赤外線の受信原理を利用して人体を測定する温度計です。 使用時は、検出窓を額に合わせるだけで、素早く正確に体温を測定できます。

(2) 工業用赤外線温度計: 工業用赤外線温度計は物体の表面温度を測定し、光学センサーがエネルギーを放射、反射、伝達し、そのエネルギーがプローブによって収集および集中され、情報が読み取り値に変換されます。他の回路による表示 本機では、本機に搭載されたレーザー光がより効果的に測定対象物を狙い、測定精度を向上させます。

(3) 畜産用赤外線体温計：動物用非接触赤外線体温計は、プランクの原理に基づき、動物の体表面の特定部位の体表面温度を正確に測定し、体表面温度と体表面温度との温度差を補正するものです。実際の温度。 動物の個体ごとの体温を正確に表示できます。

波長範囲の決定: ターゲット材料の放射率と表面特性によって、パイロメーターのスペクトル応答または波長が決まります。 高反射率の合金材料の場合、放射率が低いか、放射率が異なります。 高温領域では金属材料の測定に最適な波長は近赤外であり、{{0}.18-1.0μmの波長が選択可能です。 他の温度ゾーンでは、1.6μm、2.2μm、3.9μmの波長を選択できます。 一部の材料は特定の波長で透明であるため、赤外線エネルギーはこれらの材料を透過するため、この材料には特別な波長を選択する必要があります。 たとえば、ガラスの内部温度を測定するには、10 μm、2.2 μm、および 3.9 μm の波長が使用されます (テストするガラスは非常に厚い必要があります。そうでないと透過してしまいます)。 ガラスの内部温度の測定には5.0μmの波長が使用されます。 ; 別の例としては、ポリエチレン プラスチック フィルムを波長 3.43 μm、ポリエステルを波長 4.3 μm または 7.9 μm で測定します。

応答時間を決定します。応答時間は、測定された温度変化に対する赤外線温度計の反応速度を示します。これは、最終読み取り値のエネルギーの 95 パーセントに達するまでに必要な時間として定義され、温度の時定数に関連します。光検出器、信号処理回路、表示システム。 新しい赤外線温度計の応答時間は 1ms に達します。 これは接触温度測定方法よりもはるかに高速です。 対象物の移動速度が非常に速い場合や、急速に加熱される対象物を測定する場合には、応答の速い赤外線温度計を選択する必要があります。そうしないと、十分な信号応答が得られず、測定精度が低下します。 ただし、すべてのアプリケーションに高速応答の赤外線温度計が必要なわけではありません。 熱慣性が存在する静的またはターゲットの熱プロセスの場合、パイロメーターの応答時間を緩和できます。 したがって、赤外線温度計の応答時間の選択は、測定対象の状況に適応させる必要があります。

光学分解能は、高温計からターゲットまでの距離 D と測定スポットの直径 S の比である D 対 S によって決まります。 環境条件により温度計を対象物から遠くに設置し、小さな対象物を測定する必要がある場合は、光学分解能の高い温度計を選択する必要があります。 光学分解能が高くなるほど、つまり D:S 比が高くなるほど、高温計のコストも高くなります。

波長範囲の決定: ターゲット材料の放射率と表面特性によって、パイロメーターのスペクトル応答または波長が決まります。 高反射率の合金材料の場合、放射率が低いか、放射率が異なります。 高温領域では金属材料の測定に最適な波長は近赤外であり、{{0}}.18-1.{{10}}μmの波長が測定可能です。選択されました。 他の温度ゾーンでは、1.6μm、2.2μm、3.9μmの波長を選択できます。 一部の材料は特定の波長で透明であるため、赤外線エネルギーはこれらの材料を透過するため、この材料には特別な波長を選択する必要があります。 たとえば、1.0 μm、2.2 μm、および 3.9 μm の波長は、ガラスの内部温度を測定するために使用されます (テストするガラスは非常に厚い必要があります。そうしないと透過してしまいます)。 ガラスの内部温度の測定には5.0μmの波長が使用されます。 8-14 μm の波長は低測定に使用することをお勧めします。 別の例としては、ポリエチレン プラスチック フィルムの場合は 3.43 μm の波長を測定し、ポリエステルの場合は 4.3 μm または 7.9 μm の波長を測定します。

応答時間を決定します。応答時間は、測定された温度変化に対する赤外線温度計の反応速度を示します。これは、最終読み取り値のエネルギーの 95 パーセントに達するまでに必要な時間として定義され、温度の時定数に関連します。光検出器、信号処理回路、表示システム。 広州虹城香港 CEM ブランドの赤外線温度計の応答時間は 1 ミリ秒に達します。 これは、接触による温度測定方法よりもはるかに高速です。 対象物の移動速度が非常に速い場合や、急速に加熱される対象物を測定する場合には、応答の速い赤外線温度計を選択する必要があります。そうしないと、十分な信号応答が得られず、測定精度が低下します。 ただし、すべてのアプリケーションに高速応答の赤外線温度計が必要なわけではありません。 熱慣性が存在する静的またはターゲットの熱プロセスの場合、パイロメーターの応答時間を緩和できます。 したがって、赤外線温度計の応答時間の選択は、測定対象の状況に適応させる必要があります。

信号処理機能：部品生産などの離散プロセスの測定は連続プロセスとは異なり、赤外線温度計には信号処理機能（ピークホールド、バレーホールド、平均値など）が必要です。 例えば、ベルトコンベア上のガラスの温度を測定する場合、そのピーク値を保持する必要があり、その温度の出力信号がコントローラーに送られます。

環境条件の考慮：温度計の環境条件は測定結果に大きな影響を与えるため、考慮して適切に解決する必要があります。そうでないと、温度測定の精度に影響を与え、さらには温度計の損傷を引き起こす可能性があります。 周囲温度が高すぎ、ほこり、煙、蒸気がある場合は、メーカーが提供する保護カバー、水冷、空冷システム、送風機、その他のアクセサリを選択できます。 これらのアクセサリは、環境の影響に効果的に対処し、正確な温度測定のために温度計を保護します。 アクセサリを指定する場合は、設置コストを削減するために、可能な限りサービスの標準化を依頼する必要があります。 煙、塵、その他の粒子によって測定エネルギー信号が減少する場合、2 色温度計が最適な選択です。 騒音、電磁場、振動、アクセスできない環境条件、またはその他の過酷な条件下では、光ファイバー 2 色温度計が最良の選択です。

コンテナや真空チャンバーなどの密封された物質や危険物質を扱う用途では、高温計は窓を通して表示されます。 材料は十分な強度があり、使用する高温計の動作波長範囲を通過する必要があります。 また、オペレーターも窓越しに観察する必要があるかどうかを判断し、相互影響を避けるために適切な設置場所と窓の材質を選択してください。 低温測定アプリケーションでは、通常、可視光に対して不透明な Ge または Si 材料が窓として使用され、人間の目は窓を通してターゲットを観察できません。 オペレーターが窓のターゲットを通過する必要がある場合は、赤外線と可視光の両方を透過する光学材料を使用する必要があります。 たとえば、ZnSe や BaF2 など、赤外線と可視光の両方を透過する光学材料を窓材料として使用する必要があります。

シンプルな操作と使いやすさ: 赤外線温度計は直感的で、操作が簡単で、オペレーターにとって使いやすいものである必要があります。 中でもポータブル赤外線温度計は、温度測定と表示出力を一体化した小型・軽量で持ち運べる温度計です。 温度測定器は、表示パネルに温度を表示したり、さまざまな温度情報を出力したりすることができ、リモコンやコンピュータのソフトウェアプログラムによって操作できるものもあります。

過酷で複雑な環境条件の場合は、設置と構成を容易にするために、別個の温度測定ヘッドとディスプレイを備えたシステムを選択できます。 電流制御機器に合わせた信号出力形態を選択できます。 赤外線放射温度計の校正：測定対象の温度を正しく表示できるように赤外線温度計を校正する必要があります。 使用中に使用した温度計の温度測定値が許容範囲を超えた場合は、再校正のためにメーカーまたは修理センターに返品する必要があります。