Das Infrarot-Thermometer ist ein Gerät für intelligente Menschen. Teil 1

Die Temperatur ist die wichtigste physikalische Größe, für deren Messung zahlreiche Methoden entwickelt wurden. Dieser Artikel beschreibt eine berührungslose Methode zur Temperaturmessung mit einem Infrarot-Thermometer MT4004.
Einerseits ist das Gerät sehr einfach zu bedienen: Richten Sie das Thermometer auf das Objekt, drücken Sie die Taste - Sie erhalten das Ergebnis und Ihr Traum wird wahr! Also sang die Gruppe "Technologie".
Aber warum bist du nicht glücklich?



Dies liegt daran, dass der Besitzer des Thermometers einige Kenntnisse haben muss, um die Temperatur korrekt zu bestimmen (aber noch besser zu vergleichen) und das Gerät geschickt zu verwenden. Ein Thermometer hilft, die Kosten zu senken und sogar Leben zu retten.
Dieses Wissen, die praktische Anwendung und die Feinheiten bei der Arbeit mit einem Infrarot-Thermometer werden im Artikel beschrieben. Es wird nicht ohne eine spannende Analyse des Geräts mit der Untersuchung seiner Innenseiten auskommen.

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Schlangen, Knöpfe und das Paradox des Kessels

Wenn Sie verschiedene Arten der Produktion in Übereinstimmung mit technologischen Vorschriften nicht berücksichtigen, dann kennt die überwiegende Mehrheit der Menschen mit Sicherheit nur wenige Temperaturwerte: schmelzendes Eis, der Körper eines gesunden Menschen, kochendes Wasser.
Aber auch diese bekannten Zahlen 0, 36.6 und 100 weisen Abweichungen auf. Die Körpertemperatur an verschiedenen Orten ist unterschiedlich, der Siedepunkt von Wasser hängt vom atmosphärischen Druck usw. ab.
Die Temperatur von allem anderen erregt uns auf dem Niveau „heiß-kalt“ und vor allem, damit es nicht über den üblichen Rahmen hinausgeht.

Eine Person kann die Temperatur in einiger Entfernung indirekt über die Organe des Hörens (zischen), des Geruchs (ausgebrannt) und des Sehens (entkommen) bestimmen.
Der Hauptkanal besteht jedoch aus 16.000 im ganzen Körper verteilten Wärmerezeptoren, dank derer er die Wärmestrahlung der Sonne, ein Lagerfeuer und eine Heizbatterie spürt.
Klapperschlangen haben zwei Rezeptoren, die eine höhere Infrarotempfindlichkeit als Menschen haben, wodurch sie in völliger Dunkelheit jagen können.

Um seine Fähigkeit zur Fernmessung von Temperaturen zu erweitern, erfand ein Mann ein Infrarot-Thermometer, von dem eines das Modell MT4004 ist, mit dem die Oberflächentemperatur schnell gemessen werden kann.



Um eine Messung durchzuführen, drücken Sie den Netzschalter „ON“ neben der Anzeige.
Mit einem kurzen Druck nimmt das Thermometer eine Messung vor und zeichnet das Ergebnis 15 Sekunden lang auf - bis das Gerät ausgeschaltet wird. Dies ist praktisch, um die Temperatur an schwer zugänglichen Stellen zu bestimmen. Vor dem Ausschalten zeigt die Anzeige die Aufschrift „oFF“ an.
Wenn die Taste „ON“ gedrückt gehalten wird, wechselt das Thermometer mit einer Frequenz von zweimal pro Sekunde in den kontinuierlichen Messmodus. Die ausgewählte Geschwindigkeit erleichtert das Lesen aktualisierter Messwerte.
Im Allgemeinen verfügt das Gerät über zwei Tasten. Das zweite ist "C / F", das sich auf der Rückseite des Gehäuses befindet und im Darm des Geräts versteckt ist. Der Zugang dazu erfolgt durch ein Loch im Körper mit einem Zahnstocher oder einem leicht spitzen Streichholz. Mit der Schaltfläche können Sie die Temperatur in Grad Celsius oder Fahrenheit anzeigen. Um den Anzeigemodus umzuschalten, schalten Sie das Thermometer ein, indem Sie kurz die Taste „ON“ und dann die Taste „C / F“ drücken. In unserem Land werden Grad Fahrenheit praktisch nicht verwendet.
Der Betriebsbereich des Thermometers beträgt -27,4 ... +428 Grad Fahrenheit (-33 ... +220 Grad Celsius), sodass der Film " 451 Grad Fahrenheit " nicht gedreht werden konnte. Bei Papierbrennern schreibt das Instrument „Hi“, was bedeutet, dass die obere Messgrenze überschritten wird.
Am Südpol schreibt das Gerät „Lo“.
In zwei Tests wurde die Aufschrift „Er2“ gefunden - als das Thermometer einen Luftstrom mit einer Temperatur von 650 Grad Celsius durchtrennte und wenn es der Gaskomfortlampe zu nahe kam. Vielleicht war es ein Überhitzungssensor. Es ist logisch, dass die Inschrift „Er1“ existieren muss, aber es schien mir nicht (vielleicht ist es zum Besseren?).

Eine Teekanne ist nicht nur ein Merkmal eines unerfahrenen Spezialisten. Dieses Wort bezieht sich auch auf einen Behälter zum Erhitzen von Wasser.
Messen Sie die Temperatur eines kochenden Kessels. Leider ist der pfeifende Dampfstrahl auf dem Foto nicht zu sehen, aber er ist (wie der Gopher , der nicht sichtbar ist). Aus Instrumentenablesungen und AbhängigkeitenSiedetemperatur aus der Höhe Man würde denken, dass Messungen in einer Höhe von 22,5 km durchgeführt werden. Tatsächlich geschieht jedoch alles viel niedriger, da der Bediener ohne Raumanzug sichtbar ist.



Wenn der gleiche Wasserkocher für Campingausflüge verwendet wird, steigt die Temperatur des Gehäuses je nach Rußgrad beim Kochen des Wassers auf 95 bis 98 Grad.
Was hat sich geändert, außer dem Ruß, der an den Wänden des Gefäßes erscheint?
Das auf den ersten Blick paradoxe Phänomen wird einfach erklärt. Bei gleicher Temperatur emittieren unterschiedliche Oberflächen unterschiedlich: Einige sind stärker, andere schwächer.

Die Untersuchung der Infrarotstrahlung und die Komplexität ihrer Messung

Strahlung ist Strahlung, die ionisierend sein kann, dann werden Dosimeter verwendet, um sie zu messen, was später diskutiert wird. In der heutigen Geschichte bezieht sich auf thermische Strahlung (Infrarot - Strahlung), das durch eine Strahlung gemessen wird Pyrometer .

Obwohl die Menschheit Wärmestrahlung viel früher als ihre Entdeckung im Jahr 1800 nutzte, begann dank des englischen Astronomen William Herschel von diesem Moment an eine intensive Untersuchung des Infrarotbereichs elektromagnetischer Wellen.

Im Temperaturbereich von absolut Null (nicht inklusive) bis Planck Eins emittieren alle Körper Strahlung im Infrarotbereich elektromagnetischer Wellen.
Nach dem Gesetz von Stefan - BoltzmannDie Gesamtschüttdichte der Gleichgewichtsstrahlung und das Gesamtemissionsvermögen eines schwarzen Körpers sind proportional zum vierten Temperaturgrad.
Durch Messen der Strahlungsleistung können Sie also die Oberflächentemperatur bestimmen.
Neben der Tatsache, dass das empfindliche Element des Strahlungsthermometers nicht im gesamten Strahlungsbereich arbeitet, gibt es eine Reihe anderer, aber ...
1. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz bedeutet die Gesamtmenge der abgestrahlten Energie. Die Energieverteilung über das Strahlungsspektrum ist in der 1900 formulierten Planck- Formel beschrieben . Selbst bei gleicher Temperatur besteht Strahlung aus vielen Emissionen mit unterschiedlichen Wellenlängen, aber es gibt ein einziges Maximum im Spektrum.
2. Die Position des Maximums im Spektrum hängt von der Temperatur des Objekts ab und wird durch das Wiener Verschiebungsgesetz bestimmt . Beispiel: Im sichtbaren Bereich wird das Metall beim Erhitzen rot, und mit zunehmender Temperatur „verschwindet“ der Strahlungsbereich in den Hochfrequenzbereich und ändert seine Farbe in blau, was Schmiede und Thermiker bei ihrer Arbeit verwenden.
Der Ausdruck "auf weiße Hitze bringen" bedeutet - sehr viel Aufwärmen. Und es ist unerwünscht, dies mit Menschen zu tun.
Für uns ist es wichtig, dass sich bei einer Änderung der Temperatur des Objekts die Leistung der Wärmestrahlung bei der Betriebsfrequenz des Sensors (Empfängers) des Thermometers ändert, und dies muss bei der Messung berücksichtigt werden, insbesondere bei Instrumenten mit einem großen Messbereich.
3. Nach dem Gesetz der Kirchhoffschen StrahlungDas Verhältnis des Emissionsvermögens eines Körpers zu seiner Absorptionskapazität ist für alle Körper bei einer bestimmten Temperatur für eine bestimmte Frequenz gleich und hängt nicht von ihrer Form und chemischen Natur ab.
Achten Sie auf die Worte "bei einer bestimmten Temperatur". Für verschiedene Temperaturen ist dieser Koeffizient unterschiedlich - sogar für einen Körper.
Der schwarze Körper absorbiert die gesamte auf ihn einfallende Strahlung, daher ist sein Emissionsgrad auch gleich Eins.
Aus thermodynamischer Sicht sind alle anderen realen Körper nicht schwarz, sondern grau (auch wenn sie für uns schwarz oder unsichtbar erscheinen) - sie haben die Fähigkeit, weniger als Einheit zu absorbieren, und daher ist auch ihr Emissionsgrad geringer als Einheit.
In einer ersten Untersuchung der Wärmestrahlung verschiedener Materialien wurde diese Tatsache 1804 mit Hilfe eines mit heißem Wasser gefüllten hohlen Leslie- Würfels demonstriert , in dem die vertikalen Wände mit einer Schicht aus verschiedenen Materialien bedeckt sind: Gold, Silber, Kupfer und Ruß. Die Seite des Rußes (nahe am schwarzen Körper) hat eine Strahlungsleistung, die viel größer ist als die der anderen drei.
In der oben gezeigten Teekanne gibt es kein Gold und Silber, aber die Essenz der Prozesse ist ähnlich.

Peter van Mushenbruck (Autor des ersten Kondensators namens „Leiden Bank“) erfand 1731 ein optisches Pyrometer, bei dem die Temperatur eines Objekts durch Farbe und Helligkeit bestimmt wurde.

In dieser Übersicht wird ein Strahlungsthermometer betrachtet, das die Leistung (Intensität) der Wärmestrahlung in einem Band des Strahlungsspektrums misst, auf dessen Grundlage der Temperaturwert berechnet wird.
Es gibt auch Spektralverhältnis- (Farb-) Pyrometer mit mehreren Empfängern, die in verschiedenen Teilen des Spektrums arbeiten. Ihr Funktionsprinzip basiert auf der Abhängigkeit der Energiehelligkeit von der Temperatur in mehreren Bereichen des Spektrums gleichzeitig.

Das erste tragbare Pyrometer erschien 1967. Seitdem haben sich die Gewichts- und Größenmerkmale, die Messgenauigkeit und die Fähigkeiten verbessert.

Das Gerät und seine Analyse

40 Gramm - dies ist das Ergebnis des Wiegens eines Thermometers, dessen Gesamtabmessungen 86,5 x 19,4 x 14,8 mm mit meinem Ringfinger vergleichbar sind und die Größe einer AA-Batterie nur geringfügig überschreiten.



Einerseits ist die Masse für ein solches Baby ziemlich groß, aber das Metallgehäuse hat neben Schönheit, Festigkeit und Festigkeit eine weitere wichtige Funktion: Es ermöglicht dem Gerät, die Umgebungstemperatur schnell einzustellen, was die Messgenauigkeit verbessert.
Die Miniaturgröße des Gehäuses ermöglicht Messungen an Orten, an denen der Zugang zu anderen Pyrometern schwierig oder unmöglich ist.

Beim Menschen wird eine große Masse durch gute Ernährung bestimmt. Und was speist das Infrarot-Thermometer?
Die Leistungsbatterie besteht aus zwei alkalischen (Mangan-Zink) Zellen vom Typ LR44, Analoga: L1154, A76, G13 (Baugröße 357) mit einer Spannung von 1,5 Volt und einer Kapazität von 150 mAh.
Bei Silber-Zink-Elementen vom Typ V357, SR44 mit einer Betriebsspannung von 1,55 Volt und einer Kapazität von bis zu 200 mA · h wurde der Betrieb des Infrarot-Thermometers nicht getestet.
Als Experiment wurden ZA675 (PR44) Luft-Zink-Batterien mit einer Spannung von 1,4 Volt und einer Kapazität von 650 mAh getestet! Bei der Überprüfung der Spannung wurde festgestellt, dass das gerade gekaufte Element, das bis Juli 2017 gültig ist, nur 1,01 Volt erzeugt. Der erste Gedanke war, sie an den Verkäufer zurückzugeben, aber der zweite kam, was dazu beitrug, einen interessanten Film zu finden. Es wird nicht explizit über Niederspannung gesprochen, aber nach dem Abziehen des Schutzfilms, der das Einströmen der Luft verhindert, begann die Spannung anzusteigen und stieg nach einigen Minuten auf 1,4 Volt an, was die Norm für diesen Batterietyp ist - eine interessante Tatsache, die der Öffentlichkeit wenig bekannt ist .

Im Fach sind Elemente installiert, deren Zugang nach dem Abschrauben der Chromabdeckung geöffnet wird.
Die Kennzeichnung der Batterie und die ordnungsgemäße Installation sind auf dem Bild im Fach dargestellt.



Auf der Innenseite der Abdeckung befindet sich die Seriennummer des Produkts. Das Nummernschild ist nicht auf den Hauptteil des Geräts geklebt, aber seine Anwesenheit verleiht dem Produkt Festigkeit.



Auf dem Gehäuse des Geräts befindet sich ein CE-Zeichen, das bestätigt, dass die Produkte den europäischen Sicherheitsstandards für Mensch, Eigentum und Umwelt entsprechen.

Das Studium der Innenseiten des Gehäuses führt zu der Idee, dass die Geräteplatine nur durch das Batteriefach entfernt werden kann.
Ein Versuch, die die Batterie umgebende Plastikhülle mit einem L-förmigen Draht einzuhaken, war erfolglos. Der Grund dafür ist, dass das Schutzglas, das die LCD-Anzeige des Geräts abdeckt, bündig mit dem Metallgehäuse installiert ist und den Beginn der Bewegung verhindert.



Auf diesem Kunststoffglas sind seitliche Klammern sichtbar, so dass die Idee entstand, dass es für die Demontage erforderlich war, es hochzuziehen. Der Versuch wurde unter Verwendung einer dünnen Büroklinge, dann (als ein Schlitz erschien) eines gewöhnlichen Messers und am Ende eines dünnen Schraubendrehers durchgeführt.
Das Ergebnis der Operation: Zwei Klingen eines Schreibmessers sind beschädigt (schade), ein Riegel am Glas ist gebrochen (schade), Kratzer auf dem Glas (sehr schade), das Thermometer hat sein Aussehen ein wenig verloren (leider). Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die Analyse der Vorrichtung am Ende aller Experimente mit dem Fotografieren durchzuführen.
Nachdem der Schraubendreher zwischen das Schutzglas und den Indikator eingedrungen war, „fiel“ die gegenüberliegende Wand des Schutzglases in das Metallgehäuse ... Es wurde klar, dass der Designer dieses Produkts eine Lösung verwendete, die ihn (den Designer) bewundern lässt.
Demontage ist nicht einfach, aber genial einfach! Es ist keine Anpassung erforderlich, die Fixierung ist auf die federnden Eigenschaften der Kunststoffhülle und des Stromkollektors zurückzuführen, der das Schutzglas in den Ausschnitt des Sichtfensters hebt.

Um das MT4004-Thermometer zu zerlegen, müssen Sie:
1. die Batterien entfernen;
2. Senken Sie die Gummidruckstange des Knopfes unter das Gehäuse, um das spätere Auswerfen zu erleichtern.
3. Drücken Sie mit einem Finger auf das Schutzglas der Anzeige, so dass es unter den Körper fällt, und schieben Sie das Innere des Geräts durch das Batteriefach.

Nach dem Entfernen der Plastikhülle haben wir das folgende Bild, das auch Luft-Zink-Batterien mit Öffnungen für den Lufteinlass sowie ein Glas mit einem gebrochenen Auge zeigt.



Rückseite der Hülse.
Die Steuerung ist bleifrei ausgeführt und mit einer Verbindung gefüllt.
Die Platine ist lackiert, das Papier ist auf dem Controller sowie eine Markierung auf der Platine markiert.
Neben kleinen Dingen gibt es aus identifizierbaren Details:
93C46V1 - ein serieller EEPROM-Chip mit einer Organisation von 64 Registern mit 16 Bit oder 128 Registern mit 8 Bit und einer Gesamtkapazität von 1.024 Bit. Die Versorgungsspannung beträgt 1,8 bis 5,5 Volt. Ein Programm kann nicht in ein solches Volume passen. Höchstwahrscheinlich enthält es Konstanten zum Kalibrieren eines bestimmten Sensors.
Ein rechteckiger Kondensator von relativ großer Größe mit der Bezeichnung 104J63, der für 0,1 μfFh63V steht.
Netzschalter „ON“.
Eine Schraube fehlt, da im Clip kein Platz für die Befestigung vorhanden ist.



Dem Aussehen nach wird im Thermometer ein analoger Sensor ähnlich dem TPS333 verwendet , der im Bereich von 5 bis 14 μm (µm) arbeitet .



Auf der anderen Seite der Platine befinden sich: LCD-Anzeige, 32 768 Hz Quarz und die Taste „C / F“ (ihr Körper ist höher als der der Taste „ON“).



Es gibt keine Beschwerden über die Qualität des Lötens, Montierens und Installierens, alles wird auf hohem Niveau erledigt.

Im zweiten Teil werden interessante Experimente mit diesem Thermometer erwartet.
Fotoalbum „ Infrarot-Thermometer “ mit zahlreichen Fotos, einschließlich solcher, die nicht in der Überprüfung des Infrarot-Thermometers enthalten sind.
Link zu der Seite, auf der Sie sich mit technischen Daten und verschiedenen Anwendungsmethoden vertraut machen und ein Infrarot-Thermometer MT4004 erwerben können.

Fortsetzung des Artikels: " Blasen oder nicht blasen und andere Experimente mit einem Infrarot-Thermometer ."

Source: https://habr.com/ru/post/de380591/