دماسنج مادون قرمز

دماسنج های مادون قرمز دستگاه های درجه حرارت غیر تماسی هستند که از اشعه مادون قرمز برای استنباط دمای یک جسم استفاده می کنند. دماسنج‌های مادون قرمز - شبیه به مدل‌های معمولی خود - دستگاه‌هایی هستند که دما را بدون نیاز به تماس اندازه‌گیری می‌کنند. دماسنج ها دما را از بخشی از تابش مادون قرمز ساطع شده از جسم مورد اندازه گیری استنباط می کنند. این دستگاه ها از خانواده ای هستند که به عنوان دماسنج تشعشع حرارتی شناخته می شوند. آنها اغلب به عنوان تفنگ های دما یا دماسنج های غیر تماسی برای توصیف توانایی آنها در اندازه گیری دما از راه دور شناخته می شوند.

نمایش تمام سازندگان دماسنج مادون قرمز

 
تاریخچه دماسنج های مادون قرمز نسبتا کوتاه است. تابش تا آغاز قرن نوزدهم کشف نشد و تا اواخر دهه 1800 مادون قرمز نامگذاری نشد. اولین حق ثبت اختراع دماسنج تشعشعی در سال 1901 اعطا شد و اولین مدل تجاری موجود در سال 1931 معرفی شد. بسیاری از کشورهای توسعه یافته پس از جنگ جهانی دوم و در طول جنگ سرد شروع به سرمایه گذاری در فناوری های مادون قرمز کردند که منجر به ظهور دماسنج های مادون قرمز مدرن شد. در اوایل دهه 2000، دماسنج های مادون قرمز دستی مقرون به صرفه و دقیق در دسترس قرار گرفتند و در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گرفتند.

انواع دماسنج مادون قرمز

سه دسته اصلی دماسنج های مادون قرمز عبارتند از:

• دماسنج های مادون قرمز نقطه ای که دمای ناحیه کوچکی را روی یک سطح اندازه گیری می کنند

• سیستم‌های اسکن مادون قرمز که ناحیه بزرگ‌تری را اسکن می‌کنند

• دوربین‌های تصویربرداری حرارتی مادون قرمز که دمای بسیاری از نقاط را در یک منطقه بزرگ اندازه‌گیری می‌کنند تا یک ترموگرام - یک تصویر دو بعدی تولید کنند.

دماسنج های مادون قرمز نقطه ای پرکاربردترین و متنوع ترین هستند. انواع آنها عبارتند از:

• دماسنج مادون قرمز دستی

• دماسنج های مادون قرمز نوع چوبی یا جیبی

• ترموکوپل‌های مادون قرمز، که سنسورهای مادون قرمز کوچکی هستند که به صورت خودکار انرژی می‌گیرند، کم‌هزینه هستند و خروجی مشابهی از سنسور یک ترموکوپل دارند.

• دماسنج های مادون قرمز با نصب ثابت

• فرستنده های مادون قرمز با نصب ثابت

• دماسنج دو نسبت رنگ، که تلاش می‌کند با اندازه‌گیری انرژی مادون قرمز آزاد شده از منبع در طول موج‌های دوگانه، اثرات بازدارنده دقت انتشار را در نظر بگیرد.

دماسنج های مادون قرمز دارای عدسی هستند که نور مادون قرمز را از یک جسم روی حسگری به نام ترموپیل متمرکز می کند. ترموپیل مقدار کمی از اشعه مادون قرمز ساطع شده از منبع مورد نظر را جمع آوری کرده و آن را به گرما تبدیل می کند. سپس گرما به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود که تقویت شده و به ولتاژ خروجی تبدیل می شود. واحد پردازش مرکزی دماسنج از این خروجی برای حل معادله دما بر اساس قانون تابش پلانک استفاده می کند. قبل از نمایش دما، عواملی مانند دمای محیط و انتشار را جبران می کند. بسته به دماسنج، در لحظه فشار دادن دکمه خواندن یا ماشه دستگاه، آنالیز آماده نمایش است.

دماسنج با خواندن نمونه ای از تابش مادون قرمز از یک منبع، دما را از فاصله دور بدون تماس با جسم منبع اندازه گیری می کند. توجه به این نکته مهم است که دمای گرفته شده، دمای سطح جسم است، نه دمای داخلی. بیشتر دماسنج‌های مادون قرمز سعی می‌کنند دمای محیط و عوامل انتشار را در نظر بگیرند—چندتا از آن‌ها قابلیت تنظیم انتشار دستی یا خودکار را دارند. هر دو عامل بر دقت خوانش دما توسط دستگاه ها تأثیر منفی می گذارند. هرچه یک سطح نور را بیشتر منعکس کند، میزان انتشار بیشتر بر دقت ارزیابی دما تأثیر می گذارد.

ماکس پلانک در سال 1900 یک نمایش ریاضی از تابش الکترومغناطیسی ارائه کرد. پیشرفت نظریه کوانتومی و فیزیک برای ایجاد این قانون بسیار مهم بود. معادله پلانک در اینجا مشاهده می شود:

این معادله تشعشع طیفی را به عنوان بخشی از یک جسم توصیف می کند که مقدار انرژی تولید شده با فرکانس های متمایز را مشخص می کند. نتایج اندازه گیری کامل از چندین دینامیک استفاده می کند، از جمله توان آزاد شده در هر بخش از بدنه و تک تک زاویه جامد که تابش سنج در سراسر آن (در فرکانس هر واحد) می باشد.

تغییرات معادله برای اندازه گیری طول موج های متمایز به جای فرکانس ها استفاده می شود. یک عامل اولیه در این معادلات، گنجاندن سرعت نور در خلاء یا پایه مادی است.

ویژگی ها

جدا از توانایی مشترک آنها در خواندن دما از راه دور، دماسنج های مادون قرمز دارای ویژگی های بسیار متنوعی هستند. لیست ویژگی ها به مدل به دست آمده بستگی دارد. چند مورد از رایج ترین ویژگی ها عبارتند از:

• ثبت حداقل و حداکثر مقادیر خوانده شده در یک بازه زمانی مشخص

• باطری تغذیه می شود

• حافظه برای ثبت و ذخیره مقادیر داده در یک دوره زمانی یا محدوده

• انجام سایر توابع ریاضی و آماری

• قابلیت های خودآزمایی، خود کالیبراسیون و تشخیصی

• بازنشانی نقطه صفر

• هدف گیری و رؤیت لیزری با لیزر دستگاه، امکان آشکار شدن منبع اندازه گیری را فراهم می کند.

• تنظیم خودکار انتشار

• ضد آب، شناور و قابل شستشو

• ضد انفجار

برنامه های کاربردی

دماسنج های مادون قرمز برای تعیین دما بسیار ارزشمند هستند و:

• جسم منبع در حال حرکت است، توسط یک میدان الکترومغناطیسی احاطه شده یا در خلاء محصور شده است

• خواندن سریع مورد نیاز است

• دمای جسم منبع برای استفاده از حسگرهای تماسی بسیار بالا است

این دستگاه‌ها در بین هواشناسان، دانشمندان آزمایشگاهی و کارگران آشپزخانه به دلیل کاربردهای مختلف محبوب هستند. کاربردهای معمولی شامل ثبت دماهای زیر است:

• تجهیزات مکانیکی یا جعبه های قطع کننده مدار الکتریکی

• نقاط داغ بالقوه یا واقعی در موقعیت های اطفاء حریق

• انواع شرایط تحقیق و توسعه یا کنترل کیفیت ساخت مانند بررسی دمای دستگاه های تولید کننده گرما برای آزمایش کالیبراسیون

• موادی که به منظور نظارت گرم یا سرد می شوند

• افراد مبتلا به بیماری های بسیار عفونی

• یک سایت آلوده

• دسترسی به مکان های سخت مانند داخل سیستم های HVAC

• غذاهایی مانند سوپ که دمای سطح آن ضروری است

• روغن پخت و پز در یک تابه یا سطح خود تابه

مشخصات

مشخصات دماسنج های مادون قرمز شامل ویژگی های عملکرد مادون قرمز آنها از جمله:

• محدوده طیفی

• نسبت نقطه

• انتشار

• پاسخگویی

• قابلیت تشخیص

مشخصات بیشتر دماسنج های مادون قرمز شامل نمایشگر فارنهایت یا سانتیگراد و مشخصات مقیاس است.

اجزای ترمومتر مادون قرمز شبیه به آنچه در رایانه ها یافت می شود. یک CPU، یک صفحه نمایش، و یک پوسته بیرونی بادوام برای محافظت از اجزای داخلی شکننده وجود دارد. بسیاری از دستگاه ها مجهز به لیزر برای هدف قرار دادن اجسام هستند. موادی مانند فلزات رسانا، پلاستیک های بادوام، فایبرگلاس و شیشه نیز مشابه هستند.

نیازهای انتشار فاکتورهای حیاتی برای انتخاب دماسنج مادون قرمز مناسب هستند. هنگام اندازه گیری دما از سطوح براق تر، تنظیم بیشتر برای انتشار مورد نیاز است. ملاحظات دیگر عبارتند از:

• زمان پاسخگویی مورد نیاز

• محیط زیست

• الزامات دستگاه نصب شده و محدودیت های ویژگی نصب

• پاسخ طیفی دستگاه

• محدوده دما

جنبه‌ها و محدودیت‌های میدان دید، دماسنج‌های مادون قرمز خاصی را به بهترین شکل برای کار تعریف می‌کنند. این شامل اندازه نقطه اندازه گیری شده روی یک جسم مورد نظر و همچنین فاصله ای است که اندازه گیری از آن انجام می شود. در صنعت تهیه غذا، دما از اقلام کوچک در فاصله نزدیک گرفته می شود. در مقایسه دقیق، دمای یک قطعه بزرگ، متحرک و به شدت داغ ماشین نیاز به آزمایش از فاصله قابل توجهی دارد.

استانداردها

ASTM E1965 - مشخصات استاندارد برای دماسنج های مادون قرمز برای تعیین متناوب دمای بیمار

ASTM E2758 - راهنمای استاندارد برای انتخاب و استفاده از دماسنج های مادون قرمز باند پهن و دمای پایین

UL 2333 - دماسنج مادون قرمز

منبع

globalspec