Mjerenje temperature toplinskog vida (radiometrijski) kamere: tehnologija, teorija i primjene

SADRŽAJ

1. Osnovna teorija i tehnologije

2. Kontrola preciznosti mjerenja

3. Različiti rasponi temperature (zupčanici)

4. Mjerenje temperature velike brzine

5. Industrijske primjene

6. Ostale zanimljive teme

1. Osnovna teorija i tehnologije

Teorija zračenja crnog tijela

• Crnaca: Teoretski objekt koji apsorbira svako incidentno zračenje i emitira energiju na temelju njegove temperature.
• Planckov zakon: Opisuje spektralno zračenje crnog tijela kao funkciju valne duljine i temperature.

Gdje:

B (λ, T): Spektralno zračenje.

λ: valna duljina.

T: Apsolutna temperatura.

H: Planckova konstanta.

C: Brzina svjetlosti.

K: Boltzmann konstanta.

• Stefan-Boltzmann zakon: Navodi da je ukupna energija koju zrači crniča proporcionalna četvrtoj snazi ​​njegove apsolutne temperature.

Gdje:

E: Ukupna energija zračena.

σ: Stefan-Boltzmann konstanta

T: Apsolutna temperatura.

(Blackbody zračenja, iz Wikipedije)

(Blackbody boja po teoriji, iz Wikipedije)

Ključne tehnologije

• Dugo vala infracrvena (LWIR):

Djeluje u rasponu valne duljine od 8–14 µm.

Idealno za mjerenje temperatura od -20 stupnja do 1000 stupnjeva.

Obično se koristi u industrijskoj i medicinskoj primjeni.

• Srednji val (mwir) /Kratki valovi (SWIR)/ Blizu (NIR) infracrveni:

Djeluje u rasponu valne duljine od 3–5 µm ili čak kraće (SWIR, NIR) valne duljine.

Prikladno za mjerenja visoke temperature (do 3000 stupnjeva).

Koristi se u aplikacijama poput analize izgaranja i zrakoplovstva.

• Kvantni dobro infracrveni fotodetektori (QWIP):

Napredna tehnologija detektora pomoću kvantnih jažica za poboljšanje osjetljivosti.

Nudi visoku rezoluciju i točnost, posebno u MWIR -u.

2. Kontrola preciznosti mjerenja

• Emisivnost

Definicija: Emisivnost (ε) je omjer zračenja koje emitira objekt prema zračenju koje emitira crno tijelo na istoj temperaturi.

• Vrijednosti emisije:

Savršeno crno tijelo: ε = 1.

Pravi predmeti: ε <1 (varira po materijalu i stanju površine).

(Primjer Emmissity Tablica uobičajenih objekata)

Postavke parametara tijekom mjerenja

Postavljanje emisije:

• Podesite postavku emisivnosti kamere kako bi odgovarao materijalu koji se mjeri.
• Netočne postavke emisije mogu dovesti do netočnih očitavanja temperature.

Odražena temperatura:

• Račun za infracrveno zračenje koje je objekt odražavao iz okoline.
• Važno za sjajne ili reflektivne površine.

Udaljenost i atmosferski uvjeti:

• Postavite udaljenost između kamere i objekta.
• Prilagodite atmosferskim čimbenicima poput vlage i temperature zraka.

Kalibracija pomoću crnog tijela

Crnaca: Uređaj s poznatom i smještenom temperaturom zračenja, koji se koristi za kalibriranje toplinskih fotoaparata i za eskaliranje preciznosti mjernih rezultata.

Postupak kalibracije:

• Usmjerite kameru na crno.
• Prilagodite očitanja kamere kako bi odgovarali temperaturi crnog tijela.
• Osigurava točna mjerenja temperature u aplikacijama u stvarnom svijetu.

(Tipično crno tijelo koje se koristi za umjeravanje)

3. Različiti rasponi temperature (zupčanici)

Ispod su grubi zupčanici podjele, koji se obično koriste u radiometrijskoj primjeni.

• Raspon s niskim/uobičajenim temperaturama (-20 stupanj do 100 stupnjeva -200 stupanj): Koristi se u HVAC -u, građevinskim inspekcijama i medicinskim primjenama.
• Raspon srednje temperature (150 stupnjeva do 500 stupnjeva): Uobičajeno u industrijskim procesima poput proizvodnje elektronike i prerade hrane.
• Raspon visoke temperature (500 stupnjeva do 3000 stupnjeva):

     Poddužen1: (500 stupnjeva do 1000 stupnjeva): Koristite u proizvodnji plastike / stakla / metalurgija s niskim koljenima

     Pod-Gear 2:(1000 stupnjeva do 3000 stupnjeva): Koristi se u metalurgiji (npr.) Željenu i zrakoplovstvu.

• Posebna oprema:Ljudska tjelesna temperatura

Tijekom pandemije kovida -19, radiometrijske toplinske kamere široko su korištene zaPregled groznica. Ove kamere mjere temperaturu kože (obično 30 stupnjeva do 40 stupnjeva) s visokom preciznošću, omogućujući brzi i nekontaktni probir, te upotrebomKalibracija crnog tijelaDa biste dobili vrlo visoku preciznost (oko ± {{{0}}. 1 stupanj - ± 0,01 stupanj @ 2m -20 m udaljenost).

Međutim, tijekom pandemijskog razdoblja pojavile su se nove tehnologije i izumljene s naprednim algoritmom, gdje omogućava postupak mjerenja bez kalibracije Blackbody -a, kako bi smanjili cijenu i poboljšali stvarno iskustvo primjene.

Radiometrijske kamere općenito podržavaju jedan ili dva (sub-) zupčanika među gore navedenim rasponima, zbog različitih primijenjenih mjernih tehnologija i mjerenja preciznog kontrole rezultata.

4. Mjerenje temperature velike brzine

Prijava

1). Vlakovi velike brzine:

• Kočioni sustavi: Pratite temperature kočnih diska kako biste spriječili pregrijavanje i osigurali sigurnost.
• Ležajevi kotača:Otkrijte nenormalne toplinske potpise koji ukazuju na habanje ili kvar.

2). Leteće ptice:

• Ekološko istraživanje: Proučite toplinske potpise ptica u letu kako biste razumjeli njihove potrošnje i ponašanje energije.
• Očuvanje:Pratite populaciju ptica i obrasce migracije.

3). Miješanje različitih temperaturnih tekućina:

• Industrijski procesi: Analizirajte raspodjelu temperature i učinkovitost miješanja u kemijskim reaktorima ili preradi hrane.
• Istraživanje: Proučite prijenos topline i dinamiku tekućine u stvarnom vremenu.

4). Automobilsko testiranje:

• Komponente motora:Pratite temperature klipova, ispušnih sustava i turbopunjača tijekom brzih ispitivanja.
• Aerodinamika: Proučite raspodjelu topline na površinama vozila kako biste optimizirali dizajn.

5). Zrakoplovstvo:

• Raketni motori: Pratite temperature izgaranja tijekom ispitnih pucanja.
• Komponente zrakoplova:Otkrivanje pregrijavanja motora, kočnica i avionike.

Izazovi

• Brzina kadrova: Aplikacije velike brzine zahtijevaju kamere s visokom brzinom kadrova (npr. 60 Hz ili više).
• Obrada podataka: Brze temperaturne promjene zahtijevaju napredne algoritme za točno mjerenje.
• Prostorna rezolucija: Kamere velike brzine moraju održavati dovoljnu rezoluciju za snimanje finih detalja.

5. Industrijske primjene

1). Proizvodnja stakla/plastike

• Kontrola temperature rastopljenog stakla: Radiometrijske kamere prate temperaturu rastaljenog stakla (do 1500 stupnjeva) kako bi se osigurala konzistentna kvaliteta u proizvodnji staklenih boca.Precizna kontrola temperature sprječava oštećenja poput pukotina ili mjehurića.

2). Proizvodnja elektronike

• PCB pregled:Toplinske kamere otkrivaju komponente pregrijavanja na pločama s tiskanim krugovima (PCB) tijekom ispitivanja.To pomaže identificirati neispravne komponente i poboljšati pouzdanost proizvoda.

3). Energetski sektor

• Pregled solarnog ploča: Toplinske kamere identificiraju vruće točke u solarnim pločama, što ukazuje na potencijalne nedostatke ili neučinkovitost.
• Nadgledanje struje: Otkriva pregrijavanje u dalekovodima i transformatorima kako bi se spriječile neuspjehe.

4). Prerada hrane

• Temperaturno praćenje: Osigurava odgovarajuće temperature kuhanja, hlađenja i skladištenja za održavanje sigurnosti i kvalitete hrane.

6. Ostale zanimljive teme

1). Medicinska primjena

• Pregled groznica: Radiometrijske kamere široko su se koristile tijekom pandemije kovida -19 za mjerenje temperature bez kontakta.
• Zacjeljivanje rana: Toplinski snimci nadgleda protok krvi i upalu u ranama radi procjene iscjeliteljskog napretka.

2). Nadzor okoliša

• Istraživanje divljih životinja: Toplinske kamere prate pokrete životinja i proučavaju njihovo toplinsko ponašanje.
• Otkrivanje šumskih požara: Otkriva toplinske potpise iz požara, omogućujući ranu intervenciju.

3. Automobilska industrija

• Testiranje motora: Komponente motora za toplinske kamere za pregrijavanje tijekom ispitivanja.
• Analiza kočnica: Mjeri temperature kočnica za optimizaciju performansi i sigurnosti.

4. Znanstveno istraživanje

• Analiza materijala: Proučava toplinska svojstva materijala u različitim uvjetima.
• Zrakoplovstvo: Nadgleda toplinske performanse komponenti svemirskog broda i zrakoplova.