Le thermomètre infrarouge est un appareil pour les gens intelligents. Partie 1

La température est la grandeur physique la plus importante pour la mesure de laquelle de nombreuses méthodes ont été conçues. Cet article décrit une méthode sans contact pour mesurer la température à l'aide d'un thermomètre infrarouge MT4004.
D'une part, l'appareil est très simple à utiliser: pointez le thermomètre sur l'objet, appuyez sur le bouton - vous obtiendrez le résultat, et votre rêve deviendra réalité! Alors a chanté le groupe "Technology".
Mais pourquoi n'êtes-vous pas heureux?



En effet, le propriétaire du thermomètre doit avoir certaines connaissances afin de déterminer correctement (mais encore mieux - comparer) la température et d'utiliser habilement l'appareil. Un thermomètre contribuera à réduire ses coûts et même à sauver une vie.
Cette connaissance, cette application pratique et ces subtilités dans le travail avec un thermomètre infrarouge sont décrites dans l'article. Il ne se passera pas sans une analyse passionnante de l'appareil avec l'étude de son intérieur.

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vous ne tenez pas compte des différents types de production conformément aux régimes technologiques, la grande majorité des gens ne connaissent à coup sûr que quelques valeurs de température: la fonte des glaces, le corps d'une personne en bonne santé, l'eau bouillante.
Mais même ces nombres familiers 0, 36,6 et 100 ont des écarts. La température corporelle à différents endroits diffère, le point d'ébullition de l'eau dépend de la pression atmosphérique, etc.
La température de tout le reste nous excite au niveau "chaud-froid" et surtout, pour qu'elle ne dépasse pas le cadre habituel.

Une personne peut déterminer la température à distance indirectement à travers les organes de l'audition (sifflement), de l'odorat (grillé) et de la vision (échappé).
Mais le canal principal est constitué de 16 000 récepteurs thermiques dispersés dans tout le corps, grâce auxquels il ressent le rayonnement thermique du soleil, un feu de joie et une batterie chauffante.
Les crotales ont deux récepteurs qui ont une sensibilité infrarouge plus élevée que les humains, ce qui leur permet de chasser dans l'obscurité totale.

Pour accroître sa capacité à mesurer la température à distance, un homme a inventé un thermomètre infrarouge, dont le modèle MT4004, qui permet une mesure rapide de la température de surface.



Pour prendre une mesure, appuyez sur le bouton d'alimentation «ON» situé à côté de l'indicateur.
En appuyant brièvement, le thermomètre prendra une mesure et enregistrera le résultat pendant 15 secondes - jusqu'à ce que l'appareil soit éteint, ce qui est pratique pour déterminer la température dans des endroits difficiles d'accès. Avant de s'éteindre, l'indicateur affiche l'inscription «oFF».
Si le bouton «ON» est maintenu enfoncé, le thermomètre passe en mode de mesure continue à une fréquence de deux fois par seconde. La vitesse sélectionnée facilite la lecture des relevés mis à jour.
En général, l'appareil possède deux boutons. Le second est «C / F», situé à l'arrière du boîtier et caché dans les entrailles de l'appareil. L'accès se fait par un trou dans le corps avec un cure-dent ou une allumette légèrement pointue. Le bouton vous permet d'afficher la température en degrés Celsius ou Fahrenheit. Pour changer le mode d'affichage, allumez le thermomètre en appuyant brièvement sur le bouton «ON», puis appuyez sur le bouton «C / F». Dans notre pays, les degrés Fahrenheit ne sont pratiquement pas utilisés.
La plage de fonctionnement du thermomètre est de -27,4 ... +428 degrés Fahrenheit (-33 ... +220 degrés Celsius), donc le film " 451 degrés Fahrenheit " n'a pas pu être tourné. Pour les brûleurs à papier, l'instrument écrit «Hi», ce qui signifie que la limite de mesure supérieure est dépassée.
Au pôle sud, l'appareil écrira «Lo».
Dans deux tests, l'inscription «Er2» a été trouvée - lorsque le thermomètre a coupé un courant d'air à une température de 650 degrés Celsius et quand il s'est approché trop près de la lampe de confort au gaz. C'était peut-être un capteur de surchauffe. Il est logique que l'inscription «Er1» doit exister, mais elle ne m'a pas paru (peut-être est-ce pour le mieux?).

Une théière n'est pas seulement une caractéristique d'un spécialiste débutant. Ce mot fait également référence à un récipient pour chauffer l'eau.
Mesurer la température d'une bouilloire bouillante. Malheureusement, le jet de vapeur sifflant n'est pas observé sur la photo, mais il l'est (comme le gopher qui n'est pas visible). Des lectures et dépendances des instrumentstempérature d'ébullition de l'altitude on pourrait penser que les mesures sont prises à une altitude de 22,5 km. Mais en fait, tout se passe beaucoup plus bas, car l'opérateur est visible sans combinaison spatiale.



Si la même bouilloire est utilisée dans les voyages de camping, selon le degré de sa suie, lorsque l'eau bout, la température du boîtier augmentera à 95 ... 98 degrés.
Qu'est-ce qui a changé, sauf la suie qui apparaît sur les parois du navire?
Le phénomène, paradoxal à première vue, s'explique simplement. A la même température, différentes surfaces émettent différemment: certaines sont plus fortes, d'autres plus faibles.

L'étude du rayonnement infrarouge et la complexité de sa mesure

Le rayonnement est un rayonnement qui peut être ionisant, puis des dosimètres sont utilisés pour le mesurer, ce qui sera discuté plus tard. Dans l'histoire d'aujourd'hui, le rayonnement fait référence au rayonnement thermique (infrarouge), qui est mesuré par un pyromètre à rayonnement .

Bien que l'humanité ait utilisé le rayonnement thermique bien avant sa découverte en 1800, une étude intensive de la gamme infrarouge des ondes électromagnétiques a commencé à partir de ce moment grâce à l'astronome anglais William Herschel.

Dans la plage de températures allant du zéro absolu (non inclus) à celui de Planck , tous les corps émettent un rayonnement dans la plage infrarouge des ondes électromagnétiques.
Selon la loi de Stefan - Boltzmann, la densité apparente totale du rayonnement d'équilibre et l'émissivité totale d'un corps noir sont proportionnelles au quatrième degré de température.
Ainsi, en mesurant la puissance de rayonnement, vous pouvez déterminer la température de surface.
Mais outre le fait que l'élément sensible du thermomètre à rayonnement ne fonctionne pas dans toute la plage de rayonnement, il existe un certain nombre d'autres mais ...
1. La loi de Stefan-Boltzmann signifie la quantité totale d'énergie rayonnée. La distribution d'énergie sur le spectre de rayonnement est décrite dans la formule de Planck formulée en 1900. Même à la même température, le rayonnement se compose de nombreuses émissions ayant des longueurs d'onde différentes, mais il existe un seul maximum dans le spectre.
2. La position du maximum dans le spectre dépend de la température de l'objet et est déterminée par la loi de déplacement de Wien . Exemple: dans le domaine visible, lorsque le métal est chauffé, il devient rouge et lorsque la température augmente, la zone de rayonnement «s'en va» vers la zone haute fréquence, changeant de couleur en bleu, que les forgerons et les thermistes utilisent dans leur travail.
L'expression «amener à la chaleur blanche» signifie - beaucoup d'échauffement. Et il n'est pas souhaitable de le faire avec des gens.
Il est important pour nous qu'avec un changement de la température de l'objet, la puissance du rayonnement thermique à la fréquence de fonctionnement du capteur (récepteur) du thermomètre change, et cela doit être pris en compte lors de la mesure, en particulier pour les instruments avec une large plage de mesure.
3. Selon la loi du rayonnement de Kirchhoff, le rapport de l'émissivité de tout corps à sa capacité d'absorption est le même pour tous les corps à une température donnée pour une fréquence donnée et ne dépend pas de leur forme et de leur nature chimique.
Faites attention aux mots «à une température donnée». Pour différentes températures, ce coefficient est différent - même pour un corps.
Le corps noir absorbe tout le rayonnement incident sur lui, par conséquent, son émissivité est également égale à l'unité.
Du point de vue de la thermodynamique, tous les autres corps réels ne sont pas noirs, mais gris (même si pour nous ils semblent noirs ou invisibles) - ils ont la capacité d'absorber moins que l'unité, et donc leur émissivité est également inférieure à l'unité.
Lors de l'étude initiale du rayonnement thermique de divers matériaux, ce fait a été démontré en 1804 à l'aide d'un cube Leslie creux rempli d'eau chaude , dans lequel les parois verticales sont recouvertes d'une couche de divers matériaux: or, argent, cuivre et suie. Le côté de la suie (proche du corps noir) a une puissance de rayonnement bien supérieure aux trois autres.
Dans la théière, qui a été montrée ci-dessus, il n'y a ni or ni argent, mais l'essence des processus est similaire.

Peter van Mushenbruck (auteur du premier condensateur appelé «Leiden Bank») en 1731 a inventé un pyromètre optique dans lequel la température d'un objet était déterminée par la couleur et la luminosité.

Cette revue considère un thermomètre à rayonnement, qui mesure la puissance (intensité) du rayonnement thermique dans une bande du spectre de rayonnement, sur la base de laquelle la valeur de la température est calculée.
Il existe également des pyromètres à rapport spectral (couleur) avec plusieurs récepteurs fonctionnant dans différentes parties du spectre. Leur principe de fonctionnement est basé sur la dépendance de la luminosité énergétique à la température dans plusieurs régions du spectre à la fois.

Le premier pyromètre portable est apparu en 1967. Depuis lors, les caractéristiques de poids et de taille, la précision des mesures et les capacités se sont améliorées.

L'appareil et son analyse

40 grammes - c'est le résultat de la pesée d'un thermomètre, dont les dimensions hors tout 86,5x19,4x14,8 mm sont comparables à mon annulaire et ne dépassent que légèrement la taille d'une pile AA.



D'une part, pour un tel bébé, la masse est assez grande, mais le boîtier métallique, en plus de la beauté, de la solidité et de la résistance, a une autre fonction importante - il permet à l'appareil de régler rapidement la température ambiante, ce qui améliore la précision de la mesure.
La taille miniature du boîtier permet des mesures dans des endroits où l'accès à d'autres pyromètres est difficile, voire impossible.

Chez l'homme, une masse importante est déterminée par une bonne nutrition. Et qu'est-ce que le thermomètre infrarouge alimente?
La batterie de puissance se compose de deux piles alcalines (manganèse-zinc) de type LR44, analogues: L1154, A76, G13, (taille de cadre 357) avec une tension de 1,5 volts et une capacité de 150 mAh.
Avec des éléments argent-zinc de type V357, SR44, ayant une tension de fonctionnement de 1,55 volts et une capacité allant jusqu'à 200 mA · h, le fonctionnement du thermomètre infrarouge n'a pas été testé.
À titre expérimental, des batteries air-zinc ZA675 (PR44) d'une tension de 1,4 volts et d'une capacité de 650 mAh ont été testées! Lors de la vérification de la tension, il a été constaté que l'élément récemment acheté, valable jusqu'en juillet 2017, ne produit que 1,01 volt. La première pensée a été de les rendre au vendeur, mais la seconde est venue, ce qui a permis de trouver un film intéressant. Il n'est pas dit explicitement à propos de la basse tension, mais après avoir décollé le film protecteur empêchant l'air de pénétrer, la tension a commencé à augmenter et après quelques minutes, elle est passée à 1,4 volts, ce qui est la norme pour ce type de batterie - un fait intéressant, peu connu du grand public .

Des éléments sont installés dans le compartiment, dont l'accès est ouvert après avoir dévissé le couvercle chromé.
L'étiquetage des piles et leur installation sont indiqués sur l'image à l'intérieur du compartiment.



À l'intérieur du couvercle se trouve le numéro de série du produit. La plaque d'immatriculation n'est pas collée sur la partie principale de l'appareil, mais sa présence donne la solidité du produit.



Sur le corps de l'appareil, il y a une marque «CE», qui confirme que les produits sont conformes aux normes de sécurité européennes pour les humains, les biens et l'environnement.

L'étude de l'intérieur du boîtier conduit à l'idée que la carte d'appareil ne peut être retirée que par le compartiment à piles.
Une tentative pour accrocher le manchon en plastique entourant la batterie avec un fil en forme de L a échoué. La raison en est que la vitre de protection qui recouvre l'indicateur LCD de l'appareil est installée au ras du boîtier métallique et empêche le début du mouvement.



Des pinces latérales sont visibles sur ce «verre» en plastique, donc l'idée est venue que pour le démontage, il était nécessaire de le tirer vers le haut. La tentative a été effectuée à l'aide d'une fine lame de bureau, puis (lorsqu'une fente est apparue) un couteau ordinaire, et à la fin un tournevis fin a été utilisé.
Résultat de l'opération: deux lames d'un couteau de bureau sont endommagées (ce n'est pas dommage), un verrou sur le verre est cassé (c'est dommage), des rayures sont apparues sur le verre (c'est dommage), le thermomètre a légèrement perdu sa présentation (désolé). C'est pourquoi l'analyse de l'appareil est souhaitable de faire à la fin de toutes les expériences de photographie.
Après que le tournevis a pénétré entre le verre protecteur et l'indicateur, la paroi opposée du verre protecteur "est tombée" à l'intérieur du boîtier métallique ... Il est devenu clair que le concepteur de ce produit a utilisé une solution qui le fait admirer (le concepteur).
Le démontage n'est pas facile, mais d'une simplicité éclatante! Aucune adaptation n'est nécessaire, la fixation est due aux propriétés élastiques du manchon en plastique et du collecteur de courant, qui soulève le verre de protection dans la découpe de la fenêtre d'observation.

Pour démonter le thermomètre MT4004, vous devez:
1. retirer les piles;
2. abaisser la tige de poussée en caoutchouc du bouton sous le boîtier pour faciliter l'éjection ultérieure;
3. Appuyez un doigt sur la vitre de protection de l'indicateur pour qu'il tombe sous le corps et poussez l'intérieur de l'appareil à travers le compartiment des piles.

Après avoir retiré le manchon en plastique, nous avons l'image suivante, qui montre également des piles air-zinc avec des ouvertures pour l'entrée d'air, ainsi qu'un verre avec un œil cassé.



Verso de la manche.
Le contrôleur est fabriqué dans une conception sans plomb et est rempli d'un composé.
La carte est vernie, le papier est marqué sur le contrôleur, ainsi qu'un marqueur sur la carte.
En plus de petites choses, à partir de détails identifiables, il y a:
93C46V1 - une puce EEPROM série avec organisation de 64 registres de 16 bits ou 128 registres de 8 bits, la capacité totale de 1 024 bits. La tension d'alimentation est de 1,8 à 5,5 volts. Un programme ne peut pas tenir dans un tel volume. Très probablement, il contient des constantes pour calibrer un capteur spécifique.
Un condensateur rectangulaire d'une taille relativement grande avec la désignation 104J63, qui représente 0,1 μfFh63V.
Bouton d'alimentation “ON”.
Il manque une vis, car il n'y a pas d'espace pour la fixation dans le clip.



À en juger par l'apparence, un capteur analogique similaire au TPS333 , fonctionnant dans la plage de 5 à 14 μm (µm) , est utilisé comme élément sensible dans le thermomètre .



De l'autre côté de la carte se trouvent: indicateur LCD, 32 768 Hz quartz et le bouton "C / F" (son corps est plus haut que celui du bouton "ON").



Il n'y a rien à redire sur la qualité de la soudure, du montage et de l'installation, tout est fait à un niveau élevé.

Dans la deuxième partie, des expériences intéressantes sont attendues avec ce thermomètre.
Album photo « Thermomètre infrarouge » avec de nombreuses photographies, y compris celles non incluses dans la revue du thermomètre infrarouge.
Lien vers la page où vous pourrez vous familiariser avec les spécifications techniques, les différentes méthodes d'application et acheter un thermomètre infrarouge MT4004.

Suite de l'article: " Souffler ou ne pas souffler, et autres expériences avec un thermomètre infrarouge ."

Source: https://habr.com/ru/post/fr380591/