Máy đo nhiệt độ hồng ngoại (IR) không tiếp xúc

Phân loại máy đo nhiệt hồng ngoại theo chức năng sử dụng

• Máy đo nhiệt độ hồng ngoại cầm tay: Loại máy này nhỏ gọn, dễ sử dụng và có giá cả phải chăng. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và gia dụng.
• Máy đo nhiệt độ hồng ngoại cố định: Loại máy này được lắp đặt cố định tại một vị trí và thường được sử dụng trong các ứng dụng sản xuất và kiểm soát chất lượng.
• Máy ảnh nhiệt: Loại máy này cho phép người dùng chụp ảnh nhiệt để xem được phân bố nhiệt độ trên một bề mặt. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng kiểm tra và bảo trì.

Hiểu sâu về bước sóng và phân loại máy đo nhiệt theo phổ đo

Hãy tìm hiểu bức xạ hồng ngoại là gì để có cái nhìn tổng quan hơn về cách hoạt động của nhiệt kế IR.

Lý thuyết hồng ngoại

Năng lượng được phát ra bởi tất cả các đối tượng có một nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối. Cái này năng lượng tăng lên khi vật thể trở nên nóng hơn, cho phép đo nhiệt độ bằng đo năng lượng phát ra, đặc biệt là bức xạ trong phần hồng ngoại của quang phổ của bức xạ phát ra. Hình 1 cho thấy một nhiệt kế bức xạ hồng ngoại điển hình.

Phổ điện từ

Bức xạ hồng ngoại là một phần của sóng điện từ quang phổ bao gồm sóng vô tuyến, vi sóng, ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia gamma và tia X (Hình 2). Những hình thức khác nhau của năng lượng được phân loại theo tần số hoặc bước sóng.

* Lưu ý rằng ánh sáng khả kiến kéo dài từ 0,4 đến 0,7 micron, với tia cực tím (UV) ngắn hơn .4 micron và tia hồng ngoại dài hơn .7 micron, mở rộng đến vài trăm micron. Trong thực tế, dải 0,5 đến 20 micron được sử dụng cho IR đo nhiệt độ.

Định luật Planck

Biên độ (cường độ) của năng lượng bức xạ có thể được vẽ như là một chức năng của bước sóng, dựa trên định luật Planck. Hình 3 cho thấy bức xạ đường cong phát xạ cho các đối tượng ở hai khác nhau nhiệt độ. Theo quy ước, bước sóng dài hơn được hiển thị bên phải trên đồ thị IR, đảo ngược của biểu đồ phổ điện từ, chẳng hạn như Hình 2. Diện tích dưới mỗi đường cong thể hiện tổng năng lượng bức xạ ở nhiệt độ tương ứng.

Lưu ý rằng hai thay đổi xảy ra đồng thời là nhiệt độ tăng lên: (1) biên độ của đường cong tăng, tăng diện tích (năng lượng) bên dưới nó, và (2) bước sóng liên quan với năng lượng cực đại (điểm cao nhất của đường cong) dịch chuyển về phía bước sóng ngắn hơn của thang đo.

Mối quan hệ này được mô tả bởi Định luật dịch chuyển Wien:

Định luật dịch chuyển của Wien phát biểu rằng bức xạ quang phổ của bức xạ vật đen trên mỗi bước sóng đơn vị, cực đại ở bước sóng λ _max được cho bởi:

Trong đó T là nhiệt độ tuyệt đối đo bằng kelvin. b là hằng số tỷ lệ được gọi là hằng số dịch chuyển Wien, bằng 2,897771955…×10⁻³ mK, hoặc để thu được bước sóng tính bằng micromet, b ≈ 2898 μmK.

Ví dụ, bước sóng cho năng lượng cực đại phát ra từ một vật thể ở 2617 độ C (2890 độ Kelvin) là: λmax = 2.89 x 103/2890K = 1.0 µm

Một minh họa khác liên quan đến việc nung nóng phôi thép. Ở khoảng 600°C (1100°F), ánh sáng đỏ mờ là tỏa ra từ thép. Như nhiệt độ tăng, màu chuyển từ đỏ sang cam và vàng khi cực đại đi vào quang phổ ánh sáng khả kiến.

Cuối cùng, năng lượng tỏa ra trong toàn bộ quang phổ nhìn thấy được ở mức như vậy mức cao mà ánh sáng trắng được phát ra bởi thép ở khoảng 1650°C. Bởi vì đỉnh cao của đường cong thay đổi khi nhiệt độ tăng, lựa chọn phần tối ưu của quang phổ là quan trọng để đạt được hồng ngoại thỏa đáng hiệu suất nhiệt kế.

Độ phát xạ và độ phản xạ

Độ phát xạ được định nghĩa là tỷ số giữa năng lượng bức xạ bởi một đối tượng ở một nhiệt độ nhất định để năng lượng phát ra từ một bộ tản nhiệt hoàn hảo, hoặc vật đen ở cùng nhiệt độ. Các độ phát xạ của vật đen là 1,0. Tất cả các giá trị của độ phát xạ nằm trong khoảng từ 0,0 đến 1,0.

Độ phát xạ (E), một vấn đề lớn nhưng không thể kiểm soát được yếu tố đo nhiệt độ hồng ngoại, không thể được bỏ qua. Liên quan đến độ phát xạ là độ phản xạ (R), thước đo khả năng phản xạ của một đối tượng năng lượng hồng ngoại và độ truyền qua (T), một thước đo về khả năng truyền hoặc truyền IR của một đối tượng năng lượng.

Vì tất cả các bức xạ phải là một trong hai truyền, phản xạ hoặc hấp thụ:

A = .7 (hấp thụ 70%)
R = .2 (20% được phản xạ)
T = .1 (10% được truyền)
Sum =1.0 (100% năng lượng bức xạ từ X to Y)

Nếu một vật ở trạng thái cân bằng nhiệt thì nó không nóng hơn cũng không lạnh hơn; số tiền năng lượng mà nó tỏa ra phải bằng lượng năng lượng nó đang hấp thụ, vì vậy A = E (độ phát xạ). Qua thay thế:
E + R + T = 1,0
Nếu bất kỳ hai trong số các giá trị này được biết, thì giá trị thứ ba là dễ tìm kiếm. Hình 4b minh họa mối quan hệ này.

Khí quyển

Xem xét sự hấp thụ của khí quyển khi chọn phản ứng quang phổ của thiết bị hồng ngoại. Một số thành phần của khí quyển, chẳng hạn như hơi nước, CO2 và các vật liệu khác, hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở các bước sóng nhất định.

Sự hấp thụ này tăng theo khoảng cách giữa vật thể và thiết bị, điều này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của việc đọc nhiệt độ. May mắn thay, có những “cửa sổ” trong quang phổ hồng ngoại cho phép tránh được các dải hấp thụ này.

Thấu kính

Kích thước và khoảng cách của đối tượng đến máy đo nhiệt độ hồng ngoại là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác. Mỗi máy đo có một góc nhìn (Field of View – FOV) mà nó sẽ tính trung bình tất cả các nhiệt độ trong góc nhìn đó. Để đo chính xác nhiệt độ của một vật, có thể làm một trong bốn điều sau:

1. Di chuyển máy đo gần hơn với vật cần đo hoặc ngược lại.
2. Tăng kích thước của vật cho đến khi nó lấp đầy FOV của máy đo.
3. Giảm bù trừ phát xạ để bù lại sự mất năng lượng.
4. Sử dụng máy đo có FOV nhỏ hơn. FOV được mô tả bằng góc nhìn hoặc tỷ lệ khoảng cách-kích thước (D:S).

Một số máy đo sử dụng quang học biến thiên, đặc biệt là các loại cố định hiệu suất cao với viễn cảnh qua ống kính. Sợi quang được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt khi không có đủ không gian để lắp đặt một cảm biến hoặc khi nhiễu tần số vô tuyến có cường độ cao có thể gây ra các kết quả sai lệch.

Phân loại máy đo nhiệt hồng ngoại theo Phổ đo cho từng mức nhiệt

Phổ cho nhiệt độ thấp (dưới 500°C/1000°F)

Bước sóng phổ biến nhất cho mục đích chung phép đo lên đến 500°C là 8 đến 14 µm. Cái này là một dải rộng, mang lại đủ năng lượng ngay cả ở nhiệt độ dưới mức đóng băng, và không có hấp thụ khí quyển.

Sử dụng bao gồm chẩn đoán bảo trì, tất cả các quy trình:

• Vật liệu hữu cơ (giấy, gỗ, cao su, dệt may, nông nghiệp)
• Bề mặt dày nhựa, kính (nếu bị phản xạ mạnh nguồn nhiệt không phải là vấn đề)
• Kim loại bị oxy hóa mạnh và kim loại bị ảnh hưởng môi trường xung quanh (nếu phản xạ không can thiệp).

Đây là loại máy đo duy nhất nhiệt kế thích hợp cho các phép đo bị ảnh hưởng ít từ nhiệt độ môi trường xung quanh.

Phổ cho nhiệt độ trung (100-800°C /200-1500°F)

Một trong những dải bước sóng ngắn hơn được ưa thích cho sự xâm nhập của khí quyển, ngọn lửa và khí là 3,8µm. Đây là sự lựa chọn tốt nhất đối với các kim loại ở nhiệt độ thấp vì bước sóng ngắn hơn loại phổ thấp dưới 500°C.

Phổ cho nhiệt độ cao (Trên 300°C /600°F)

Có thể đo xuyên qua các cửa số kính và các dải cực ngắn này hấp thụ ngọn lửa, lý tưởng cho nhiệt độ phép đo là 2,2 µm. Dải hẹp này là đặc biệt phù hợp với nhiệt độ cao đo.

Các cân nhắc khác trong việc đưa ra lựa chọn này có thể là: giá và tính sẵn có của máy đo nhiệt không tiếp xúc, sự hiện diện của khí hoặc ngọn lửa trong tầm nhìn, khả năng nhìn thấy thông qua các cửa sổ buồng chân không,… bước sóng tối ưu cho nhiệt độ cao kim loại là hồng ngoại gần, khoảng 0,8 µm.

Khác các lựa chọn là 1,6 µm (trong đó một số kim loại có phát xạ như nhau ở các nhiệt độ khác nhau), 2,2 µm và 3,8 µm (cả hai đều là đề nghị đo sau khi lọc sạch tia lửa). Nếu các kim loại được tráng, oxy hóa tốt, hoặc có thể được cải thiện tạm thời bằng cách thêm một lớp phủ phát xạ cao, dụng cụ 8 đến 14 µm có thể được sử dụng. Lựa chọn khác cho kim loại nhiệt độ thấp hơn  là 3,43 µm và 5,1 µm.

Hồng ngoại của máy đo hồng ngoại, camera ảnh nhiệt và camera nhìn đêm hồng ngoài khác nhau thế nào?

Mời bạn tham khảo chi tiết về máy đo nhiệt độ hồng ngoại do Hiếu – Tập Làm Kỹ Sư thực hiện

Xem thêm cấu tạo chi tiết của máy đo nhiệt IR

Bạn có thể tham khảo các loại máy đo hồng ngoại không tiếp xúc:

	Xem giá THIT015501
	Xem giá UNI-T UT300S