Nhiệt kế hồng ngoại là gì?

Nhiệt kế hồng ngoại là công cụ được sử dụng để đo nhiệt độ bề mặt của một vật thể mà không cần chạm vào bề mặt của vật thể đó. Ngoài ra, nhiệt kế hồng ngoại còn được gọi là máy đo nhiệt độ hồng ngoại, súng đo nhiệt độ hồng ngoại hoặc thiết bị đo nhiệt độ hồng ngoại.

Trong thực tế, đối tượng đo nhiệt độ bề mặt có thể là bất cứ thứ gì từ lốp cao su đến bộ phận làm nóng lò. Tính linh hoạt này làm cho nhiệt kế hồng ngoại trở thành một công cụ vô cùng hữu ích cho các chuyên gia kiểm tra trong nhiều ngành công nghiệp đa dạng. Tuy nhiên, để đảm bảo kết quả đo chính xác, các thông số kỹ thuật của nhiệt kế hồng ngoại phải phù hợp với các yêu cầu của ứng dụng.

Làm thế nào để bạn xác định nhiệt kế hồng ngoại nào phù hợp nhất với ứng dụng của bạn? Văn bản sau đây được thiết kế để giúp bạn đưa ra quyết định mua hàng sáng suốt.

Các câu hỏi chính cần tự hỏi khi chọn hệ thống đo nhiệt độ hồng ngoại

– Ứng dụng của bạn yêu cầu loại thiết bị nào (ví dụ: nhiệt kế hồng ngoại cầm tay hoặc cố định)?
– Giá trị phát xạ nào được khuyến nghị để đo nhiệt độ bề mặt vật liệu của bạn?
– Tỷ lệ khoảng cách-mục tiêu hoặc khoảng cách-điểm (D / S) mà ứng dụng của bạn yêu cầu là bao nhiêu?
– Mức độ chính xác của nhiệt kế hồng ngoại là cần thiết để hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ của bạn?
– Kích thước bộ nhớ và giao diện truyền dữ liệu nào là cần thiết, nếu có?
– Mức độ dịch vụ và hỗ trợ sau bán hàng mong muốn?
– Ngân sách của bạn cho một nhiệt kế hồng ngoại là bao nhiêu?

Sau đây là phân tích chi tiết hơn về các tiêu chí cần lưu ý khi chọn nhiệt kế hồng ngoại (IR).

Di động hoặc Văn phòng phẩm

Câu trả lời cho câu hỏi này phần lớn phụ thuộc vào ứng dụng dự định. Nếu bạn muốn sử dụng nhiệt kế hồng ngoại để thu thập không thường xuyên các kết quả đọc nhằm đảm bảo chất lượng, nên sử dụng nhiệt kế hồng ngoại cầm tay. Nếu bạn muốn đo liên tục và sử dụng các số đọc để kiểm soát quá trình, tốt hơn là sử dụng nhiệt kế hồng ngoại đặt tại chỗ. Một nhiệt kế IR tĩnh tại phải được trang bị một giao diện để chuyển các kết quả đọc đến hệ thống điều khiển quá trình hoặc bộ điều khiển. Việc chuyển giao có thể là tương tự hoặc kỹ thuật số.

Sự phát xạ

Một súng đo nhiệt độ hồng ngoại có thể có những nhược điểm của nó. Một bất lợi như vậy là cần phải biết độ phát xạ yêu cầu. Độ phát xạ của một vật liệu là khả năng tương đối của bề mặt của nó để phát ra hoặc hấp thụ năng lượng bởi bức xạ. Sự phát xạ không chỉ phụ thuộc vào loại vật liệu mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt dự đoán và bước sóng (µm) của nhiệt kế hồng ngoại.

Một nhược điểm khác là độ phát xạ của kim loại rất khác nhau, gây khó khăn cho việc đo lường chính xác. Ví dụ, ở 25 ° C (77 ° F) đồng bị ôxy hóa cao có độ phát xạ là 0,78, nhưng ở 527 ° C (980,6 ° F) cùng một đồng bị ôxy hóa cao có độ phát xạ là 0,91, trong khi đồng đánh bóng có độ phát xạ là 0,012 ở 327 ° C (620,6 ° F). Có thể xem bảng giá trị độ phát xạ gần đúng của các vật liệu phổ biến tại đây.

Cảnh báo: Không thể đảm bảo độ chính xác của các giá trị hiển thị trong bảng, vì độ phát xạ phụ thuộc vào một số biến số (kết cấu bề mặt, màu sắc, nhiệt độ tại thời điểm đo, v.v.).

Trong khi hầu hết thủy tinh, gốm, nhựa, gỗ và vật liệu hữu cơ có độ phát xạ rất cao (khoảng 0,95) trong phạm vi hồng ngoại trung bình (MIR) và phạm vi hồng ngoại xa (FIR), kim loại trống có độ phát xạ thấp hơn nhiều trong phạm vi MIR và hồng ngoại gần ( NIR) – ví dụ, vàng đánh bóng trong MIR có độ phát xạ xấp xỉ 0,02. Tuy nhiên, khi kim loại được anod hóa (như nhôm) hoặc bị oxy hóa cao, nó sẽ có độ phát xạ cao hơn khoảng 0,9 trong MIR. Khi nói đến kim loại được sơn, độ phát xạ cao hơn của sơn sẽ có ý nghĩa đối với nhiệt kế khung thiếc. Cường độ và cực đại phát xạ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Nhiều thiết bị nhiệt kế hồng ngoại có tính năng điều chỉnh độ phát xạ. Thường thì độ phát xạ được điều chỉnh bằng cách sử dụng núm xoay có dải 0 … 1. Một số thiết bị nhiệt kế hồng ngoại có thêm đầu vào đo cho cảm biến nhiệt độ tiếp xúc (hoặc cặp nhiệt điện).

Nếu bạn muốn nhiệt kế hồng ngoại được hiệu chuẩn cho một vật liệu không xác định để xác định độ phát xạ, nhiệt độ có thể được đo bằng cảm biến bổ sung này. Cài đặt cho độ phát xạ trong nhiệt kế hồng ngoại sẽ được điều chỉnh cho đến khi phép đo không tiếp xúc cho kết quả đo giống như phép đo với cảm biến tiếp xúc.

Tỷ lệ Khoảng cách đến Mục tiêu

Mỗi máy đo nhiệt độ hồng ngoại đều có một thấu kính với tỷ lệ khoảng cách đến mục tiêu hoặc khoảng cách đến điểm (D / S) nhất định. Các thông số kỹ thuật như 2: 1, 10: 1 hoặc 20: 1 rất phổ biến đối với các thiết bị nhiệt kế IR giá rẻ. Khi nhìn vào các thiết bị nhiệt kế hồng ngoại chất lượng cao, các thông số kỹ thuật có thể lên đến 75: 1.

Các giá trị này cũng có thể được biểu thị dưới dạng x: y. Điều này có nghĩa là điểm đo có đường kính là y khi khoảng cách đến bề mặt là x. Ví dụ: nếu nhiệt kế IR có tỷ lệ khoảng cách đến mục tiêu là 20: 1, bạn có thể đứng cách mục tiêu 20 cm hoặc 20 inch và đo nhiệt độ của hình tròn một cm hoặc một inch. Điều này tương tự như hình nón của ánh sáng phát ra từ đèn pin. Nếu bạn đến gần bức tường bằng đèn pin, hình nón của ánh sáng sẽ nhỏ hơn so với khi bạn ở xa bức tường hơn.

Độ chính xác

Mỗi nhiệt kế hồng ngoại sẽ có các thông số kỹ thuật về độ chính xác riêng phụ thuộc vào phạm vi nhiệt độ được đo. Thông thường, một công cụ đo độ chính xác cao hơn sẽ đi kèm với thẻ giá cao hơn, vì vậy điều quan trọng là phải xem xét tính thực tế cũng như độ chính xác.

Ngoài độ phát xạ, các yếu tố ảnh hưởng như độ dày bề mặt, hình dạng (đồng đều, lõm, lồi), độ hoàn thiện (đánh bóng, nhám, oxy hóa, phun cát) và độ truyền (màng nhựa mỏng) có thể ảnh hưởng đến kết quả, cũng như góc đo và dải quang phổ. Do đó, khi thực hiện các phép đo nhiệt độ so sánh bằng nhiệt kế hồng ngoại, điều quan trọng là phải thiết lập một kiểm soát để giảm thiểu ảnh hưởng của càng nhiều biến số càng tốt để thu được kết quả đọc chính xác nhất.

Bộ nhớ và Truyền dữ liệu

Một số sản phẩm nhiệt kế hồng ngoại lưu các kết quả đo nhiệt độ vào bộ nhớ trong hoặc bộ nhớ thẻ SD. Kích thước của bộ nhớ có thể được trình bày dưới dạng số GB hoặc số lượng đọc tối đa được lưu trữ. Bộ nhớ này thường cho phép tải dữ liệu đo nhiệt độ xuống PC bằng cổng USB, giao diện RS-232 hoặc đầu đọc thẻ SD. Trong hầu hết các trường hợp, nhiệt kế hồng ngoại có khả năng ghi dữ liệu nhiệt độ được trang bị kết nối USB. Trong một số trường hợp, cần có phần mềm PC đặc biệt để truyền dữ liệu đo.

Dịch vụ và hỗ trợ

Đây là một điểm quan trọng khác cần ghi nhớ. Tìm hiểu xem nhà cung cấp đã kinh doanh được bao lâu. Thời gian hoạt động của công ty càng lâu, càng có nhiều khả năng bạn sẽ có thể đặt hàng phụ tùng thay thế trong vài năm sau khi mua nhiệt kế hồng ngoại. PCE Instruments bắt đầu kinh doanh từ năm 1999. (Để biết thêm chi tiết, vui lòng truy cập phần Giới thiệu về chúng tôi / Lịch sử công ty trên trang web của chúng tôi.) Đồng thời tìm hiểu loại hỗ trợ kỹ thuật nào sẽ có sẵn cho bạn đối với nhiệt kế hồng ngoại của bạn. Gọi cho PCE Instruments, nói chuyện với nhóm hỗ trợ kỹ thuật trước khi mua và tự mình xem mức độ dịch vụ được cung cấp.

Ngân sách

Thường liên quan đến ngân sách nhiều hơn là chi phí của nhiệt kế hồng ngoại. Chi phí hiệu chuẩn là chi phí phổ biến có thể xảy ra khi sử dụng nhiệt kế hồng ngoại. Ví dụ, nếu bạn cần đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn chất lượng ISO, thì khoảng thời gian hiệu chuẩn thường xuyên cần phải được tuân thủ.

Chi phí hiệu chuẩn ISO có thể xảy ra tại thời điểm mua và tái định kỳ hàng năm hoặc thậm chí nửa năm, tùy thuộc vào nhu cầu về độ chính xác và cách sử dụng nhiệt kế hồng ngoại / nhiệt kế hồng ngoại. Cũng có thể việc hiệu chuẩn lại trở nên cần thiết sau này do nhiệt kế IR bị trôi và cảm biến của chúng có thể bị ảnh hưởng theo thời gian. Các vật liệu tiêu hao như pin (có thể sạc lại) cũng nên được tính vào tính toán của bạn.

Thông tin thêm về nhiệt kế hồng ngoại

Thông tin cơ bản về nhiệt kế hồng ngoại

Nhiệt kế hồng ngoại thường được gọi là nhiệt kế laze, nhiệt kế không tiếp xúc, súng đo nhiệt độ hồng ngoại hoặc nhiệt kế. Nhiệt kế hồng ngoại sử dụng bức xạ hồng ngoại, còn được gọi là bức xạ nhiệt, để đo nhiệt độ bề mặt một cách gián tiếp mà không cần tiếp xúc. William Chandler Roberts-Austen được ghi nhận là người đã phát minh ra nhiệt kế bức xạ.

Bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ trên 0 độ Kelvin (K) đều phát ra bức xạ. Nhiệt kế hồng ngoại chỉ đo nhiệt độ của bề mặt nhìn thấy được. Do đó, nhiệt kế hồng ngoại không thể thực hiện phép đo qua thủy tinh. Nếu đối tượng được đo lạnh hơn nhiệt kế IR thì dòng bức xạ là âm. Để tính toán nhiệt độ, nhiệt kế hồng ngoại gửi bức xạ nhiệt đến đối tượng đo để hiệu chỉnh dòng âm.

Ưu điểm của máy đo nhiệt độ hồng ngoại

Nhiệt kế hồng ngoại mang lại nhiều ưu điểm. Kết quả đo có thể thu được rất nhanh, từ 10 µ đến 1 giây tùy thuộc vào thiết bị. Nhiệt kế hồng ngoại cũng loại bỏ sai số do tiếp xúc nhiệt kém. Có rất ít hao mòn trên nhiệt kế hồng ngoại, ngay cả trên các thiết bị cầm tay cầm tay. Điện áp cao, điện từ trường và vật liệu ăn mòn không ảnh hưởng đến quá trình đo. Các phép đo được thực hiện bằng nhiệt kế hồng ngoại không gây ra thiệt hại cho các vật nhạy cảm như màng nhựa hoặc các sản phẩm giấy. Một ưu điểm quan trọng khác là, vì các phép đo có thể được thực hiện mà không cần tiếp xúc, nhiệt kế hồng ngoại là một công cụ an toàn hơn nhiều để sử dụng trong các tình huống nhiệt độ cao.

Đo bước sóng (NIR, MIR, FIR)

Điều kiện lý tưởng để đo bước sóng bằng nhiệt kế hồng ngoại phụ thuộc vào vật liệu và nhiệt độ của nó. Để có kết quả đọc tốt nhất ở nhiệt độ phòng, nên sử dụng các bước sóng trong dải hồng ngoại trung bình (MIR). Cảm biến nhiệt bên trong nhiệt kế hồng ngoại, chẳng hạn như máy dò nhiệt điện, được sử dụng cho mục đích này.

Có thể xác định nhiệt độ từ khoảng 350 ° C (662 ° F) trong phạm vi cận hồng ngoại (NIR) bằng điốt quang hồng ngoại, sử dụng nhiệt kế hồng ngoại. Theo cách này, ví dụ, một điốt quang germani có thể có bước sóng thu thấp hơn, xấp xỉ 1,9 µm. Có thể đo nhiệt độ từ khoảng 700 ° C (1292 ° F) trong dải quang phổ khả kiến ​​bằng điốt quang.

Dải bước sóng nhận nhiệt kế IR đối với nhiệt độ cao thường được xác định bởi các cơ quan cảm quang. Ví dụ, bước sóng nhận nhỏ nhất của điốt quang silicon là khoảng. 1,1 µm. Một vật có nhiệt độ 3000 K là bức xạ cực đại, vì vậy với vật này, bạn có thể đo nhiệt độ từ khoảng. 700 ° C (1292 ° F).

Ứng dụng thực tế của máy đo nhiệt độ hồng ngoại

Như đã thảo luận, ưu điểm chính mà nhiệt kế hồng ngoại sở hữu, so với nhiệt kế tiếp xúc thông thường, là nó cung cấp phép đo không tiếp xúc bằng cách sử dụng chất phát xạ. Điều này có nghĩa là chỉ trong vòng vài giây là có thể xác định được nhiệt độ trong các bộ phận của máy móc, động cơ hoặc hệ thống không thể truy cập dễ dàng mà không cần tắt máy.

Trên thực tế, vì nhiệt kế hồng ngoại đo sự phát xạ đến từ bề mặt của vật liệu hoặc vật thể (vì tất cả các vật thể đều phát ra năng lượng và sóng điện từ phụ thuộc vào nhiệt độ của chúng), và vì năng lượng phụ thuộc vào nhiệt độ của vật thể được đo nên Nhiệt độ bề mặt của đối tượng có thể được đo mà không cần đến gần và tiếp xúc trực tiếp. Do phần mềm được cài đặt và tầm nhìn laser,

Do đó, nhiệt kế hồng ngoại / nhiệt kế hồng ngoại là một giải pháp lý tưởng để giám sát các hệ thống, bộ phận và linh kiện sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC). Một nhiệt kế hồng ngoại có thể được sử dụng để giám sát thường xuyên hệ thống HVAC cũng như để khắc phục sự cố và tìm kiếm nguyên nhân của sự cố không xác định được.

Điều kiện của hệ thống HVAC đóng một vai trò quan trọng trong bất kỳ công ty, nhà máy, nhà kho, trường học hoặc nhà nào. Một nhiệt kế hồng ngoại có thể được sử dụng để kiểm tra các ống dẫn khí, đường ống và tường. Bảo trì hệ thống HVAC là một nhiệm vụ đầy thách thức, vì không phải tất cả các yếu tố của hệ thống HVAC đều mở để truy cập và kiểm tra ngay lập tức. Đó là lý do tại sao trong thử nghiệm, điều chỉnh và cân bằng hệ thống HVAC (TAB), việc áp dụng các thiết bị đo tiếp xúc trực tiếp không phải lúc nào cũng thích hợp hoặc dễ dàng.

Nhiệt kế hồng ngoại cho phép các chuyên gia kiểm tra HVAC thực hiện các kiểm tra và kiểm tra hệ thống HVAC cần thiết tại chỗ mà không cần sử dụng thang hoặc quá nhiều thiết bị phụ trợ khác, giúp kiểm tra tình trạng của các ống thông gió, lỗ thông gió điều hòa không khí, các bộ phận sưởi ấm đường ống làm mát và những thứ tương tự đơn giản hơn.

Hầu hết các thiết bị nhiệt kế hồng ngoại đều có kích thước nhỏ nên việc vận chuyển và xử lý hoàn toàn không có vấn đề gì. Thêm vào đó, độ chính xác và kết quả đo từ hầu hết các sản phẩm nhiệt kế IR đều rất ấn tượng. Nhiệt kế hồng ngoại có thể giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian, công sức và chi phí phát sinh từ việc tắt thiết bị, máy móc và hệ thống không có kế hoạch. Các phép đo không tiếp xúc với sự hỗ trợ của nhiệt kế hồng ngoại được thực hiện trong thời gian thực và khi sử dụng các thiết bị có giới hạn đặt trước, dễ dàng phát hiện khi điều kiện hoạt động vượt quá giới hạn cho phép (theo quy luật, nhiệt kế hồng ngoại phát ra âm thanh hoặc nhấp nháy đèn màu làm tín hiệu cảnh báo bằng âm thanh hoặc hình ảnh).

Một lĩnh vực khác mà các thiết bị nhiệt kế hồng ngoại được thực hiện là trong lĩnh vực y tế. Ví dụ, những bệnh nhân bị nghi ngờ có tình trạng sức khỏe dễ lây lan có thể được cách ly và đo nhiệt độ cơ thể với độ chính xác cao bằng công nghệ nhiệt kế hồng ngoại đặc biệt.

Đo nhiệt độ kính không tiếp xúc bằng nhiệt kế hồng ngoại

Việc đo nhiệt độ của thủy tinh hoặc trên các loại thủy tinh khác nhau mang lại một số khó khăn, vì sự phản xạ và truyền của thủy tinh. Để hạn chế các sự cố có thể phát sinh trong quá trình sử dụng nhiệt kế hồng ngoại, có một số cách để thực hiện phép đo nhiệt độ.

Cách đầu tiên để đo nhiệt độ bằng nhiệt kế là sử dụng nhiệt kế hồng ngoại, nhiệt kế này nằm trong dải bước sóng 1,0 micron, 2,3 micron hoặc 3,9 micron. Tuy nhiên, những bước sóng này có thể đo không trực tiếp nhiệt độ bề mặt mà ngay dưới bề mặt kính. Bước sóng của nhiệt kế IR 5 μm và 7,9 μm đảm bảo rằng bề mặt cũng được đo. Một nhược điểm của các dải bước sóng này là nhiệt độ của kính phải rất cao. Do đó, nó không thích hợp cho các phép đo nhiệt độ trong dải đo thấp hơn.

Một lựa chọn thứ hai để đo nhiệt độ của thủy tinh là sử dụng nhiệt kế có bước sóng 8 … 14 micron. Tuy nhiên, trong trường hợp này, có một khó khăn là sự phản xạ của bề mặt phải được bù lại bằng nhiệt kế.

Thông thường, điều này chỉ có thể được thực hiện bằng các nhiệt kế rất đắt tiền. Cũng cần nhớ rằng mức độ phát xạ phải được đặt thành 0,85 và nhiệt kế hồng ngoại phải có thời gian phản hồi nhanh, vì thủy tinh có thể thay đổi nhiệt độ nhanh chóng do tính chất nhiệt kém.

Để có thể đo nhiệt độ bề mặt vẫn nhanh chóng và dễ dàng bằng nhiệt kế hồng ngoại có bước sóng 8 … 14 μm, người ta có thể áp dụng cái gọi là nhãn dán cấp phát xạ. Những miếng dán này có độ phát xạ là 0,95. Chúng chỉ đơn giản là dán vào kính. Sau một thời gian, nhãn dán sẽ nhận được nhiệt độ của kính và nhiệt độ bề mặt có thể được đo bằng bất kỳ nhiệt kế laser hồng ngoại tiêu chuẩn nào. Thực tế, nhiệt độ của thủy tinh được đo sau đó. Đây là một phương pháp nhanh chóng, dễ dàng và rẻ tiền để đo nhiệt độ thủy tinh theo cách không tiếp xúc.