Termômetro infravermelho é um dispositivo para pessoas inteligentes. Parte 1

A temperatura é a quantidade física mais importante para a medição da qual numerosos métodos foram criados. Este artigo descreve um método sem contato para medir a temperatura usando um termômetro infravermelho MT4004.
Por um lado, o dispositivo é muito simples de operar: aponte o termômetro para o objeto, pressione o botão - você obterá o resultado e seu sonho se tornará realidade! Então cantou o grupo "Tecnologia".
Mas por que você não é feliz?



Isso ocorre porque o proprietário do termômetro deve ter algum conhecimento para determinar corretamente (mas melhor ainda - comparar) a temperatura e usar o dispositivo com habilidade. Um termômetro ajudará a reduzir seus custos e até salvar uma vida.
Esse conhecimento, aplicação prática e sutilezas no trabalho com um termômetro infravermelho são descritos no artigo. Não ficará sem uma análise empolgante do dispositivo com o estudo de seu interior.

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Cobras, botões e o paradoxo da chaleira

Se você não considera vários tipos de produção em conformidade com os regimes tecnológicos, a grande maioria das pessoas conhece com certeza apenas alguns valores de temperatura: derretimento do gelo, corpo de uma pessoa saudável, água fervente.
Mas mesmo esses números familiares 0, 36,6 e 100 têm desvios. A temperatura do corpo em diferentes locais difere, o ponto de ebulição da água depende da pressão atmosférica etc.
A temperatura de todo o resto nos excita no nível "quente-frio" e, o mais importante, para que não ultrapasse a estrutura usual.

Uma pessoa pode determinar a temperatura à distância indiretamente através dos órgãos da audição (silvo), cheiro (esgotado) e visão (escapado).
Mas o canal principal são 16.000 receptores térmicos espalhados por todo o corpo, graças aos quais sente a radiação térmica do Sol, uma fogueira e uma bateria de aquecimento.
As cascavéis têm dois receptores que têm uma sensibilidade infravermelha mais alta que os humanos, o que lhes permite caçar na escuridão completa.

Para expandir sua capacidade de medir a temperatura remotamente, um homem inventou um termômetro infravermelho, um dos quais é o modelo MT4004, que permite a medição rápida da temperatura da superfície.



Para fazer uma medição, pressione o botão liga / desliga localizado ao lado do indicador.
Com um breve toque, o termômetro fará uma medição e registrará o resultado por 15 segundos - até que o dispositivo seja desligado, o que é conveniente para determinar a temperatura em locais de difícil acesso. Antes de desligar, o indicador mostra a inscrição "oFF".
Se o botão “ON” for mantido pressionado, o termômetro passa para o modo de medição contínua a uma frequência de duas vezes por segundo. A velocidade selecionada facilita a leitura de leituras atualizadas.
Em geral, o dispositivo possui dois botões. O segundo é "C / F", localizado na parte traseira do estojo e escondido nas entranhas do dispositivo. O acesso é feito através de um orifício no corpo com um palito de dente ou um fósforo levemente pontudo. O botão permite exibir a temperatura em graus Celsius ou Fahrenheit. Para alternar o modo de exibição, ligue o termômetro pressionando brevemente o botão “ON” e, em seguida, pressione o botão “C / F”. Em nosso país, os graus Fahrenheit praticamente não são usados.
A faixa de operação do termômetro é -27,4 ... +428 graus Fahrenheit (-33 ... +220 Celsius); portanto, o filme “ 451 graus Fahrenheit ” não pode ser gravado. Para queimadores de papel, o instrumento grava "Oi", o que significa que o limite superior de medição foi excedido.
No polo sul, o dispositivo escreverá "Lo".
Em dois testes, a inscrição "Er2" foi encontrada - quando o termômetro cortava uma corrente de ar com uma temperatura de 650 graus Celsius e quando chegava muito perto da lâmpada de conforto do gás. Talvez fosse um sensor de superaquecimento. É lógico que a inscrição “Er1” deva existir, mas não me pareceu (talvez seja para melhor?).

Um bule de chá não é apenas uma característica de um especialista iniciante. Esta palavra também se refere a um recipiente para aquecer água.
Meça a temperatura de uma chaleira fervendo. Infelizmente, o jato de vapor assobiador não é observado na foto, mas é (como o esquilo que não é visível). Das leituras e dependências do instrumentotemperatura de ebulição da altitude, poder-se-ia pensar que as medidas são tomadas a uma altitude de 22,5 km. Mas, de fato, tudo acontece muito mais baixo, pois o operador é visível sem um traje espacial.



Se a mesma chaleira for usada em acampamentos, dependendo do grau de fuligem, quando a água ferver, a temperatura da caixa aumentará para 95 ... 98 graus.
O que mudou, exceto a fuligem que aparece nas paredes do navio?
O fenômeno, paradoxal à primeira vista, é explicado simplesmente. Na mesma temperatura, superfícies diferentes emitem diferentemente: algumas são mais fortes, outras são mais fracas.

O estudo da radiação infravermelha e a complexidade de sua medição

Radiação é uma radiação que pode ser ionizante; em seguida, dosímetros são usados ​​para medi-la, o que será discutido mais adiante. Na história de hoje, radiação refere-se a radiação térmica (infravermelha), medida por um pirômetro de radiação .

Embora a humanidade tenha usado radiação térmica muito antes de sua descoberta em 1800, um estudo intensivo da faixa infravermelha de ondas eletromagnéticas começou a partir desse momento graças ao astrônomo inglês William Herschel.

Na faixa de temperatura do zero absoluto (não inclusivo) ao de Planck , todos os corpos emitem radiação na faixa infravermelha das ondas eletromagnéticas.
Pela lei de Stefan - Boltzmann, a densidade aparente total da radiação de equilíbrio e a emissividade total de um corpo negro são proporcionais ao quarto grau de temperatura.
Assim, medindo a potência da radiação, você pode determinar a temperatura da superfície.
Mas, além do fato de que o elemento sensível do termômetro de radiação não funciona em toda a faixa de radiação, existem vários outros que ...
1. A lei de Stefan-Boltzmann significa a quantidade total de energia irradiada. A distribuição de energia sobre o espectro de radiação é descrita na fórmula de Planck, formulada em 1900. Mesmo na mesma temperatura, a radiação consiste em muitas emissões com comprimentos de onda diferentes, mas há um único máximo no espectro.
2. A posição do máximo no espectro depende da temperatura do objeto e é determinada pela lei de deslocamento de Wien . Exemplo: na faixa visível, quando o metal é aquecido, fica vermelho e, com o aumento da temperatura, a região de radiação "desaparece" para a região de alta frequência, mudando de cor para azul, que ferreiros e termistas usam em seus trabalhos.
A expressão "leve ao calor branco" significa - muito aquecimento. E é indesejável fazer isso com as pessoas.
É importante para nós que, com uma mudança na temperatura do objeto, a potência da radiação térmica na frequência de operação do sensor (receptor) do termômetro seja alterada, e isso deve ser levado em consideração na medição, especialmente para instrumentos com uma ampla faixa de medição.
3. De acordo com a lei da radiação Kirchhoff, a razão entre a emissividade de qualquer corpo e sua capacidade de absorção é a mesma para todos os corpos em uma determinada temperatura para uma determinada frequência e não depende de sua forma e natureza química.
Preste atenção às palavras "a uma determinada temperatura". Para temperaturas diferentes, esse coeficiente é diferente - mesmo para um corpo.
O corpo negro absorve toda a radiação incidente, portanto, sua emissividade também é igual à unidade.
Do ponto de vista da termodinâmica, todos os outros corpos reais não são pretos, mas cinzentos (mesmo que para nós pareçam pretos ou invisíveis) - eles têm a capacidade de absorver menos que a unidade e, portanto, sua emissividade também é menor que a unidade.
Em um estudo inicial da radiação térmica de vários materiais, esse fato foi demonstrado em 1804 com a ajuda de um cubo Leslie oco cheio de água quente , no qual as paredes verticais são cobertas com uma camada de vários materiais: ouro, prata, cobre e fuligem. O lado da fuligem (próximo ao corpo negro) tem um poder de radiação muito maior que os outros três.
No bule, como foi mostrado acima, não há ouro nem prata, mas a essência dos processos é semelhante.

Peter van Mushenbruck (autor do primeiro capacitor chamado "Leiden Bank") em 1731 inventou um pirômetro óptico no qual a temperatura de um objeto era determinada pela cor e brilho.

Esta revisão considera um termômetro de radiação, que mede a potência (intensidade) da radiação térmica em uma banda do espectro de radiação, com base na qual o valor da temperatura é calculado.
Também existem pirômetros de razão espectral (cor) com vários receptores operando em diferentes partes do espectro. Seu princípio de operação é baseado na dependência do brilho da energia na temperatura em várias regiões do espectro de uma só vez.

O primeiro pirômetro portátil apareceu em 1967. Desde então, houve uma melhoria nas características de peso e tamanho, precisão e capacidade de medição.

O dispositivo e sua análise

40 gramas - este é o resultado da pesagem de um termômetro, cujas dimensões gerais 86,5x19,4x14,8 mm são comparáveis ​​ao meu dedo anelar e excedem ligeiramente o tamanho de uma bateria AA.



Por um lado, para um bebê assim, a massa é bastante grande, mas a caixa de metal, além de beleza, solidez e força, tem outra função importante - permite que o dispositivo ajuste rapidamente a temperatura ambiente, o que melhora a precisão da medição.
O tamanho miniatura da caixa permite medições em locais onde o acesso a outros pirômetros é difícil ou impossível.

Nos seres humanos, uma grande massa é determinada por uma boa nutrição. E o que o termômetro infravermelho alimenta?
A bateria de energia consiste em duas células alcalinas (manganês-zinco) do tipo LR44, análogos: L1154, A76, G13 (tamanho do quadro 357) com uma voltagem de 1,5 volts e uma capacidade de 150 mAh.
Com elementos de prata-zinco do tipo V357, SR44, com tensão de operação de 1,55 volts e capacidade de até 200 mA · h, a operação do termômetro infravermelho não foi testada.
Como experimento, foram testadas as baterias de zinco-ar ZA675 (PR44) com uma voltagem de 1,4 volts e uma capacidade de 650 mAh! Ao verificar a tensão, verificou-se que o elemento recém-adquirido, válido até julho de 2017, produz apenas 1,01 volts. O primeiro pensamento foi devolvê-los ao vendedor, mas o segundo veio, o que ajudou a encontrar um filme interessante. Não se fala explicitamente sobre baixa voltagem, mas depois de retirar a película protetora que impede a entrada de ar, a voltagem começou a aumentar e após alguns minutos aumentou para 1,4 volts, o que é a norma para esse tipo de bateria - um fato interessante, pouco conhecido pelo público em geral. .

Os elementos são instalados no compartimento, cujo acesso é aberto após desaparafusar a tampa cromada.
A etiqueta da bateria e a instalação adequada são mostradas na figura dentro do compartimento.



No interior da tampa está o número de série do produto. A placa do carro não está colada na parte principal do dispositivo, mas sua presença confere solidez ao produto.



No corpo do dispositivo, há uma marca "CE", que confirma que os produtos estão em conformidade com os padrões de segurança europeus para seres humanos, propriedades e meio ambiente.

O estudo da parte interna do gabinete leva à idéia de que a placa do dispositivo só pode ser removida através do compartimento da bateria.
Uma tentativa de prender a luva plástica ao redor da bateria com um fio em forma de L não teve êxito. O motivo é que o vidro de proteção que cobre o indicador LCD do dispositivo é instalado nivelado com a caixa de metal e impede o início do movimento.



Os grampos laterais são visíveis neste “vidro” plástico, então surgiu a idéia de que para desmontar era necessário puxá-lo para cima. A tentativa foi realizada usando uma lâmina fina de escritório, depois (quando uma fenda apareceu) uma faca comum e, no final, uma chave de fenda fina.
O resultado da operação: duas lâminas de uma faca de escritório estão danificadas (não é uma pena), uma trava no vidro está quebrada (é uma pena), arranhões apareceram no vidro (muita pena), o termômetro perdeu a aparência um pouco (infelizmente). É por isso que é desejável que a análise do dispositivo seja realizada no final de todos os experimentos com fotografia.
Depois que a chave de fenda penetrou entre o vidro de proteção e o indicador, a parede oposta do vidro de proteção caiu dentro da caixa de metal ... Ficou claro que o designer deste produto utilizou uma solução que o faz admirar (o designer).
Desmontar não é fácil, mas brilhantemente simples! Nenhuma adaptação é necessária, a fixação deve-se às propriedades elásticas da luva plástica e do coletor de corrente, que elevam o vidro de proteção para o entalhe da janela de visualização.

Para desmontar o termômetro MT4004, você deve:
1. remover as baterias;
2. abaixe a haste de borracha do botão abaixo do alojamento para facilitar a ejeção subsequente;
3. Pressione um dedo no vidro de proteção do indicador para que fique abaixo do corpo e empurre a parte interna do dispositivo pelo compartimento da bateria.

Depois de remover a manga de plástico, temos a figura a seguir, que também mostra baterias de zinco-ar com aberturas para a entrada de ar, além de um copo com o olho quebrado.



Verso da manga.
O controlador é fabricado em um design sem chumbo e é preenchido com um composto.
O cartão é envernizado, o papel está marcado no controlador e também um marcador no cartão.
Além de pequenas coisas, a partir de detalhes identificáveis, existem:
93C46V1 - um chip EEPROM serial com organização de 64 registros de 16 bits ou 128 registros de 8 bits, a capacidade total de 1.024 bits. A tensão de alimentação é de 1,8 a 5,5 volts. Um programa não pode caber nesse volume. Provavelmente, ele contém constantes para calibrar um sensor específico.
Um capacitor retangular de tamanho relativamente grande com a designação 104J63, que significa 0.1 μfFh63V.
Botão liga / desliga “ON”.
Está faltando um parafuso, pois não há espaço para fixação no clipe.



A julgar pela aparência, um sensor analógico semelhante ao TPS333 , operando na faixa de 5 a 14 μm (µm) , é usado como um elemento sensível no termômetro .



Do outro lado da placa, estão localizados: indicador LCD, quartzo de 32 768 Hz e o botão "C / F" (seu corpo é maior que o do botão "ON").



Não há reclamações sobre a qualidade da solda, montagem e instalação, tudo é feito em alto nível.

Na segunda parte, são esperadas experiências interessantes usando esse termômetro.
Álbum de fotos “ Termômetro infravermelho ” com inúmeras fotografias, incluindo as não incluídas na revisão do termômetro infravermelho.
Link para a página onde você pode se familiarizar com as especificações técnicas, vários métodos de aplicação e adquirir um termômetro infravermelho MT4004.

Continuação do artigo: " Soprar ou não soprar, e outras experiências com um termômetro infravermelho ".

Source: https://habr.com/ru/post/pt380591/