เข้าใจหลักการ Infrared thermometer วิทยาศาสตร์เบื้องหลังเทคโนโลยี

หลักการทำงานของเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด

เครื่องวัดนี้ทำงานโดยอาศัยการแผ่รังสีวัตถุสีดำ (Backbody) ซึ่งวัสดุใดๆ ที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์จะมีโมเลกุลเคลื่อนที่อยู่ภายใน ยิ่งอุณหภูมิสูงเท่าไร โมเลกุลก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น โมเลกุลจะปล่อยรังสีอินฟราเรดออกมาในขณะที่มันเคลื่อนที่ และปล่อยรังสีออกมามากขึ้น

รวมถึงแสงที่มองเห็นได้เมื่อพวกมันร้อนขึ้น ด้วยเหตุนี้โลหะที่ให้ความร้อนจึงเปล่งแสงสีแดงหรือสีขาวออกมา เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดตรวจจับและวัดรังสีนี้

แสงอินฟราเรดสามารถถูกโฟกัส สะท้อน หรือดูดซับได้เหมือนกับแสงที่มองเห็นได้ เครื่องวัดนี้ใช้เลนส์เพื่อโฟกัสแสงอินฟราเรดจากวัตถุไปยังเครื่องตรวจจับที่เรียกว่าเทอร์โมไพล์

หน้าที่ของเทอร์โมไพล์คือการดูดซับรังสีอินฟราเรดและแปลงเป็นความร้อน เทอร์โมไพล์จะร้อนขึ้นเมื่อดูดซับพลังงานอินฟราเรดมากขึ้นเรื่อยๆ ความร้อนส่วนเกินจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้า ซึ่งถูกส่งไปยังเครื่องตรวจจับซึ่งกำหนดอุณหภูมิของวัตถุ

วิทยาศาสตร์เบื้องหลัง

1. รังสีอินฟราเรดและการแผ่รังสี

วัตถุทั้งหมดที่มีอุณหภูมิสูงกว่า “ศูนย์สัมบูรณ์” (-273 °C) จะปล่อยรังสีอินฟราเรดตามอุณหภูมิ ปริมาณรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดตรวจจับรังสีนี้และแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าซึ่งจะแสดงเป็นค่าอุณหภูมิ

การแผ่รังสี เป็นแนวคิดหลักในกระบวนการนี้ เป็นการวัดว่าวัสดุปล่อยรังสีอินฟราเรดได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด โดยแสดงเป็นค่าระหว่าง 0 ถึง 1 วัตถุดำที่สมบูรณ์แบบซึ่งเป็นตัวปล่อยรังสีในอุดมคติมีค่าการแผ่รังสี 1 ในขณะที่พื้นผิวที่มันวาวและสะท้อนแสงมีค่าการแผ่รังสีต่ำกว่า

IR Thermometer ส่วนใหญ่ให้ผู้ใช้ปรับการตั้งค่าการแผ่รังสีให้ตรงกับวัสดุที่วัดได้ เพื่อให้แน่ใจว่าได้ค่าการอ่านที่แม่นยำ

2. ระบบออปติก

ระบบออปติกของเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดประกอบด้วยเลนส์หรือชุดเลนส์ที่โฟกัสรังสีอินฟราเรดไปที่ตัวตรวจจับ ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นเทอร์โมไพล์หรือตัวตรวจจับไพโรอิเล็กทริก ตัวตรวจจับจะแปลงรังสีอินฟราเรดเป็นสัญญาณไฟฟ้าตามสัดส่วนของปริมาณรังสี

3. การประมวลผลสัญญาณ

สัญญาณไฟฟ้าที่สร้างโดยตัวตรวจจับจะถูกประมวลผลและขยายโดยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของเทอร์โมมิเตอร์ จากนั้นสัญญาณจะถูกแปลงเป็นค่าอุณหภูมิแบบดิจิทัลซึ่งจะแสดงบนหน้าจอของเทอร์โมมิเตอร์ รุ่นขั้นสูงอาจรวมคุณสมบัติต่างๆ เช่น ไฟแบ็คไลท์ การจัดเก็บข้อมูล และการเชื่อมต่อแบบไร้สายด้วย

4. อัตราส่วนระยะห่างต่อจุด (D:S Ratio)

อัตราส่วนระยะห่างต่อจุด (D:S ratio) ระบุขนาดของพื้นที่ที่วัดเทียบกับระยะห่างจากเทอร์โมมิเตอร์ ตัวอย่างเช่น อัตราส่วน D:S เท่ากับ 12:1 หมายความว่าที่ระยะห่าง 12 นิ้ว เทอร์โมมิเตอร์จะวัดอุณหภูมิของจุดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 นิ้ว

การทำความเข้าใจอัตราส่วน D:S เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรับรองการวัดที่แม่นยำ เนื่องจากการวัดพื้นที่ที่ใหญ่กว่าที่ตั้งใจไว้อาจส่งผลให้ได้ค่าการอ่านเฉลี่ยหรือไม่แม่นยำ

เคล็ดลับสำหรับการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำ

• ปรับค่าการแผ่รังสีอินฟราเรด: ตั้งค่าการแผ่รังสีตามวัสดุที่วัดเพื่อให้แน่ใจว่าได้ค่าการอ่านที่แม่นยำ
• ทำความเข้าใจอัตราส่วน D:S: ตระหนักถึงอัตราส่วนระยะห่างต่อจุดเพื่อวัดพื้นที่ที่ถูกต้อง
• หลีกเลี่ยงพื้นผิวสะท้อนแสง: พื้นผิวมันวาวอาจสะท้อนรังสีอินฟราเรด ทำให้การวัดไม่แม่นยำ หากจำเป็น ให้ใช้สารเคลือบหรือเทปที่ไม่สะท้อนแสง
• สภาพแวดล้อมที่มั่นคง: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าวัตถุที่กำลังวัดและเทอร์โมมิเตอร์อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มั่นคง เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วอาจส่งผลต่อการอ่านค่าได้