Кіріспе

Инфрақызыл сәуле шығаруды өлшей отырып температураны анықтайтын термометр. Инфрақызыл термометр – өлшенетін дененің шығаратын жылулық сәулеленуінің бір бөлігінен температураны анықтайтын термометр. Олар кейде лазерлік термометрлер деп аталады, себебі лазер термометрді дұрыс бағыттауға көмектеседі, сондай-ақ контактісіз термометрлер немесе температураны өлшеуге арналған құралдар деп те аталады, бұл құрылғының температураны қашықтықтан өлшеу мүмкіндігін сипаттау үшін қолданылады. Денеден шығатын инфрақызыл энергия мөлшерін және оның эмиссивтілігін білу арқылы дененің температурасын нақты температурасының белгілі бір диапазонында анықтауға болады. Инфрақызыл термометрлер – «жылулық сәулелену термометрлері» деп белгілі құрылғылардың бір түрі. Кейде, әсіресе бөлме температурасына жақын жағдайларда, оқылымдар қате болуы мүмкін, себебі өлшенетін дененің сәулесінен гөрі, тіпті құралды ұстап тұрған адамның сәулесінен сәулеленудің шағылысуына және дұрыс емес эмиссивтілік туралы болжамға байланысты. Құрылымы негізінен инфрақызыл жылулық сәулеленуді детекторға бағыттайтын линзадан тұрады, ол сәулелену қуатын электр сигналына айналдырады, ал бұл сигнал қоршаған орта температурасы ескерілгеннен кейін температура бірліктерімен көрсетіледі. Бұл өлшенетін нысанмен жанаспай, қашықтықтан температураны өлшеуге мүмкіндік береді. Контактісіз инфрақызыл термометр терможұптар немесе басқа да зерттеу типіндегі сенсорларды қолдану мүмкін болмайтын немесе әртүрлі себептерге байланысты дәл деректер бермейтін жағдайларда температураны өлшеу үшін пайдалы.

Пайдалану үлгілері

Кейбір типтік жағдайлар – өлшенетін объектінің қозғалуы; объектінің индукциялық қыздыру сияқты электромагниттік өріспен қоршалғанда; объектінің вакуумда немесе басқа бақыланатын атмосферада орналасқанда; немесе жылдам жауап қажет болғанда, дәл беттік температураны анықтау қажеттігі туғанда немесе объектінің температурасы контактілік сенсорларға арналған ұсынылған пайдалану шегінен жоғары болғанда, сенсормен тікелей жанасу объектіге немесе сенсорға зақым келтіруі мүмкін немесе объектінің бетінде маңызды температура градиентін тудыруы мүмкін жағдайларда. Инфрақызыл термометрлер температураны бақылаудың кең ауқымында қолданылуы мүмкін. Мысалдардың кейбіреулері: қашықтан телескопты басқару үшін бұлттарды анықтау, механикалық немесе электр жабдықтарында температураны және ыстық нүктелерді тексеру, ауруханадағы пациенттердің температурасын тигізбей өлшеу, калибрлеу және бақылау үшін жылытқыштардың немесе пештердің температурасын тексеру, өрт сөндіру кезінде ыстық нүктелерді анықтау, қыздыру немесе салқындату процесіндегі материалдарды бақылау және жанартаулардың температурасын өлшеу. SARS коронавирусы және Эбола вирусы сияқты қызу тудыратын аурулардың эпидемиялық таралу кезеңінде инфрақызыл термометрлер тексеруден өтетін адамдардың арасында зиянды жұқтыруды болдырмай, келушілердің температурасын тексеру үшін қолданылды. 2020 жылы COVID-19 пандемиясы әлемді қамтыған кезде инфрақызыл термометрлер адамдардың температурасын өлшеу үшін пайдаланылды және қызу белгілері байқалған жағдайда оларды жұқтыру қаупі бар орындарға кіргізбеді. АҚШ-тағы FDA сияқты қоғамдық денсаулық сақтау органдары инфрақызыл термометрлердің дәлдігі мен тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін қағидалар жариялады. Инфрақызыл температураны сездіретін құрылғылардың көптеген түрлері бар, олар портативті, қолмен ұсталатын және стационарлық орнатулар ретінде қолданылады.

Дұрыс

Инфрақызыл термометрлер нақтылығы және бұрыштық жабылу сияқты техникалық сипаттамаларымен ерекшеленеді. Жай ғарыштар шамамен ±2 °C немесе ±4 °F өлшем қатесіне ие болуы мүмкін. Объектіге дейінгі қашықтық пен дақтың арақатынасы (D:S) – бұл температураны өлшейтін аймақтың диаметріне шаққандағы өлшенетін бетке дейінгі қашықтықтың арақатынасы. Мысалы, егер D:S арақатынасы 12:1 болса, өлшеу аймағының диаметрі нысанаға дейінгі қашықтықтың он екінші бөлігін құрайды. D:S арақатынасы жоғары термометр, төмен арақатынасы бар термометрге қарағанда, үлкен қашықтықтағы нақтырақ, тар аумақты сезуге қабілетті. 12:1 көрсеткіші бар құрылғы 1 фут қашықтықта 1 дюймдік шеңберді сезе алады, ал 10:1 көрсеткіші бар құрылғы 10 дюйм қашықтықта сол 1 дюймдік шеңберді анықтайды, ал 12 дюйм қашықтықта 1,2 дюймдік кеңірек, азырақ нақты шеңберді анықтайды. Идеалды нысаналық аймақ осы қашықтықтағы дақтан кем дегенде екі есе үлкен болуы керек, ал қашықтыққа шаққанда кішігірім аймақтар өлшеудің дәлдігін азайтады. Инфрақызыл термометрді нысанаға тым жақын қоймау керек, себебі бұл жақындық термометр корпусында жылу жиналып, сенсорды зақымдауы мүмкін. Өлшеу қатесі көбінесе тым үлкен қашықтықта ғана төмендейді, себебі шағылысу әсері және сенсордың көру бұрышына басқа жылу көздерінің енуіне байланысты. Стефан-Болцман заңына сәйкес, сәулелену қуаты температураның төртінші дәрежесіне пропорционалды, сондықтан өлшенетін бетте ыстық және салқын аймақтар болған жағдайда, көрсетілген температура нақты орташа температурадан жоғары болуы және төртінші дәрежесінің орташа мәніне жақын болуы мүмкін. Көптеген беттердің эмиссиялық қабілеті жоғары (көптеген биологиялық беттер үшін 0,9-дан жоғары), ал көптеген инфрақызыл термометрлер осы жеңілдетуші болжамға сүйенеді; алайда, жарықтандыратын беттердің эмиссиялық қабілеті жарықтандырмайтын беттерге қарағанда төмен. Кейбір сенсорлар жарықтандыратын және жарықтандырмайтын беттердің температурасын өлшеу үшін реттелетін эмиссиялық қабілет параметрімен жабдықталған. Реттелмейтін термометрді жарықтандыратын беттің температурасын өлшеу үшін жарықтандырмайтын бояу немесе таспа қолдануға болады, бірақ бұл кейбір дәлдікті жоғалтуға әкеледі. Сенсорды белгілі бір бетке калибрлеу немесе беттің эмиссиялық қабілетін өлшеу үшін де реттелетін эмиссиялық қабілет параметрі бар сенсорды пайдалануға болады. Егер беттің температурасы нақты белгілі болса (мысалы, контактілі термометрмен өлшеу арқылы), сенсордың эмиссиялық қабілет параметрін инфрақызыл әдісімен өлшенген температура контактілі әдіспен өлшенген температураға сәйкес келгенше реттеуге болады; эмиссиялық қабілет параметрі беттің эмиссиялық қабілетін көрсетеді, оны кейінірек ұқсас беттердің (ғана) өлшеулерінде ескеруге болады.

Инфрақызыл пирометр

Ең көп таралған инфрақызыл термометр – инфрақызыл пирометр немесе инфрақызыл пирометр, ол бетіндегі бір нүктеде температураны өлшейді (іс жүзінде, D:S қатынасымен анықталатын салыстырмалы түрде кішкентай аудан). Бұл құрылғылар әдетте өлшенетін ауданның ортасына көрінетін қызыл нүктені проекциялайды, ол өлшенетін нүктені анықтайды, бірақ өлшеу процесінде қатыспайды. Нақты өлшенетін бұрыштық аудан құрылғылардың арасында өзгеше болады және көрінетін нүктемен шектелмейді. Қатаң түрде термометрлер болмаса да, инфрақызыл сканерлеу жүйелері мен инфрақызыл термосуреттік камералар да осы санатқа жатады. Инфрақызыл сканерлеу жүйелері көбінесе айналмалы айнаға бағытталған нүктелік термометрді пайдаланып, үлкен аумақты сканерлейді. Бұл құрылғылар конвейерлер немесе "жел" процестерін қамтитын өндірісте кеңінен қолданылады, мысалы, пештен шығатын үлкен шыны немесе металл жамылғылары, мата және қағаз, немесе конвейерлік лента бойындағы материалдың үздіксіз үйінділері. Инфрақызыл термосуреттік камералар немесе инфрақызыл камералар – бұл, негізінен, салыстырмалы түрде үлкен аумақтағы көптеген нүктелерде температураны өлшейтін инфрақызыл сәулелі термометрлер, олар термограмма деп аталатын екі өлшемді кескінді жасайды, онда әр пиксель температураны көрсетеді. Бұл технология нүктелік немесе сканерлік термометрлерге қарағанда күштірек процессор мен бағдарламалық жасақтаманы қажет етеді және үлкен аумақтарды бақылау үшін қолданылады. Типик қолданылу аймақтарына әскери немесе қауіпсіздік қызметкерлері жүзеге асыратын периметрлік бақылау, өндірістік процестердің сапасын бақылау, сондай-ақ жабдықтардың немесе жабық кеңістіктердің ыстық немесе суық нүктелерін қауіпсіздік және тиімділік мақсатында бақылау кіреді. Инфрақызыл фильмі және тиісті линзалармен жабдықталған фотокамера да "инфрақызыл камера" деп аталады. Бұл құрылғы тек жақын инфрақызыл сәулелерді ғана түсіреді және бөлме температурасындағы заттардан шығатын жылулық сәулелерге сезімтал емес.