Soprar ou não soprar, e outras experiências com um termômetro infravermelho

Parte 1.

Se ele se tornar "Bo-bo" ao tratar arranhões com iodo, começamos a soprar para esfriar a ferida e reduzir a sensibilidade da pele.
Se for necessário determinar a direção do vento, estragamos um dedo e resolvemos o problema no lado de resfriamento.
Se não houver geladeira no trem, enrolamos a garrafa em uma toalha molhada e a deixamos esfriar.
Se mesmo a sopa retirada da borda do prato (mais sobre isso abaixo) ainda estiver quente, tomaremos medidas de resfriamento de emergência soprando sobre ele.

Um experimento com água de resfriamento durante a detonação foi demonstrado na Geektimes.
Lá, o sensor de temperatura está localizado na espessura do líquido. Mas com esse método, o resfriamento começa precisamente a partir da superfície. Um termômetro infravermelho ajudará a ver a dinâmica do processo. O resultado é mostrado na inscrição para o Prêmio Shnobel (por conquistas que fazem você rir primeiro e depois pensar).
No início do filme, há um resfriamento natural relativamente lento de 63,7 a 62,4 graus.
Então começa a soprar sua boca. Como Hmayak Hakobyan disse : “É necessário soprar! Se você não estragar, um milagre não acontecerá. "



Golpe: em cinco segundos, a temperatura milagrosamente diminuiu de 62,4 para 43,4 graus.
Não estamos soprando: devido à mistura com as camadas inferiores mais quentes, a temperatura subiu para 56,3 graus em cinco segundos.
O resfriamento total foi de 6,1 graus.
A segunda vez que sopramos - não sopramos. Indicadores correspondentes: 56,3 - 39,4 - 51,8 graus.
Resfriando outros 4,5 graus.
Terceiro fluxo de ar: 51,8 - 37,9 - 47,7 graus.
Arrefecimento a 4,1 graus.
Em 42 segundos do filme, o líquido esfriou 16 graus.

Após uma “tempestade em uma colher”, é fácil imaginar como a superfície dos mares e oceanos é resfriada, bem como o movimento de massas refrigeradas sob a influência de ventos fortes.
Agora está claro que a evaporação é uma das razões do nosso resfriamento e congelamento quando sopra mesmo um vento quente.

O princípio de operação de um termômetro infravermelho é bastante simples - a radiação do objeto de estudo é transmitida ao elemento sensível do termômetro através do sistema óptico, semelhante à forma como concentramos a luz solar ao tentar acender o papel com uma lente. Tudo obedece às leis da óptica.
O dispositivo em si é passivo - ele não irradia nada, apesar do ameaçador estojo de pistola em alguns modelos de termômetros infravermelhos (ainda não estamos falando sobre o designador de alvo a laser).

Para uma medição precisa da temperatura, um dispositivo ideal, além do valor da temperatura (!), Deve ter informações sobre o material do objeto, incluindo o estado de sua superfície (rugosidade, oxidação etc.), do qual depende a escolha da emissividade correta.
É lógico que o dispositivo não possa obter todas essas informações com absoluta precisão, portanto, não é necessário falar em alta precisão de medição.

Aqui está o resultado da medição da temperatura de uma lâmpada: incandescente, fluorescente compacta e LED.



Uma tentativa de aproximar-se do valor real da temperatura é realizada através da introdução de uma emissividade espectral - a razão entre o brilho da energia de um emissor real e o brilho de um corpo completamente preto na mesma temperatura para um determinado comprimento de onda.
Nas descrições dos dispositivos, a emissividade (emissividade, coeficiente de emissão, grau de escuridão) é indicada pela letra ε (epsilon no alfabeto grego) e é determinada para diferentes materiais, temperaturas e tipos de superfície.
De fato, definir o coeficiente correto é uma das chaves para uma medição precisa da temperatura.
Nas tabelas disponíveis, esse coeficiente, via de regra, tem um certo intervalo, pois é impossível determinar exatamente as condições de medição, a composição do material e seu revestimento.
Como tudo não é fácil, basta olhar para os valores epsilon de alumínio, ferro ou aço.

Em alguns dispositivos, existe a possibilidade de alterar a emissividade, em outros, não existe - eles definem um valor fixo de 0,95. Na tabela, você pode entender para quais materiais esse coeficiente é adequado e é claro que as leituras de temperatura para outras superfícies serão distorcidas.
A saída da situação para dispositivos com um coeficiente fixo pode servir como uma tabela para converter as leituras do dispositivo. É necessário multiplicar as leituras do dispositivo pelo coeficiente na coluna esquerda da tabela de fatores de emissão de material. Talvez eu tenha inventado algo na fórmula para calcular a coluna da esquerda, mas a conclusão é que, com as leituras do medidor em ε = 0,95 e conhecendo a emissividade do material, você pode determinar sua temperatura.

Um termômetro infravermelho ajudará a calcular a emissividade de quase qualquer material usando o procedimento a seguir.
Primeiro, usando qualquer termômetro preciso, determine a temperatura da superfície do objeto: Thetalon.
Em seguida, meça a temperatura da superfície do material usando um pirômetro infravermelho: um termômetro.
Tendo o valor do Tetalon, dopirômetro e ε = 0,95 fixo, é possível determinar o valor da emissividade do material de teste.

Uma maneira de melhorar a precisão da medição associada à emissividade é o método de "adesivo". Na superfície de um material de baixa emissão (peça cromada polida), pode-se aplicar tinta ou colar uma tira de material fino com emissividade conhecida, como uma fita adesiva. Devido à condutividade térmica, a tira adquire a temperatura do material medido e emite uma emissividade maior e mais importante conhecida.
Se for necessário realizar medições freqüentes, esse método pode ser usado colando as tiras nos locais necessários para medir as temperaturas.

Além de conhecer a emissividade da superfície, para determinar com precisão a temperatura, é necessário garantir condições ideais de medição.
1. A escolha do centro da área de medição no objeto com uma temperatura superficial diferente.
2. Determinando o tamanho da superfície com a qual a temperatura é medida.
3. Seleção da distância ao objeto de acordo com as características do sistema óptico do termômetro e segurança.
4. Garantir a estabilidade da temperatura do corpo do dispositivo (a cascavel está indo bem nesse sentido).
5. Falta de iluminação estranha ou sua contabilidade como resultado da medição.

O receptor de radiação de um termômetro infravermelho funciona na parte da radiação eletromagnética onde operam os controles remotos infravermelhos para aparelhos domésticos. A influência da radiação infravermelha do LED nas leituras de um termômetro infravermelho é mostrada no curta-metragem “Remote Control”.



Observe que o controle remoto está em um filme transparente e o LED opera no modo de ciclo de serviço alto. No entanto, o fenômeno ocorre e pode ser usado para testar o painel de controle e o termômetro infravermelho.
O controle remoto IR é verificado de várias maneiras, mas ainda não havia termômetro entre elas.

Como a radiação infravermelha cumpre as leis da óptica, reflete o fenômeno de reflexão da superfície, como mostra o filme “ Reflexão ”. O termômetro é instalado em um ângulo de 45 graus com a superfície. O calor irradiado pela mão (radiação infravermelha) é refletido no papel e entra no termômetro, aumentando suas leituras.

Ambos os filmes demonstram que, ao medir a temperatura, é necessário levar em consideração o fator de exposição estranha (espúria), por exemplo, ao fazer medições em um dia ensolarado.

Medidas? Medidas comparativas!

Embora o desejo de saber a temperatura exata seja importante, na grande maioria dos casos, seu valor exato não importa muito.
Na prática, os resultados da comparação de temperaturas em locais diferentes de um dado ou de outros objetos são muito mais informativos. Este é o "cavalo-marinho" do termômetro infravermelho e de seu irmão mais velho - o termovisor. A propósito, com base no pirômetro, os amantes da eletrônica, usando uma varredura mecânica, fazem o análogo de um termovisor .

O uso de anomalias de temperatura permite encontrar muitos usos para o termômetro.

Vamos começar com a popular tecnologia de "aquecimento de piso", cujos proprietários têm medo de romper os canos de água (ou danificar um cabo elétrico) enquanto perfuram o piso.
Para encontrar a localização dos tubos do piso de trabalho, você pode pegar um termovisor e ver a imagem inteira na tela.
Mas você pode conviver com um custo mais baixo usando um termômetro infravermelho. Para demonstrar a tecnologia, para monitorar simultaneamente o ponto de medição no chão, a régua e o indicador do dispositivo, um filme de termômetro de "pistola" é usado, mas com o dispositivo sendo monitorado o resultado será semelhante - a localização é determinada com facilidade!



Se outro dispositivo for mencionado, vamos nos concentrar na comparação deles.

A imagem em que o papel da “bala” é desempenhado pelo termômetro MT4004.



Diferentes modelos de pirômetros podem ser equipados com hardware adicional e a capacidade de configurar modos de operação.
O termômetro infravermelho com corpo amarelo possui uma luz de fundo em escala e um laser para indicar o centro da área de medição de temperatura.
Portanto, se você encontrar repentinamente um ponto de laser na testa do seu vizinho ou do seu, não tenha muito medo. É possível que isso não funcione como um atirador de elite, mas apenas uma criança medindo a temperatura. Embora deva ser avisado sobre os perigos da radiação laser.
É incorreto assumir que o termômetro mede a temperatura no ponto indicado pelo ponto do laser.
Em primeiro lugar, o eixo do laser é construtivo e, como resultado do alinhamento impreciso, é desviado do eixo do sensor do termômetro. Na melhor das hipóteses, só pode haver um ponto de interseção dessas duas linhas, localizado a uma distância desconhecida do dispositivo. O laser só pode ser usado para facilitar a mira preliminar ao alvo e, em seguida, procurar o ponto mais quente de acordo com as indicações no indicador.
Em segundo lugar, a temperatura é medida a partir da área formada pelo círculo, cujo diâmetro depende da distância do medidor. Essa dependência é determinada pelo sistema óptico, chamado "campo de visão", "resolução óptica" ou "indicador de mira" e é expressa como a razão do diâmetro do ponto em que a radiação é medida à distância - D: S. Por exemplo, para um termômetro amarelo, essa proporção é de 12: 1, é indicada na forma de uma figura no corpo, da qual fica claro que a uma distância de 1,5 metro, o diâmetro do ponto medido será de 13,2 cm.
Se você medir a temperatura de uma mosca a uma determinada distância, nada de bom resultará dela, pois, além de uma mosca com um comprimento de corpo de 8 mm, a radiação térmica da enorme área de superfície (em comparação com o tamanho da mosca) em torno desse inseto entrará no campo de medição do termômetro.
A proporção D: S para vários termômetros se estende até 400: 1 (o que provavelmente acontece ainda mais alto), o que torna possível medir a radiação de um ponto com um diâmetro de 8 cm a uma distância de 28

metros.Para que os proprietários não confundam a distância com o diâmetro, tudo é fundamental no termômetro infravermelho MT4004: D: S = 1: 1. A uma distância de 1 metro, é determinada a radiação com um diâmetro de 1 metro, a 1 cm - 1 cm.
Durante as medições, o diâmetro do ponto deve se encaixar pelo menos no tamanho do objeto.



Ou seja, é um termômetro de curto alcance. Em distâncias curtas, o uso de um laser é impraticável, portanto, ele está ausente neste termômetro, o que afeta positivamente o tamanho e o consumo elétrico.
Com este instrumento, é fácil medir a "temperatura média no hospital". Para fazer isso, você precisa abordar o hospital a uma distância que se encaixe totalmente no círculo de medição. Mas essa temperatura tem uma quantidade mínima de informações úteis. As medições locais são muito mais importantes. Por exemplo, os eletricistas podem detectar um contato superaquecido em um painel de distribuição, soquete ou disjuntor, passar rapidamente por cima de máquinas automáticas para determinar a linha mais carregada sem abrir a blindagem e usar medidores de corrente. Para engenheiros de calor, este dispositivo, por definição, é um depósito de informações.

Agora, sobre flores e abelhas com uma versão "térmica" da pesquisa.
Você notou que as flores na forma aberta são um pouco semelhantes aos parabólicos compactos ou ao conjunto de antenas em fases ? Eles também captam um sinal (calor solar) e o transmitem para seus fãs - abelhas / borboletas na forma de um raio de calor.
Se você medir a temperatura da flor, poderá encontrar um efeito interessante de que as leituras do dispositivo são um pouco mais altas que a temperatura das folhas. Capturando anomalias térmicas, os insetos encontram uma flor mais rapidamente (ou talvez tomem banhos de sol nela?) - do que não uma versão?
Um especialista também sugeriu que as folhas são mais frias devido à evaporação do líquido.

As fotografias mostram a diferença de temperatura entre a flor e a folha do dente-de-leão. Outras plantas são fornecidas no álbum de fotos, cujo link está no final do artigo.
É interessante que para tulipas murchas não haja essa diferença de temperatura. Aparentemente, a estrutura da superfície das pétalas muda ou a evaporação das folhas diminui.





O dispositivo permite que você facilmente (exceto 10 minutos de espera quando o objeto está cansado do voo contínuo) mede a temperatura da vespa. O principal neste negócio é não ter medo. Para comparação, a temperatura da moldura e do vidro era de aproximadamente 26 graus.



Após as filmagens, o inseto foi liberado para o ar fresco.

Falando em ar.
Um fato interessante é que um termômetro infravermelho do tipo radiação permite medir a temperatura de um objeto através do ar com uma temperatura alta (mesmo através do fogo).
Isso é demonstrado no filme “Termômetro infravermelho e ar de 650 graus”, onde um instrumento especial sopra.
Na ausência de um secador de cabelo, o termômetro mostrava uma temperatura de 26,4 graus na tela do monitor. Depois que um jato de ar pré-aquecido a 650 graus foi direcionado entre o sujeito e o termômetro, a temperatura permaneceu praticamente inalterada (um ligeiro aumento foi causado pelo bico que entra na região visível para o dispositivo).



Embora, como mostrado no filme anterior, o efeito do ar nas leituras do dispositivo seja insignificante, resultados interessantes são obtidos precisamente ao medir a temperatura do ar.
Muito ar acima de nós. Está muito frio acima, em um momento em que a temperatura da grama sob o aparelho é +21,3 graus.



A temperatura do "céu" depende da hora do ano e do dia, do estado da atmosfera, da presença de nuvens e nuvens, da quantidade de vapor d'água, das partículas de poeira em suspensão no ar etc.
Por exemplo, quando o céu atrai nuvens, a temperatura muda de negativa para positiva.



Resultados da medição nos primeiros dias de junho. A faixa de temperatura “lá” (sobrancelhas para cima) é significativa mesmo no verão.



Um termômetro infravermelho pode medir a temperatura do lado do Sol, determinar a localização e os limites das nuvens, mesmo as pequenas.
Aqui está um vídeo chamado " A temperatura do céu e das nuvens " , a partir do qual alguns minutos começaram a chover intensamente.
E parece com a temperatura do céu e das nuvens em gif-ke.



Certamente muitas pessoas observaram que, com nuvens no inverno ou à noite, a temperatura do ar é mais alta do que sem elas. Uma razão é que as nuvens bloqueiam a radiação térmica da superfície da Terra e a refletem de volta. Mas se o céu estiver nublado durante o dia (impedindo o Sol de aquecer a terra) e as nuvens se dispersarem à noite (aumentando a radiação térmica no espaço), e isso continuar por vários dias, a temperatura diminuirá acentuadamente. Assim, esse método de medição permite obter muitas informações interessantes para previsão do tempo, avaliação do resfriamento por radiação, poluição atmosférica, tamanho e tipo de cobertura de nuvens.
A imagem infravermelha da superfície do planeta, incluindo nuvens, é realizada a partir do satélite espacial NOFF-16. Mas dados não menos interessantes podem ser obtidos medindo a temperatura das nuvens e da superfície do planeta. Apenas neste caso, a "temperatura média no hospital" será útil.
Só não é necessário medir a temperatura do céu com o ponteiro laser quando o avião voa para lá, para não passar de um pesquisador para um agressor.
Investigar aviões voadores para aquecimento também não é necessário, tudo foi inventado diante de nós.

Vamos lidar com um produto mais mundano e em massa - um carro.
O veículo pode estar a uma velocidade para medir a temperatura do céu ou da rede viária, mas é muito mais interessante explorar o próprio carro, no qual existem muitos elementos de aquecimento. Os carros elétricos reduzem seu número, mas ainda temos o que mediremos.
É sobre as rodas.
As rodas aquecem como resultado do atrito contra a superfície da estrada, sobre o eixo de rotação e durante a operação do sistema de freio. Quando em movimento, eles giram e esfriam. Como resultado, um certo equilíbrio térmico surge.
Mas, às vezes, neste sistema equilibrado, algo é perturbado, ocorre superaquecimento com a subsequente explosão do pneu, destruição da montagem, bloqueio ou falha dos freios. As consequências são fáceis de imaginar e podem levar a baixas humanas.

Se você pesquisar no mecanismo de pesquisa as palavras "acidente devido a uma roda quebrada" ou assistir a um vídeo sobre o tópico "uma roda quebrada", poderá encontrar a situação com um final feliz , mas às vezes não termina tão bem.
Uma das causas das explosões dos pneus é o superaquecimento das rodas. É possível avisar o motorista sobre o início de uma emergência? Para esse fim, é necessário medir a temperatura das rodas do carro, conforme implementado nos carros de Fórmula 1 .
Idealmente, o medidor deve ser incorporado em todos os carros do futuro, mas isso não é possível para carros já fabricados.
Os motoristas da geração mais velha controlam o superaquecimento da roda manualmente ao parar, mas agora esse hábito é bastante raro. Um termômetro infravermelho que mede a temperatura à distância pode ser útil.
Aqui está o resultado de um termômetro infravermelho medindo um veículo que acabou de parar.



Depois de 15 minutos de carro pela cidade, são observadas diferenças nas temperaturas das rodas. O fato de as frontais serem mais quentes que as traseiras é lógico, mas a diferença de temperatura entre as frontais nos faz pensar. A causa pode ser algum tipo de mau funcionamento, não apenas na direita, mas também na roda esquerda. Assim, usando um termômetro infravermelho, você pode verificar os sistemas de chassi e freio do carro.
A vantagem da detecção precoce de um mau funcionamento, além de aumentar a segurança e reduzir a taxa de acidentes, é a economia de combustível e o aumento da vida útil das peças, que não podem ser comparados com o custo de um termômetro infravermelho.

Atualmente, além de medir a velocidade, ao dirigir um carro, você pode pesá-lo , determinar o conteúdo de vapor de álcool na cabine.
Para detectar rodas aquecidas ao dirigir um carro, você pode desenvolver e implementar um sistema para medição automática de temperatura à distância.

O dispositivo pode ser implementado com base em um termovisor ou pirômetro. Por exemplo, para estabelecer uma linha de vários pirômetros de altura em cada lado da estrada ao longo da qual o carro está passando (um análogo da matriz CCD nos scanners). A varredura mecânica é realizada como resultado do movimento do carro.
Ao implementar a idéia, vários problemas de engenharia surgirão, por exemplo, para excluir a influência do aquecimento solar, neve e chuva. Mas, em qualquer caso, a temperatura das rodas será uma informação interessante para o motorista.

Éramos todos pequenos e lembre-se de que, se o mingau estiver muito quente, é melhor retirá-lo com uma colher da borda do prato.
E esses sentimentos receberam confirmação experimental.



Acredita-se que um termômetro infravermelho mede a temperatura da camada superior do material, com alguns mícrons de espessura. E se a espessura é menor, por exemplo - grafeno?

Outras experiências interessantes incluíram:
1. Determinar a temperatura de cores quentes e frias na tela LCD. Em teoria, a temperatura para cores diferentes deve ser diferente, pois um número diferente de LEDs RGB ativados está envolvido em sua formação.
2. Aquecimento magnético do anel de ouro à temperatura de seu derretimento :)
Na instalação mais inútil do mundo para parar anéis de ouro, quando um anel não magnético gira em um campo magnético, eles interagem (o que é facilmente explicado), mostrado no filme " O Senhor do Anel ".
É lógico supor que, em vez de um fio, você use uma haste de uma caneta-tinteiro de plástico, fixada em um cartucho de furadeira elétrica de rotação rápida, o anel será aquecido, o que pode ser fixado com um termômetro infravermelho. Mas, provavelmente, durante a rotação, o anel funcionou como uma lâmina de ventilador, esfriou e não foi possível notar um aumento na temperatura, portanto o anel permaneceu intacto. Como se costuma dizer - o mito é destruído ... embora outro experimento possa ser feito: gire um ímã para excluir o vento em uma fina concha de plástico ao lado do mesmo anel.

Onde o aparelho se sente "como um peixe na água"?

O princípio de medir temperatura à distância permite que você faça medições em condições em que é impossível ou perigoso abordar o objeto de medição: fornos abertos, dispositivos de alta tensão, mecanismos de movimento ou rotação, ambientes agressivos, campo eletromagnético poderoso, etc.
Não há necessidade de interromper o processo de medição de temperatura. , não há influência do dispositivo no meio medido.
A falta de inércia do sensor contribui para um resultado quase instantâneo, que acelera a taxa de incêndio do dispositivo e permite observar processos em movimento rápido.
Uma quantidade enorme de informações úteis é obtida não determinando o valor da temperatura, mas analisando comparativamente as temperaturas ou a dinâmica de sua mudança em vários pontos do objeto de medição e do ambiente.

Vantagens
1. O dispositivo de tamanho pequeno é conveniente para transportar e operar.
2. Facilidade de uso.
3. Caixa de metal elegante.
4. Possibilidade de fixação em um bolso, excluindo perda acidental e perda do dispositivo.
5. A escolha das unidades de temperatura.

Desvantagens É
difícil determinar a temperatura exata com qualquer termômetro de radiação infravermelha, incluindo um termovisor, pois é necessário possuir certo conhecimento e observar o procedimento de medição correto:
- saiba exatamente! emissividade do material e sua superfície a uma determinada temperatura;
- a necessidade de corrigir a emissividade (que leva um certo tempo) ao alterar o objeto de medição para modelos "avançados";
- a necessidade de calcular a temperatura de objetos com uma emissividade diferente de 0,95 para termômetros em que não há possibilidade de ajustar esse coeficiente;
- lembrando as características do sistema óptico de um modelo específico de termômetro infravermelho e, consequentemente - a escolha correta do diâmetro do ponto medido e da distância ao objeto;
- exclusão da iluminação lateral dos objetos ao redor ou levando em consideração sua influência no resultado da medição;
- A configuração e seleção corretas de vários modos de operação.

O não cumprimento dessas condições leva a uma distorção do resultado da medição de temperatura.

As desvantagens deste modelo específico de termômetro incluem:
1. Tamanho pequeno e capacidade de perdê-lo facilmente.
2. A localização lateral do indicador.
3. A capacidade de pressionar espontaneamente um botão enquanto estiver no bolso apertado.
A saída é montar no bolso com a ajuda de um clipe existente. Em seguida, o dispositivo ficará com bolso para pessoas de muitas especialidades.
4. Erro no manual do instrumento, onde o tempo de medição é de 1 segundo. No meu exemplo, as medições foram realizadas duas vezes por segundo. Isso pode ser devido a uma alteração no firmware do dispositivo.

Conclusão

Alguns exemplos do uso prático do termômetro infravermelho são mostrados no álbum de fotos “ Termômetro infravermelho”." Eles mostram que, além de proprietários de automóveis, o dispositivo deve se tornar um amigo de bolso para eletricistas, mecânicos, engenheiros de aquecimento e trabalhadores de serviços comunitários e de habitação para a prevenção, ajuste e determinação de várias avarias no equipamento.
Em geral, o assunto das medições com um termômetro infravermelho é inesgotável, como um átomo, e você pode continuar indefinidamente.

Depois de filmar os filmes “Remote” e “Reflection”, nos quais a filha participou, por hábito, colocou o aparelho no bolso e saiu para inventar outras experiências. Depois de algum tempo, recebi uma mensagem falada por e-mail: "Você acidentalmente levou meu aparelho, aparentemente."
Então, esse termômetro definitivamente gostou e encontrou seu dono.
O destino de outros termômetros infravermelhos pode ser tratado por referência .

Pergunta sobre atenção. Em que local da crítica há um fragmento do filme “A ironia do destino, ou aproveite o seu banho!”?

Source: https://habr.com/ru/post/pt380695/