Инфракрасный термометр — это термометр , который выводит температуру из части теплового излучения, иногда называемого излучением черного тела, испускаемого измеряемым объектом. Иногда их называют лазерными термометрами , поскольку лазер используется для наведения термометра, или бесконтактными термометрами или температурными пушками , чтобы описать способность устройства измерять температуру на расстоянии. Зная количество инфракрасной энергии, испускаемой объектом, и его излучательную способность , температуру объекта часто можно определить в определенном диапазоне его фактической температуры. Инфракрасные термометры являются подмножеством устройств, известных как «термометры теплового излучения».
Иногда, особенно при температурах, близких к температуре окружающей среды, показания могут быть ошибочными из-за отражения излучения от более горячего тела (даже от человека, держащего прибор [ необходима ссылка ]) , а не излучаемого измеряемым объектом, а также из-за неправильно принятого коэффициента излучения.
Конструкция по существу состоит из линзы для фокусировки инфракрасного теплового излучения на детекторе , который преобразует мощность излучения в электрический сигнал, который может быть отображен 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 обстоятельствах, когда термопары или другие датчики зондового типа не могут быть использованы или не выдают точных данных по ряду причин.
Некоторые типичные обстоятельства: объект, подлежащий измерению, движется; объект окружен электромагнитным полем , как при индукционном нагреве ; объект содержится в вакууме или другой контролируемой атмосфере; или в приложениях, где требуется быстрый отклик, желательно точное значение температуры поверхности или температура объекта выше рекомендуемой точки использования для контактных датчиков, или контакт с датчиком может повредить объект или датчик, или привести к значительному градиенту температуры на поверхности объекта.
Инфракрасные термометры могут использоваться для выполнения широкого спектра функций мониторинга температуры. Вот несколько примеров: обнаружение облаков для удаленной работы телескопа, проверка механического или электрического оборудования на предмет температуры и горячих точек, измерение температуры пациентов в больнице без прикосновения к ним, проверка температуры нагревателя или духовки для калибровки и управления, проверка горячих точек при пожаротушении, мониторинг материалов в процессах, связанных с нагревом или охлаждением, а также измерение температуры вулканов. Во время эпидемий заболеваний, вызывающих лихорадку, таких как коронавирус SARS и болезнь вируса Эбола , инфракрасные термометры использовались для проверки прибывающих путешественников на лихорадку, не вызывая вредных передач среди испытуемых. [1] [2]
В 2020 году, когда пандемия COVID-19 охватила весь мир, инфракрасные термометры использовались для измерения температуры людей и запрета им въезда в потенциальные места передачи вируса, если у них были признаки лихорадки. Органы общественного здравоохранения, такие как FDA в Соединенных Штатах, опубликовали правила для обеспечения точности и согласованности инфракрасных термометров. [3]
Существует множество разновидностей инфракрасных датчиков температуры, как для портативного и ручного использования, так и для стационарной установки.
Инфракрасные термометры характеризуются такими характеристиками, как точность и угловой охват. Более простые приборы могут иметь погрешность измерения около ±2 °C или ±4 °F. [ необходима цитата ]
Соотношение расстояния к пятну (D:S) — это отношение расстояния до поверхности измерения к диаметру области измерения температуры. Например, если отношение D:S равно 12:1, диаметр области измерения составляет одну двенадцатую расстояния до объекта. Термометр с более высоким отношением D к S способен обнаруживать более конкретную, более узкую поверхность на большем расстоянии, чем термометр с более низким отношением. Устройство с рейтингом 12:1 может обнаруживать круг диаметром 1 дюйм на расстоянии одного фута, тогда как устройство с отношением 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 12 дюймов. [ необходима цитата ]
Идеальная целевая область должна быть как минимум в два раза больше пятна на этом расстоянии, [4] с меньшими площадями относительно расстояния, что приводит к менее точным измерениям. [ необходима цитата ] Инфракрасный термометр не следует размещать слишком близко к цели, так как эта близость может привести к накоплению тепла в корпусе термометра и повреждению датчика. Погрешность измерения обычно уменьшается только с слишком большим расстоянием из-за эффектов 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 поверхности измерения имеются как горячие, так и холодные области, отображаемая температура может быть выше фактической средней температуры и ближе к среднему значению в четвертой степени . [7]
Большинство поверхностей имеют высокую излучательную способность (более 0,9 для большинства биологических поверхностей) [ требуется цитата ] , и большинство ИК-термометров полагаются на это упрощающее предположение; однако отражающие поверхности имеют более низкую излучательную способность, чем неотражающие поверхности. [ требуется цитата ] 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, нанеся неотражающую краску или ленту, с некоторой потерей точности. [ требуется цитата ]
Датчик с регулируемой настройкой излучательной способности также может использоваться для калибровки датчика для заданной поверхности или для измерения излучательной способности поверхности. Когда температура поверхности точно известна (например, путем измерения контактным термометром), то настройку излучательной способности датчика можно регулировать до тех пор, пока измерение температуры ИК-методом не совпадет с измеренной температурой контактным методом; настройка излучательной способности будет указывать на излучательную способность поверхности, которую можно учитывать для последующих измерений аналогичных поверхностей (только).
Наиболее распространенным инфракрасным термометром является точечный инфракрасный пирометр или инфракрасный пирометр , который измеряет температуру в точке на поверхности (на самом деле относительно небольшой области, определяемой соотношением D:S). Они обычно проецируют видимую красную точку на центр измеряемой области, которая идентифицирует измеряемую точку, но не играет никакой роли в измерении. Фактическая угловая область измерения варьируется в зависимости от прибора и не ограничивается видимой точкой.
Сопутствующее оборудование, хотя и не строго термометры, включает инфракрасные сканирующие системы и инфракрасные тепловизионные камеры. Инфракрасные сканирующие системы сканируют большую площадь, как правило, используя то, что по сути является точечным термометром, направленным на вращающееся зеркало. Эти устройства широко используются в производстве, включающем конвейеры или «паутинные» процессы, такие как большие листы стекла или металла, выходящие из печи, ткани и бумаги, или непрерывные стопки материалов вдоль конвейерной ленты. Инфракрасные тепловизионные камеры или инфракрасные камеры по сути являются инфракрасными радиационными термометрами, которые измеряют температуру во многих точках на относительно большой площади для создания двухмерного 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 качества инспекций/процессов производственных процессов, а также мониторинг горячих или холодных точек оборудования или замкнутого пространства для целей безопасности и эффективности обслуживания.
Фотокамера , использующая инфракрасную пленку и подходящий объектив и т. д., также называется «инфракрасной камерой» . Она фиксирует только ближний инфракрасный диапазон и нечувствительна к тепловому излучению от 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.