Цель использования датчика с короткой длиной волны для измерения низкотемпературных металлов

Calex обычно рекомендует использовать коротковолновый инфракрасный датчик температуры для измерения температуры металлов вместо датчика общего назначения, поскольку он более точен. Но почему точнее? Вот причины.

В течение десятилетий обычной практикой было измерение высокотемпературных объектов с помощью коротковолновых инфракрасных пирометров. Однако эти датчики традиционно ограничивались измерением только высоких температур. У каждого датчика есть нижний предел температурного диапазона, и до недавнего времени для коротковолновых датчиков этот нижний предел традиционно был слишком высоким, чтобы можно было измерять отражающие металлы в обычных промышленных применениях, таких как железные и стальные ролики.

Истоки процесса

Все поверхности излучают инфракрасное излучение. Инфракрасные датчики температуры работают, измеряя испускаемое инфракрасное излучение и преобразовывая это измерение в значимое показание температуры.

Количество излучаемой энергии зависит от температуры и коэффициента излучения поверхности. Неметаллы обычно имеют высокий коэффициент излучения, а отражающие металлы, такие как железо и сталь, имеют низкий коэффициент излучения.

При низких температурах испускается очень мало инфракрасного излучения. При заданной температуре материалы с низким коэффициентом излучения излучают меньше инфракрасного излучения, чем поверхности с высоким коэффициентом излучения. Чем меньше количество обнаруживаемого излучения, тем сложнее добиться точного и стабильного измерения температуры.

Поскольку количество измеряемого излучения очень мало, традиционно трудно использовать инфракрасный датчик температуры для измерения температуры отражающих металлов, таких как железо и сталь, при низких температурах.

Как правило, для наиболее точного измерения следует использовать самую короткую длину волны измерения. В прошлом было невозможно измерять низкие температуры с помощью коротковолновых датчиков, поэтому пользователи были вынуждены относительно неточно измерять низкотемпературные металлы с помощью длинноволновых датчиков общего назначения.

Измерение низких температур на коротких длинах волн

Компания Calex разработала в PyroUSB технологию, позволяющую измерять температуры до 45°C на коротких волнах (от 2,0 до 2,6 мкм) с повышенной точностью по сравнению с длинноволновыми датчиками общего назначения.

Этот датчик с большим успехом используется для измерения температуры при сварке труб и поверхностей роликов в тканевой, ламинирующей, бумажной, гофрокартонной, пластмассовой и шинной промышленности, среди многих других.

Повышенная точность на 2,2 мкм объясняется двумя причинами:

1) Излучательная способность отражающих металлов обычно выше и составляет 2,2 мкм.

Ни одна поверхность не является идеально гладкой. Под микроскопом поверхность будет казаться более шероховатой по мере увеличения увеличения. Даже полированная металлическая поверхность, которая невооруженным глазом кажется отражающей, под микроскопом будет выглядеть относительно шероховатой.

Если длина волны ИК-излучения больше пиков и впадин на шероховатости поверхности, оно будет менее легко поглощаться поверхностью и легче отражаться.

Если длина волны излучения достаточно мала, чтобы поместиться в микроскопические долины на поверхности материала, оно легче поглощается поверхностью (поэтому поверхность менее отражающая на этой длине волны).

Инфракрасные датчики температуры измеряют испускаемое излучение, а не поглощенное излучение. Если температура поверхности мишени стабильна (она находится в термодинамическом равновесии), то она излучает такое же количество ИК-энергии, как и поглощает. Поэтому эффективный поглотитель ИК-излучения является и эффективным излучателем (имеет высокий коэффициент излучения).

Отражающая металлическая поверхность обычно имеет более высокую излучательную способность на коротких волнах, чем на длинных.

2) Ошибка измерения меньше и составляет 2,2 мкм, когда есть ошибка в настройке коэффициента излучения.

Как правило, для наилучшей точности следует использовать максимально короткую длину волны измерения. Самая короткая возможная длина волны ограничена самой низкой температурой, которую необходимо измерить.

Длина волны измерения включается в расчет датчика измеряемой температуры. Для коротковолнового датчика характер вычислений таков, что ошибка в настройке коэффициента излучения (или изменение целевого коэффициента излучения) оказывает меньшее влияние на точность измерения.

Например, на приведенном ниже графике показана зависимость ошибки измерения от измеренной температуры при использовании датчиков 2,2 мкм и 8-14 мкм с ошибкой 10 % в настройке коэффициента излучения. Существует меньшая ошибка измерения при использовании датчика 2,2 мкм.

«Ошибка 10 %» означает, например, целевое значение коэффициента излучения 0,30 и настройку коэффициента излучения 0,33.

Примечание:

Самая низкая измеримая температура зависит от того, насколько отражающей является поверхность. Для получения дополнительной информации см. https://pyrosensor.ru/pyrousb....