Nguyên lý lý thuyết của nhiệt kế hồng ngoại và ứng dụng của nhiệt kế hồng ngoại
Có nhiều cách để đo nhiệt độ. Nhiệt kế có thể được chia thành hai loại: dụng cụ đo nhiệt độ tiếp xúc và dụng cụ đo nhiệt độ không tiếp xúc. Các loại tiếp xúc bao gồm nhiệt kế chất lỏng quen thuộc, nhiệt kế cặp nhiệt điện, nhiệt kế nhiệt điện trở, v.v. Như chúng ta đã biết, nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng nhất trong hệ thống sưởi, cấp khí, thông gió và điều hòa không khí. Đặc biệt trong quá trình đo nhiệt độ, độ chính xác của nhiệt độ thường là yếu tố quyết định sự thành công hay thất bại của thí nghiệm. Vì vậy, một dụng cụ đo nhiệt độ cao là rất cần thiết trong kỹ thuật. Vì vậy, bài viết này sẽ giới thiệu nguyên lý và ứng dụng của nhiệt kế hồng ngoại trong số các công cụ đo nhiệt độ.
Nguyên lý lý thuyết của đo nhiệt độ hồng ngoại:
Trong tự nhiên, khi nhiệt độ của một vật thể cao hơn 0, do tồn tại chuyển động nhiệt bên trong, vật đó sẽ liên tục phát ra sóng điện từ ra xung quanh, trong đó có tia hồng ngoại có dải bước sóng 0.75µm~100µm . Đặc điểm của nó là ở một nhiệt độ và bước sóng nhất định, năng lượng bức xạ do vật thể phát ra có giá trị lớn. Vật liệu này được gọi là vật đen và hệ số phản xạ của nó được đặt thành 1. Hệ số phản xạ của các vật liệu khác nhỏ hơn 1, được gọi là vật đen. Vật xám, vì mối quan hệ giữa công suất bức xạ quang phổ P (λT) của vật đen và nhiệt độ T thỏa mãn định luật Planck. Chứng tỏ rằng ở nhiệt độ T, công suất bức xạ của vật đen trên một đơn vị diện tích ở bước sóng λ là P(λT).
Khi nhiệt độ tăng, năng lượng bức xạ của vật thể trở nên mạnh hơn. Đây là điểm khởi đầu của lý thuyết bức xạ hồng ngoại và là cơ sở cho việc thiết kế nhiệt kế hồng ngoại đơn dải.
Khi nhiệt độ tăng, đỉnh bức xạ dịch chuyển sang hướng sóng ngắn (sang trái) và thỏa mãn định lý dịch chuyển Wien. Bước sóng ở cực đại tỷ lệ nghịch với nhiệt độ T và đường chấm chấm là đường nối các đỉnh. Công thức này cho chúng ta biết tại sao nhiệt kế nhiệt độ cao chủ yếu hoạt động ở sóng ngắn và nhiệt kế nhiệt độ thấp chủ yếu hoạt động ở sóng dài.
Tốc độ thay đổi năng lượng bức xạ theo nhiệt độ ở bước sóng ngắn lớn hơn ở bước sóng dài. Nghĩa là, nhiệt kế làm việc ở bước sóng ngắn có tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm tương đối cao (độ nhạy cao) và khả năng chống nhiễu mạnh. Nhiệt kế nên cố gắng hoạt động ở bước sóng cao nhất. Điều này đặc biệt quan trọng trong trường hợp các mục tiêu nhiệt độ thấp nhỏ.
Nhiệt kế hồng ngoại bao gồm hệ thống quang học, máy dò quang điện, bộ khuếch đại tín hiệu, xử lý tín hiệu, đầu ra màn hình và các bộ phận khác. Bức xạ từ vật thể đo và nguồn phản hồi được điều chế bởi bộ điều biến và sau đó đưa vào đầu dò hồng ngoại. Sự khác biệt giữa hai tín hiệu được khuếch đại bởi bộ khuếch đại nghịch đảo và điều khiển nhiệt độ của nguồn phản hồi sao cho bức xạ quang phổ của nguồn phản hồi giống như bức xạ quang phổ của vật thể. Màn hình hiển thị nhiệt độ độ sáng của vật thể được đo
