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精準(zhǔn)測(cè)溫高速運(yùn)轉(zhuǎn)的事物,你應(yīng)該怎樣選擇熱像儀?


  來(lái)源: 菲力爾 時(shí)間:2020-05-14 編輯:清風(fēng)
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相信很多菲粉們都知道,使用熱電偶或點(diǎn)溫儀測(cè)得的熱量并不能完全反映設(shè)備的熱屬性。傳統(tǒng)的測(cè)量方法無(wú)法提供能全面描繪高速熱應(yīng)用的分辨率與速度。但是,紅外熱像儀能捕獲數(shù)千個(gè)高速熱測(cè)量值,精確顯示熱源與擴(kuò)散趨勢(shì)。選擇合適的紅外熱像儀,您可以搜集到可靠的測(cè)量值、生成具有說(shuō)服力的報(bào)告,為研究工作提供可靠的數(shù)據(jù)。


1、紅外熱像儀的類型


目前,紅外熱像儀大體可分為兩類:一類是高性能制冷型光子計(jì)數(shù)紅外熱像儀,另一類是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的非制冷型微測(cè)熱輻射計(jì)紅外熱像儀。


現(xiàn)今市面上的大多數(shù)制冷型熱像儀采用銻化銦(InSb)探測(cè)器。制冷型紅外熱像儀通過(guò)對(duì)特定波段(通常為介于3-5μm的中波紅外波段)內(nèi)能量的光子計(jì)數(shù)進(jìn)行工作。光子撞擊像素,轉(zhuǎn)化成電子并儲(chǔ)存在積分電容器中。像素點(diǎn)以電子的方式,通過(guò)斷開(kāi)或短路積分電容器來(lái)控制快門(mén)。根據(jù)不同的熱像儀型號(hào),FLIR銻化銦熱像儀掃描-20至350?C物體的積分時(shí)間為6ms-50μs。這些極短的積分時(shí)間為定格畫(huà)面、精確測(cè)量每個(gè)快速變化的瞬間提供了可能性。


FLIR制冷型銻化銦熱像儀捕獲的“黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)的定格圖像,一個(gè)傳統(tǒng)熱電偶的熱圖像


與制冷型熱像儀相比,非制冷型熱像儀成本更低、質(zhì)量更輕、功耗更小。非制冷熱像儀像素點(diǎn)采用特定材料制成,其電阻可隨溫度的變化發(fā)生明顯變化。常見(jiàn)材料為:氧化釩或非晶硅。當(dāng)熱能聚焦于像素點(diǎn)時(shí),像素點(diǎn)會(huì)隨之升溫或冷卻。因像素點(diǎn)的電阻隨著溫度的變化而變化,其大小可測(cè)量,能通過(guò)校準(zhǔn)操作映射回目標(biāo)溫度。由于像素點(diǎn)有限定質(zhì)量,因此它們有相應(yīng)的熱時(shí)間常數(shù)?,F(xiàn)今基于微測(cè)輻射熱計(jì)熱像儀,其時(shí)間常數(shù)一般為8-12ms。但這并不意味著像素點(diǎn)能在8-12ms內(nèi)立即響應(yīng),并提供精確結(jié)果!一般經(jīng)驗(yàn)是:處理躍階輸入信號(hào)的一階系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的所需的時(shí)間是時(shí)間常數(shù)的5倍。


2、時(shí)間常數(shù)和思維實(shí)驗(yàn)


為了探討微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間,我們來(lái)打一個(gè)有趣的比方,假想有兩桶水:一桶是裝滿已攪拌均勻的0℃冰水,另一桶是100?C快速沸騰的沸水。讓微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器先對(duì)準(zhǔn)冰水,然后瞬間切換到沸水(100?C的躍階輸入),記錄這一過(guò)程的測(cè)溫結(jié)果。如果我們將10ms的熱時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)換成一半時(shí)間以便于計(jì)算,我們得到的值大約為7ms。

從0°C過(guò)渡到100°C的系統(tǒng)響應(yīng),tau=10ms,一半時(shí)間=7ms


我們來(lái)看微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器紅的報(bào)告結(jié)果,在7ms(即一個(gè)減半時(shí)間)時(shí)溫度為50?C,2個(gè)減半時(shí)間時(shí)溫度為75?C,3減個(gè)半時(shí)間時(shí)溫度為87.5?C等。如果我們嘗試以100幀/秒或在10ms時(shí)讀出溫度,結(jié)果會(huì)怎樣?熱像儀的讀數(shù)為63?C,產(chǎn)生了37?C的誤差。熱像儀會(huì)精確報(bào)告像素點(diǎn)的溫度,但是像素點(diǎn)尚未達(dá)到正檢測(cè)的場(chǎng)景的溫度。一般說(shuō)來(lái),如果將非制冷型微測(cè)熱輻射計(jì)的幀頻設(shè)置為30幀/秒以上時(shí),結(jié)果毫無(wú)意義!


3、真實(shí)數(shù)據(jù)

案例一:

我們來(lái)討論一下打印過(guò)程,此過(guò)程需要將打印紙加熱至60?C。打印紙繞著顯影輥輸出的速率為127厘米/秒,且在橫向、縱向溫度必須均勻。

打印紙離開(kāi)加熱輥的熱圖像


使用制冷型光子計(jì)數(shù)熱像儀與非制冷型微測(cè)熱輻射計(jì)熱像儀捕捉每邊的數(shù)據(jù)。


銻化銦探測(cè)器與非制冷型微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器在測(cè)量熱瞬時(shí)事件中的性能對(duì)比


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