Инфракрасный термометр — это термометр , который определяет температуру на основе части теплового излучения, иногда называемого излучением черного тела, испускаемого измеряемым объектом. Их иногда называют лазерными термометрами, поскольку лазер используется для наведения термометра, или бесконтактными термометрами или температурными пистолетами , чтобы описать способность устройства измерять температуру на расстоянии. Зная количество инфракрасной энергии, излучаемой объектом, и его излучательную способность , температуру объекта часто можно определить в определенном диапазоне его фактической температуры. Инфракрасные термометры представляют собой разновидность устройств, известных как «термометры теплового излучения».
Иногда, особенно при температуре окружающей среды, показания могут быть ошибочными из-за отражения излучения от более горячего тела — даже от человека, держащего прибор [ нужна ссылка ] — а не излучения измеряемого объекта, а также из-за неправильно предполагаемого коэффициента излучения. .
Конструкция по существу состоит из линзы, фокусирующей инфракрасное тепловое излучение на детекторе , который преобразует мощность излучения в электрический сигнал, который может отображаться в единицах температуры после компенсации температуры окружающей среды. Это позволяет измерять температуру на расстоянии без контакта с измеряемым объектом. Бесконтактный инфракрасный термометр полезен для измерения температуры в условиях, когда термопары или другие датчики зондового типа не могут использоваться или не дают точных данных по ряду причин.
Некоторые типичные обстоятельства: измеряемый объект движется; когда объект окружен электромагнитным полем , как при индукционном нагреве ; когда объект содержится в вакууме или другой контролируемой атмосфере; или в приложениях, где требуется быстрый отклик, требуется точная температура поверхности, или температура объекта превышает рекомендуемую точку использования для контактных датчиков, или контакт с датчиком может повредить объект или датчик, или создать значительный температурный градиент на поверхность объекта.
Инфракрасные термометры могут использоваться для выполнения широкого спектра функций контроля температуры. Несколько приведенных примеров включают обнаружение облаков для дистанционного управления телескопом, проверку механического или электрического оборудования на предмет температуры и горячих точек, измерение температуры пациентов в больнице, не прикасаясь к ним, проверку температуры нагревателя или духовки, калибровку и контроль, проверку горячих точек. при пожаротушении, мониторинге материалов в процессах, связанных с нагревом или охлаждением, и измерении температуры вулканов. Во время эпидемий заболеваний, вызывающих лихорадку, таких как коронавирус атипичной пневмонии и болезнь, вызванная вирусом Эбола , инфракрасные термометры использовались для проверки прибывающих путешественников на наличие лихорадки, не вызывая при этом вредной передачи инфекции среди протестированных. [1] [2]
В 2020 году, когда мир охватила пандемия COVID-19 , инфракрасные термометры использовались для измерения температуры людей и запрета им доступа к потенциальным местам передачи, если у них проявлялись признаки лихорадки. Органы общественного здравоохранения, такие как FDA в США, опубликовали правила, обеспечивающие точность и согласованность инфракрасных термометров. [3]
Существует множество разновидностей инфракрасных датчиков температуры, как портативных, портативных, так и стационарных.
Инфракрасные термометры характеризуются характеристиками, включая точность и угловой охват. Более простые приборы могут иметь погрешность измерения около ±2 °C или ±4 °F. [ нужна цитата ]
Отношение расстояния к пятну (D:S) представляет собой соотношение расстояния до поверхности измерения и диаметра области измерения температуры. Например, если соотношение D:S составляет 12:1, диаметр области измерения составляет одну двенадцатую расстояния до объекта. Термометр с более высоким соотношением D к S способен обнаруживать более специфическую и более узкую поверхность на большем расстоянии, чем термометр с более низким соотношением. Устройство с номинальным соотношением 12:1 может воспринимать круг размером 1 дюйм на расстоянии одного фута, тогда как устройство с соотношением 10:1 достигает того же круга диаметром 1 дюйм на расстоянии 10 дюймов и более широкого, менее конкретного круга диаметром 1,2 дюйма на расстоянии 10 дюймов. расстояние 12 дюймов. [ нужна цитата ]
Идеальная целевая область должна быть как минимум в два раза больше пятна на этом расстоянии, [4] при этом меньшие площади по отношению к расстоянию приводят к менее точным измерениям. [ нужна ссылка ] Инфракрасный термометр не следует размещать слишком близко к цели, так как эта близость может привести к накоплению тепла в корпусе термометра и повреждению датчика. Ошибка измерения обычно уменьшается только при увеличении расстояния из-за эффекта отражательной способности и включения других источников тепла в поле зрения датчика. [5] [6]
Согласно закону Стефана-Больцмана , мощность излучения пропорциональна четвертой степени температуры, поэтому, когда на измерительной поверхности есть как горячие, так и холодные области, указанная температура может быть выше фактической средней температуры и ближе к средней четвертой степени. средний. [7]
Большинство поверхностей имеют высокую излучательную способность (более 0,9 для большинства биологических поверхностей) , и большинство ИК-термометров полагаются на это упрощающее предположение ; однако отражающие поверхности имеют более низкую излучательную способность, чем неотражающие поверхности. [ нужна ссылка ] Некоторые датчики имеют регулируемую настройку излучательной способности, которую можно настроить для измерения температуры отражающих и неотражающих поверхностей. Нерегулируемый термометр можно использовать для измерения температуры отражающей поверхности путем нанесения неотражающей краски или ленты с некоторой потерей точности. [ нужна цитата ]
Датчик с регулируемой настройкой излучательной способности также можно использовать для калибровки датчика для данной поверхности или для измерения излучательной способности поверхности. Когда температура поверхности точно известна (например, путем измерения контактным термометром), настройку излучательной способности датчика можно регулировать до тех пор, пока температура, измеренная ИК-методом, не будет совпадать с температурой, измеренной контактным методом; настройка излучательной способности будет указывать излучательную способность поверхности, которую можно будет принять во внимание для последующих измерений аналогичных поверхностей (только).
Наиболее распространенным инфракрасным термометром является точечный инфракрасный пирометр или инфракрасный пирометр , который измеряет температуру в точке на поверхности (фактически относительно небольшой площади, определяемой соотношением D:S). Обычно они проецируют видимую красную точку в центр измеряемой области, которая идентифицирует измеряемую точку, но не играет никакой роли в измерении. Фактическая измеряемая угловая область варьируется в зависимости от инструмента и не ограничивается видимым пятном.
Сопутствующее оборудование, хотя и не строго термометры, включает системы инфракрасного сканирования и инфракрасные тепловизионные камеры. Системы инфракрасного сканирования сканируют большую площадь, обычно с помощью точечного термометра, направленного на вращающееся зеркало. Эти устройства широко используются в производстве, включающем конвейеры или «сетевые» процессы, такие как большие листы стекла или металла, выходящие из печи, ткани и бумаги, или непрерывные груды материала вдоль конвейерной ленты. Инфракрасные тепловизионные камеры или инфракрасные камеры — это, по сути, термометры инфракрасного излучения, которые измеряют температуру во многих точках на относительно большой площади для создания двумерного изображения, называемого термограммой , где каждый пиксель представляет температуру. Эта технология более требовательна к процессору и программному обеспечению, чем точечные или сканирующие термометры, и используется для мониторинга больших площадей. Типичные области применения включают мониторинг периметра, используемый военными или сотрудниками службы безопасности, контроль / мониторинг качества производственных процессов, а также мониторинг горячих или холодных точек оборудования или закрытых помещений в целях обеспечения безопасности и эффективности.
Фотоаппарат , использующий инфракрасную пленку и подходящий объектив и т. д ., также называется «инфракрасной камерой». Он улавливает только ближний инфракрасный диапазон и не чувствителен к тепловому излучению объектов комнатной температуры.
Спускаясь по воздуху, прохожие из Конакри-Парижа, они накапливаются вместе с лазерными термометрами для обнаружения событий, связанных с событиями, и получают приз правительства за предотвращение событий, прибывших во Францию от вируса Эбола.