วิธีการวัดอุณหภูมิแบบสัมผัสโดยทั่วไปมักจะไม่เพียงพอในสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว พิจารณาวัตถุที่เคลื่อนที่เร็วบนสายการผลิต หรือสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย เช่น สายไฟแรงสูง—จะวัดอุณหภูมิได้อย่างปลอดภัยและแม่นยำได้อย่างไร? เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดเป็นทางออก ช่วยให้วัดอุณหภูมิจากระยะไกลได้โดยไม่ต้องสัมผัสทางกายภาพ ซึ่งเป็นการปฏิวัติวงการอุตสาหกรรม การแพทย์ และภาคส่วนอื่นๆ
ภาพรวมของเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด
เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด หรือที่เรียกว่าเครื่องวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสหรือแบบแผ่รังสี จะวัดอุณหภูมิพื้นผิวโดยตรวจจับรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุ อุปกรณ์เหล่านี้จะแปลงพลังงานอินฟราเรดที่ได้รับเป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งจะถูกประมวลผลและแสดงเป็นค่าอุณหภูมิแบบดิจิทัลหรือแบบอะนาล็อก เมื่อเทียบกับเครื่องวัดอุณหภูมิแบบสัมผัสทั่วไป รุ่นอินฟราเรดมีข้อดีที่แตกต่างกัน:
เครื่องมือเหล่านี้พบการใช้งานในหลายอุตสาหกรรม:
หลักการพื้นฐานของรังสีอินฟราเรด
หลักการทำงานของเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดมาจากฟิสิกส์พื้นฐาน วัตถุทั้งหมดที่สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ (-273.15°C) จะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยมีคลื่นความถี่อินฟราเรดเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมนี้ ความเข้มและการกระจายความยาวคลื่นของรังสีอินฟราเรดสัมพันธ์โดยตรงกับอุณหภูมิของวัตถุ—อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะสร้างความเข้มของรังสีที่มากขึ้นที่ความยาวคลื่นสั้นลง
แนวคิดหลัก
สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า: รังสีอินฟราเรดครอบคลุมความยาวคลื่นระหว่าง 0.75 ถึง 1000 ไมโครเมตร ซึ่งอยู่ระหว่างแสงที่มองเห็นได้และไมโครเวฟ
การแผ่รังสีของวัตถุดำ: ตัวปล่อยที่สมบูรณ์แบบในอุดมคติที่ปฏิบัติตามกฎของพลังค์ ซึ่งอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มของการแผ่รังสี ความยาวคลื่น และอุณหภูมิทางคณิตศาสตร์
การแผ่รังสีของวัตถุสีเทา: วัตถุในโลกแห่งความเป็นจริงปล่อยรังสีน้อยกว่าวัตถุดำในอุดมคติ โดยมีค่าการแผ่รังสีต่ำกว่า 1
กลไกการทำงาน
เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามส่วน: ระบบออปติคัล ตัวตรวจจับ และวงจรประมวลผลสัญญาณ กระบวนการวัดเกี่ยวข้องกับขั้นตอนตามลำดับสี่ขั้นตอน:
การออกแบบระบบออปติคัล
ส่วนประกอบทางแสงจะรวมรังสีอินฟราเรดไปยังตัวตรวจจับ ซึ่งช่วยเพิ่มความไว วัสดุเช่น เจอร์เมเนียม ซิลิคอน หรือแก้วแคลโคจีไนด์จะส่งผ่านอินฟราเรดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่กระจกเคลือบทองคำหรือเงินให้การสะท้อนแสงสูง พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ ได้แก่:
เทคโนโลยีตัวตรวจจับ
| ประเภท | หลักการ | ข้อดี | ข้อจำกัด |
|---|---|---|---|
| เทอร์โมไพล์ | ผลกระทบซีเบค (ความร้อนเป็นไฟฟ้า) | ความไวสูง การตอบสนองที่รวดเร็ว เสถียร | ความไวต่ออุณหภูมิสิ่งแวดล้อม |
| ไพโรอิเล็กทริก | การเปลี่ยนแปลงโพลาไรเซชันของคริสตัล | การตอบสนองที่รวดเร็ว ความไวที่ดี | ไม่สามารถวัดอุณหภูมิคงที่ได้ |
| โฟโตอิเล็กทริก | การแปลงโฟตอน-อิเล็กตรอน | ความไวและความเร็วที่ยอดเยี่ยม | ต้องมีการระบายความร้อน ต้นทุนสูงขึ้น |
ข้อควรพิจารณาด้านความแม่นยำ
ปัจจัยหลายประการมีอิทธิพลต่อความแม่นยำในการวัด:
ค่าอ้างอิงการแผ่รังสี
| วัสดุ | การแผ่รังสี |
|---|---|
| อะลูมิเนียมขัดเงา | 0.05 |
| อะลูมิเนียมออกซิไดซ์ | 0.20 |
| ทองแดงขัดเงา | 0.03 |
| ทองแดงออกซิไดซ์ | 0.60 |
| ผิวหนังมนุษย์ | 0.98 |
| น้ำ | 0.96 |
| คอนกรีต | 0.95 |
วิธีการสอบเทียบ
การสอบเทียบเป็นประจำช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำอย่างต่อเนื่องผ่านเทคนิคหลักสามประการ:
บริการสอบเทียบแบบมืออาชีพโดยใช้อุปกรณ์ที่ได้รับการรับรองให้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือที่สุด
แอปพลิเคชันขั้นสูง: การถ่ายภาพความร้อน
กล้องอินฟราเรดขยายขีดความสามารถในการวัดจุดเดียวโดยการแสดงภาพการกระจายอุณหภูมิทั่วพื้นผิว ระบบเหล่านี้ใช้ชุดตัวตรวจจับเพื่อสร้างแผนที่ความร้อน ซึ่งพบการใช้งานใน:
การพัฒนาในอนาคต
เทคโนโลยีการวัดอุณหภูมิอินฟราเรดยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องด้วยแนวโน้มหลายประการ:
