ترمومتر لیزری چیست و چگونه کار می کند؟

انواع دماسنج ها

در پاسخ به این سوال که ترمومتر لیزری چیست ابتدا باید دید ترمومترها به چنددسته تقسیم می شوند. دماسنج ها را می توان به دو دسته تماسی یا غیر تماسی طبقه بندی کرد. همانطور که از نامش بر می آید، دماسنج های تماسی باید با هدف تماس داشته و جسم مورد نظر را لمس کنند. برای مثال دماسنجی که برای دمای لامپ استفاده میشود، خارج از چارچوب استفاده، دمای هوا را نیز در تماس مستقیم با هوا اندازه گیری می کند. ترمومترهای دو کانال و کاربرانی که از ترموکوپل و RTD استفاده می کنند، دارای نمونه هایی از ترمومتر های تماسی هستند. دماسنج تماسی ارزان و دقیق است، و این باعث می شود که آنها بیشترین نوع دماسنج در اندازه گیری دما را داشته باشند.

اما با این حال، کار با دماسنج تماسی محدودیت دارد. آن ها اغلب زمان می برند تا به “دمای بالا” برسند لذا این ترمومترها را برای نصب ثابت به طور مداوم برای نظارت بر درجه حرارت مناسب تر می کنند تا بررسی سریع نقطه به نقطه درجه حرارت. فضای ناکافی، فاصله با هدف، اهداف حرکتی یا شرایط محیطی نیز ممکن است توانایی آنها را برای تماس با هدف محدود کند. این شرایط باعث می شود تا دسته دماسنج های غیر تماسی با روش سنجش اشعه مادون قرمز بدون نیاز به تماس با هدف جای خود را باز می کنند.

مادون قرمز چیست؟              

اشعه مادون قرمز یکی از اشکال بسیاری از انرژی الکترومغناطیسی است و از طول موج های انرژی فقط طولانی تر از نور قابل مشاهده است. مادون قرمز مانند نور مرئی، می تواند متمرکز شده، منعکس شده و یا جذب شود.

تمام مواد در دمای بالای صفر مطلق به طور دائم انرژی مادون قرمز را به علت ارتعاش طبیعی مولکولها منتشر کرده و از سطح تمام اشیاء این انرژی صادر میگردد. این ارتعاش و انرژی مادون قرمز مربوطه متناسب با دمای ماده است: از ماده گرمتر، ارتعاش بیشتر و انرژی مادون قرمز بیشتری منتشر می شود. اشعه مادون قرمز یک قطعه می تواند طول موج از میکرون تا چند صد میکرون داشته باشد. ترمومتر مادون قرمز، اشعه مادون قرمز را با طول موج 4 تا 14 میکرون اندازه گیری می کند.

ترمومتر مادون قرمز چیست؟

حالا میتوان به این نکته پرداخت که ترمومتر لیزری چیست؟ دماسنج های Infrared یا ترمومترهای مادون قرمز دستگاه های سنجش دما هستند که از تابش الکترومغناطیسی برای خواندن سطوح دمای سطح بصورت غیر تماسی استفاده می کنند. دماسنج مادون قرمز، گاهی اوقات به نام پیرومتر، به طور گسترده در بسیاری از صنایع و محیط استفاده می شود. آنها مخصوصا برای کاربردهای مفید هستند که در آن خواندن دمای نقطه به نقطه مورد نظر است یا در جایی که سنسورهای دما معمولی قابل استفاده نیستند.

مزیت دماسنج مادون قرمز (لیزری) نسبت به دماسنج پروب معمولی (تماسی) سرعت و انجام پروسه دماسنجی بدون تماس است. لذا از خطراتی که از نزدیک شدن به  اجسام داغ ممکن است برای کاربر ایجاد شود جلوگیری میشود. طرز کار ترمومتر مادون قرمز نیز بسیار آسان است، به سادگی نقطه لیزر ابزار را بر جسمی که شما می خواهید دمای آن را اندازه گیری کنید قرار داده و درجه حرارت را در LCD دستگاه قرائت می کنید

دماسنج مادون قرمز چگونه کار می کنند؟

ترمومتر غیرتماسی از یک لنز برای تمرکز انرژی مادون قرمز منتشر شده از یک جسم به یک آشکارساز، به نام ترموپلی استفاده میکند. این آشکارساز به نوبه خود این انرژی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند که پس از جبران دمای محیط، به واحد نمایش دما داده می شود. فیلتر سازی و پردازش سیگنال تقویت و تثبیت سیگنال برای خواندن دقیق تر و خطی نیز در اینجا انجام میپذیرد و در آخر میزان حرارت جسم بر روی صفحه نمایش دستگاه نقش می بندد.

محدودیت های ترمومتر لیزری چیست؟ :

• همانطور که سطح یک شی که مادون قرمز را منتشر می کند، ترمومتر غیرتماسی مادون قرمز دمای داخل آن را اندازه گیری نمی کند. به عبارتی ترمومتر لیزری نفوذی نیست و فقط سطحی است
• شما نمی توانید دقیقا دمای هر نوع پوشش (شیشه، پلی اتیلن، فیلم چسبیده و اجسام تابش دهنده نور یا صیقلی و غیره) را اندازه گیری کنید.
• هر سطحی که اندازه گیری می کنید باید پاک و بدون گرد و خاک باشد.
• دمای هوا را نمی توان با یک دماسنج مادون قرمز اندازه گیری کرد.

برنامه های کاربردی برای دماسنج مادون قرمز چیست؟

دماسنج مادون قرمز دارای انواع و اقسام بسیاری است و از ترمومتر کوچک و ارزان تا ترمومتر دقیق و باکیفیت فوق العاده؛ و از کاربرد طبی و پزشکی تا کاربرد صنعتی و تهویه مطبوع را پوشش می دهد. به خاطر استفاده راحتتر معمولا ترمومترهای لیزری را به شکل تفنگی می سازند. اما در بخش صنعتی ترمومتر لیزری تفنگی جزء ابزار ضروری در جعبه ابزار تکنسین بشمار می رود. آنها می توانند در هر کجا و در هر زمان کار کنند. برخی از برنامه های کاربردی و عملکردی رایج این ترمومترها عبارتند از:

موارد استفاده ترمومتر لیزری چیست؟

چک کردن دمای بدن بیمار، کودک یا نوزاد در مدل های ترمومتر پزشکی اینفرارد –     چک کردن تجهیزات مکانیکی برای نقاط داغ که ممکن است نشانه ای از وقوع نقص باشد
–     بازرسی پانل های الکتریکی، قطع کننده های مدار و خروجی ها برای پیدا کردن نقاط داغ
– چک کردن دمای بخاری، مشعل، اجاق گاز و کوره ذوب برای اهداف کالیبراسیون و کنترل
–     تشخیص نقاط داغ / انجام تشخیص در تولید تخته مدار الکتریکی
– بررسی نقاط داغ در شرایط آتش سوزی
–     مانیتورینگ مواد و سطوح در فرآیند گرمایش و خنک کننده مثل چیلر یا هواساز، برای تحقیق و توسعه یا تولید شرایط کنترل کیفیت
–     شناسایی نقاط گرم / سرد در حین بازرسی خانه یا سردخانه برای پیدا کردن نقاط هدر دهنده گرما و یا برای تعیین اینکه آیا عایق بکار رفته در محل کافی است
– بررسی دمای اجسام به عنوان بخشی از نگهداری خودکار

برخی از رایج ترین مشخصات و ویژگی های ترمومتر مادون قرمز که می توانند در فروش ترمومتر لیزری موثر باشند عبارتند از:

ضریب تابش

ضریب تابش یا ضریب تشعشع یا Emissivity به عنوان نسبت انرژی تابش شده از یک سطح ماده به آنچه که از یک سیاهچاله (یک فرستنده کامل) در همان دما و طول موج و تحت شرایط مشابه مشاهده می شود، تعریف می شود.به عبارت دیگر Emissivity یک جسم  به توانایی یک ماده برای انتشار تابش حرارتی اشاره دارد به عنوان مثال، اگر یک جسم قادر به انتشار 100 واحد انرژی بود، اما تنها 90 واحد را در دنیای واقعی منتشر می کند، این شیء مقدار انتشاری معادل 0.90 را دارد. در دنیای واقعی هیچ “جسم سیاه” کاملی  وجود ندارد.

اگر جسمی تمام انرژی تابش شده را منعکس کند برای میزان انتشار آن عدد 0.0 را در نظر میگیرند. در دنیا تقریبا هیچ منعکس کننده کاملی نیز وجودندارد. مثلا مقدار انتشار گرمایی فویل آلومینیوم 0.03 است. بنابراین اکثر اشیاء دارای میزان اشباع بین 0 و 1 هستند. بدست آوردن اندازه گیری دقیق در مواد کم انتشاری می تواند بسیار چالش برانگیز باشد، به همین علت ترمومترهای لیزری برای سنجش دمای اجسام براق و صیقلی مورد مناسبی نیستند. بعضا ترمومترهای لیزری با قابلیت تنظیم این پارامتر میتوانند نتیجه دقیقتری به کاربر نشان دهند.  جداول Emissivity استانداردهای مواد مشترک را ارائه می دهند که کاربران می توانند تنظیمات را برای مدل هایی با چنین قابلیت هایی تنظیم کنند.

جدول زیر تنها یک انتخاب کوچک از مقادیر مختلف انتشار است

نسبت فاصله به قطر نقطه سنجش

نسبت فاصله تا قطر نقطه سنجش، معمولا به صورت اختصار به عنوان D: Sنشان داده می شود. به اندازه ناحیه اندازه گیری (نقطه) اشاره دارد، زمانی که دستگاه در فاصله ای معین از هدف نگه داشته می شود. به عنوان مثال، یک واحد با نسبت 20: 1 D: S یک قطر اندازه گیری قطر 1 “زمانی که 20” از هدف قرار می گیرد، یا 2 “نقطه زمانی که در فاصله 40”  نگه داشته می شود.

این یک قابلیت مهم است زیرا نقطه هدف معمولا یک منطقه است که در آن درجه حرارت به طور متوسط سنجیده می شود. اگر هدف واقعی بسیار کوچک باشد، بهتر است یک واحد با نسبت بالاتر داشته باشید تا اندازه گیری های نادرست را از بین نبرید و شامل مناطقی نباشید که در اندازه گیری قرار گرفته اند. محاسبه اندازه نقطه با استفاده از نسبت D: S ممکن است گمراه کننده برای واحدهای تمرکز نزدیکی یا آنهایی باشد که فاصله های طولانی را شامل می شوند

اشعه لیزر

لیزرها اغلب بر روی ترمومتر های مادون قرمز یافت می شود آنطور که آن ها را معمولا ترمومتر لیزری نام نهاده اند. اما برخلاف تصور مشهور لیزر در سنجش دما توسط ترمومتر نقشی ندارد. بلکه تنها عملکرد آنها کمک به یافتن هدف واحد جهت دماسنجی است. اما باید درنظر گرفت که منطقه اندازه گیری واقعی توسط لنز ترمومتر بصورت دایره ای بزرگتر از نقطه قرمز لیزر است و نقطه لیزر نیز کمی بالاتر از مرکز دایره سنجش است. ترمومترها در دماهای پاینتر به یک اشعه لیزر و در دماهای بالا به دو یا سه اشعه لیزر جهت مکان یابی آسانتر مجهز هستند.  در ترمومترهای دو لیزری یا بیشتر، اشعه های لیزر معمولا حدود دایره سنجش را مشخص میکنند.

محدوده طیفی

نور مادون قرمز از طول موجهای 0.7 تا 1000 میکرومتر تشکیل شده است. محدوده طیفی به طیف خاصی از طول موجهایی که توسط یک دماسنج مادون قرمز گرفته شده است اشاره دارد. بیشتر دماسنج های مادون قرمز زیر 20 میکرومتر کار می کنند. این به خاطر بهره وری هزینه و همچنین اثرات منفی بر دقت ناشی از جو در طول موج های طولانی است.
علاوه بر اینها، دماسنج های مادون قرمز می تواند شامل ویژگی های دیگر از جمله ارتباطات (معمولا برای اتصال به کامپیوترها)، ثبت اطلاعات (کارت های حافظه یا دیتالاگر)، حفاظت از نفوذ(IP) ، همراهی با دیگر دستگاهها نظیر رطوبت سنج ها و … باشد.

چیزهایی که در هنگام انتخاب یک دماسنج اینفرارد (لیزری)  مورد توجه قرار می گیرند:
  

   آیا دستگاه باید دستی(پرتابل) باشد یا ثابت ؟
     اندازه و فاصله هدف چیست؟
     چه اندازه از سطح اندازه گیری می شود؟
     دامنه دمای مورد نیاز چقدر است؟
     میزان دقت قابل قبول برای ثبت دما چه مقدار است؟
     محیط سنجش دما دارای چه شرایطی است؟
     آیا ورود و ثبت داده یا امکان ارتباطات دستگاه با وسایل جانبی لازم است؟
     الزامات خروجی دستگاه چیست؟

نکاتی در نگهداری ترمومترهای لیزری:

• از ضربه زدن به ترمومتر و یا انداختن آن جدا اجتناب کنید
• باید از لنز دماسنج مادون قرمز مراقبت لازم صورت گیرد. امواج مادون قرمز توسط لنز متمرکز شده و فیلتر می شوند، بنابراین اگر لنز کثیف شده یا آسیب ببیند ، دقت آن می تواند در برخی از درجه حرارت ها تغییر کند.
• معمولا ترمومترها درجه حفاظت بالایی در برابر آب و رطوبت ندارند. به عبارت دیگر معمولا ترمومترها ضدآب نیستند، لذا از گذاشتن آن ها در مجاورت رطوبت باید خودداری شود.
• پس از چند مدت استفاده از دستگاه ترمومتر لیزری، باید برای کالیبراسیون مجدد آن اقدام کرد تا ترمومتر دقیقتری را داشته باشیم.