El termómetro infrarrojo es un dispositivo para personas inteligentes. Parte 1

La temperatura es la cantidad física más importante para la medición de la cual se han ideado numerosos métodos. Este artículo describe un método sin contacto para medir la temperatura utilizando un termómetro infrarrojo MT4004.
Por un lado, el dispositivo es muy simple de operar: apunte el termómetro al objeto, presione el botón: obtendrá el resultado y su sueño se hará realidad. Así cantó el grupo "Tecnología".
¿Pero por qué no eres feliz?



Esto se debe a que el propietario del termómetro debe tener algún conocimiento para determinar correctamente (pero aún mejor, comparar) la temperatura y usar hábilmente el dispositivo. Un termómetro ayudará a reducir sus costos e incluso a salvar una vida.
Este conocimiento, aplicación práctica y sutilezas al trabajar con un termómetro infrarrojo se describen en el artículo. No funcionará sin un análisis emocionante del dispositivo con el estudio de su interior.

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Serpientes, botones y la paradoja de la tetera:

si no tiene en cuenta varios tipos de producción de acuerdo con los regímenes tecnológicos, la gran mayoría de las personas sabe con seguridad solo unos pocos valores de temperatura: hielo derretido, el cuerpo de una persona sana, agua hirviendo.
Pero incluso estos números familiares 0, 36,6 y 100 tienen desviaciones. La temperatura corporal en diferentes lugares difiere, el punto de ebullición del agua depende de la presión atmosférica, etc.
La temperatura de todo lo demás nos excita al nivel de "frío-calor" y lo más importante, para que no vaya más allá del marco habitual.

Una persona puede determinar la temperatura a una distancia indirectamente a través de los órganos de audición (silbido), olfato (quemado) y visión (escapado).
Pero el canal principal es de 16,000 receptores térmicos dispersos por todo el cuerpo, gracias a los cuales se siente la radiación térmica del Sol, una hoguera y una batería de calentamiento.
Las serpientes de cascabel tienen dos receptores que tienen una sensibilidad infrarroja más alta que los humanos, lo que les permite cazar en la oscuridad completa.

Para ampliar su capacidad de medir la temperatura de forma remota, un hombre inventó un termómetro infrarrojo, uno de los cuales es el modelo MT4004, que permite una medición rápida de la temperatura de la superficie.



Para realizar una medición, presione el botón de encendido "ON" ubicado al lado del indicador.
Con una presión breve, el termómetro tomará una medición y registrará el resultado durante 15 segundos, hasta que se apague el dispositivo, lo cual es conveniente para determinar la temperatura en lugares de difícil acceso. Antes de apagar, el indicador muestra la inscripción "oFF".
Si el botón "ON" se mantiene presionado, el termómetro cambia al modo de medición continua a una frecuencia de dos veces por segundo. La velocidad seleccionada facilita la lectura de lecturas actualizadas.
En general, el dispositivo tiene dos botones. El segundo es "C / F", ubicado en la parte posterior de la caja y oculto en las entrañas del dispositivo. El acceso es a través de un agujero en el cuerpo con un palillo de dientes o un fósforo ligeramente puntiagudo. El botón le permite mostrar la temperatura en grados Celsius o Fahrenheit. Para cambiar el modo de visualización, encienda el termómetro presionando brevemente el botón "ON" y luego presione el botón "C / F". En nuestro país, los grados Fahrenheit prácticamente no se usan.
El rango de funcionamiento del termómetro es -27.4 ... +428 grados Fahrenheit (-33 ... +220 Celsius), por lo que no se pudo filmar la película " 451 grados Fahrenheit ". Para los quemadores de papel, el instrumento escribe "Hola", lo que significa que se supera el límite superior de medición.
En el polo sur, el dispositivo escribirá "Lo".
En dos pruebas, se encontró la inscripción "Er2", cuando el termómetro cortó una corriente de aire con una temperatura de 650 grados centígrados y cuando se acercó demasiado a la lámpara de confort de gas. Quizás fue un sensor de sobrecalentamiento. Es lógico que la inscripción "Er1" debe existir, pero no me pareció (¿tal vez es para mejor?).

Una tetera no es solo una característica de un especialista novato. Esta palabra también se refiere a un recipiente para calentar agua.
Mida la temperatura de un hervidor de agua hirviendo. Desafortunadamente, el chorro de vapor silbante no se observa en la foto, pero sí (como el gopher que no es visible). De lecturas de instrumentos y dependenciastemperatura de ebullición desde la altitud, uno pensaría que las mediciones se toman a una altitud de 22.5 km. Pero, de hecho, todo sucede mucho más bajo, ya que el operador es visible sin un traje espacial.



Si se usa el mismo hervidor de agua en los viajes de campamento, dependiendo del grado de su hollín, cuando el agua hierva, la temperatura de la caja aumentará a 95 ... 98 grados.
¿Qué ha cambiado, excepto el hollín que aparece en las paredes de la embarcación?
El fenómeno, paradójico a primera vista, se explica simplemente. A la misma temperatura, diferentes superficies emiten de manera diferente: algunas son más fuertes, otras son más débiles.

El estudio de la radiación infrarroja y la complejidad de su medición.

La radiación es radiación que puede ser ionizante, luego se usan dosímetros para medirla, lo que se discutirá más adelante. En la historia de hoy, la radiación se refiere a la radiación térmica (infrarroja), que se mide con un pirómetro de radiación .

Aunque la humanidad usó radiación térmica mucho antes de su descubrimiento en 1800, un estudio intensivo del rango infrarrojo de ondas electromagnéticas comenzó a partir de ese momento gracias al astrónomo inglés William Herschel.

En el rango de temperatura desde cero absoluto (no incluido) hasta el de Planck , todos los cuerpos emiten radiación en el rango infrarrojo de ondas electromagnéticas.
De acuerdo con la ley de Stefan - Boltzmann, la densidad aparente total de la radiación de equilibrio y la emisividad total de un cuerpo negro son proporcionales al cuarto grado de temperatura.
Entonces, midiendo la potencia de radiación, puede determinar la temperatura de la superficie.
Pero además del hecho de que el elemento sensible del termómetro de radiación no funciona en todo el rango de radiación, hay varios otros pero ...
1. La ley de Stefan-Boltzmann significa la cantidad total de energía radiada. La distribución de energía sobre el espectro de radiación se describe en la fórmula de Planck formulada en 1900. Incluso a la misma temperatura, la radiación consiste en muchas emisiones que tienen diferentes longitudes de onda, pero hay un único máximo en el espectro.
2. La posición del máximo en el espectro depende de la temperatura del objeto y está determinada por la ley de desplazamiento de Viena . Ejemplo: en el rango visible, cuando el metal se calienta, se vuelve rojo, y cuando la temperatura aumenta, la región de radiación "desaparece" a la región de alta frecuencia, cambiando de color a azul, que los herreros y los termistas usan en su trabajo.
La expresión "llevar al calor blanco" significa mucho calentamiento. Y no es deseable hacer esto con las personas.
Es importante para nosotros que con un cambio en la temperatura del objeto, cambie la potencia de la radiación térmica a la frecuencia de funcionamiento del sensor (receptor) del termómetro, y esto debe tenerse en cuenta al medir, especialmente para instrumentos con un amplio rango de medición.
3. Según la ley de radiación de Kirchhoff, la relación entre la emisividad de cualquier cuerpo y su capacidad de absorción es la misma para todos los cuerpos a una temperatura dada para una frecuencia dada y no depende de su forma y naturaleza química.
Presta atención a las palabras "a una temperatura dada". Para diferentes temperaturas, este coeficiente es diferente, incluso para un cuerpo.
El cuerpo negro absorbe toda la radiación incidente sobre él, por lo tanto, su emisividad también es igual a la unidad.
Desde el punto de vista de la termodinámica, todos los demás cuerpos reales no son negros, sino grises (incluso si para nosotros parecen negros o invisibles): tienen la capacidad de absorber menos que la unidad y, por lo tanto, su emisividad también es menor que la unidad.
En el estudio inicial de la radiación térmica de varios materiales, este hecho se demostró en 1804 utilizando un cubo hueco Leslie lleno de agua caliente , en el que las paredes verticales están cubiertas con una capa de diversos materiales: oro, plata, cobre y hollín. El lado del hollín (cerca del cuerpo negro) tiene un poder de radiación mucho mayor que los otros tres.
En la tetera, que se mostró arriba, no hay oro ni plata, pero la esencia de los procesos es similar.

Peter van Mushenbruck (autor del primer condensador llamado "Leiden Bank") en 1731 inventó un pirómetro óptico en el que la temperatura de un objeto estaba determinada por el color y el brillo.

Esta revisión considera un termómetro de radiación, que mide la potencia (intensidad) de la radiación térmica en una banda del espectro de radiación, sobre la base de la cual se calcula el valor de la temperatura.
También hay pirómetros de relación espectral (color) con varios receptores que operan en diferentes partes del espectro. Su principio de funcionamiento se basa en la dependencia del brillo de la energía de la temperatura en varias regiones del espectro a la vez.

El primer pirómetro portátil apareció en 1967. Desde entonces, ha habido una mejora en las características de peso y tamaño, precisión de medición y capacidades.

El dispositivo y su análisis.

40 gramos: este es el resultado de pesar un termómetro, cuyas dimensiones generales de las cuales 86.5x19.4x14.8 mm son comparables con mi dedo anular y solo superan ligeramente el tamaño de una batería AA.



Por un lado, para un bebé así, la masa es bastante grande, pero la carcasa de metal, además de belleza, solidez y resistencia, tiene otra función importante: permite que el dispositivo establezca rápidamente la temperatura ambiente, lo que mejora la precisión de la medición.
El tamaño en miniatura de la caja permite mediciones en lugares donde el acceso a otros pirómetros es difícil o imposible.

En humanos, una gran masa está determinada por una buena nutrición. ¿Y qué alimenta el termómetro infrarrojo?
La batería eléctrica consta de dos elementos alcalinos (manganeso-zinc) del tipo LR44, análogos: L1154, A76, G13, (tamaño de cuadro 357) con un voltaje de 1,5 voltios y una capacidad de 150 mA · hora.
Con elementos de plata-zinc del tipo V357, SR44, que tienen un voltaje de operación de 1.55 voltios y una capacidad de hasta 200 mA · h, no se probó el funcionamiento del termómetro infrarrojo.
Como experimento, se probaron baterías de zinc-aire ZA675 (PR44) con un voltaje de 1.4 voltios y una capacidad de 650 mAh. Al verificar el voltaje, se descubrió que el elemento recién comprado, válido hasta julio de 2017, produce solo 1.01 voltios. El primer pensamiento fue devolverlos al vendedor, pero llegó el segundo, lo que ayudó a encontrar una película interesante.. No se dice explícitamente sobre el bajo voltaje, pero después de despegar la película protectora que evita que el aire fluya, el voltaje comenzó a aumentar y después de un par de minutos aumentó a 1.4 voltios, que es la norma para este tipo de batería, un hecho interesante, poco conocido por el público en general .

Los elementos se instalan en el compartimento, cuyo acceso se abre después de desenroscar la cubierta de cromo.
El etiquetado de la batería y la instalación adecuada se muestran en la imagen dentro del compartimiento.



En el interior de la cubierta está el número de serie del producto. La placa no está pegada a la parte principal del dispositivo, pero su presencia le da solidez al producto.



En el cuerpo del dispositivo hay una marca "CE", que confirma que los productos cumplen con las normas de seguridad europeas para humanos, propiedades y el medio ambiente.

Estudiar el interior de la carcasa lleva a la idea de que la placa del dispositivo solo se puede quitar a través del compartimento de la batería.
Un intento de enganchar la funda de plástico que rodea la batería con un cable en forma de L no tuvo éxito. La razón es que el vidrio protector que cubre el indicador LCD del dispositivo se instala al ras con la carcasa de metal y evita el inicio del movimiento.



Las abrazaderas laterales son visibles en este "vidrio" de plástico, por lo que surgió la idea de que para desmontarlo era necesario levantarlo. El intento se llevó a cabo utilizando una delgada cuchilla clerical, luego (cuando apareció una hendidura) un cuchillo ordinario, y al final se utilizó un destornillador delgado.
El resultado de la operación: dos cuchillas de un cuchillo de oficina están dañadas (no es una pena), un pestillo del vidrio está roto (es una pena), aparecieron rasguños en el vidrio (mucha pena), el termómetro perdió un poco su presentación (tristemente). Es por eso que es deseable realizar el análisis del dispositivo al final de todos los experimentos de fotografía.
Después de que el destornillador penetró entre el vidrio protector y el indicador, la pared opuesta del vidrio protector "cayó" dentro de la caja de metal ... Quedó claro que el diseñador de este producto utilizó una solución que lo admira (el diseñador).
Desmontar no es fácil, ¡pero brillantemente simple! No se necesita ninguna adaptación, la fijación se debe a las propiedades elásticas de la funda de plástico y el colector de corriente, que levanta el vidrio protector en el corte de la ventana de visualización.

Para desmontar el termómetro MT4004, debe:
1. quitar las baterías;
2. baje la varilla de empuje de goma del botón debajo de la carcasa para facilitar la expulsión posterior;
3. Presione un dedo sobre el cristal protector del indicador para que caiga debajo del cuerpo y empuje el interior del dispositivo a través del compartimento de la batería.

Después de quitar la funda de plástico, tenemos la siguiente imagen, que también muestra baterías de zinc-aire con aberturas para la entrada de aire, así como un vidrio con un ojo roto.



Reverso de la manga.
El controlador está hecho en un diseño sin cables y está lleno de un compuesto.
El tablero está barnizado, el papel está marcado en el controlador, así como un marcador en el tablero.
Además de cosas pequeñas, a partir de detalles identificables hay:
93C46V1: un chip EEPROM en serie con organización de 64 registros de 16 bits o 128 registros de 8 bits, la capacidad total de 1.024 bits. El voltaje de suministro es de 1.8 a 5.5 voltios. Un programa no puede caber en ese volumen. Lo más probable es que contenga constantes para calibrar un sensor específico.
Un condensador rectangular de un tamaño relativamente grande con la designación 104J63, que representa 0.1 μfFh63V.
Botón de encendido "ON".
Falta un tornillo, ya que no hay espacio para la fijación en el clip.



A juzgar por la apariencia, un sensor analógico similar al TPS333 , que opera en el rango de 5 a 14 μm (μm) , se utiliza como un elemento sensible en el termómetro .



En el otro lado de la placa se encuentran: indicador LCD, cuarzo 32 768 Hz y el botón "C / F" (su cuerpo es más alto que el del botón "ON").



No hay quejas sobre la calidad de la soldadura, el montaje y la instalación, todo se hace a un alto nivel.

En la segunda parte, se esperan experimentos interesantes con este termómetro.
Álbum de fotos " Termómetro infrarrojo " con numerosas fotografías, incluidas las no incluidas en la revisión del termómetro infrarrojo.
Enlace a la página donde puede familiarizarse con las especificaciones técnicas, varios métodos de aplicación y comprar un termómetro infrarrojo MT4004.

Continuación del artículo: " Soplar o no soplar, y otros experimentos con un termómetro infrarrojo ".

Source: https://habr.com/ru/post/es380591/