Лазерный пирометр и принцип его работы

Принцип работы приборов

Существует два основных типа измерительных устройств – контактные и бесконтактные. Первые оборудованы специальным щупом, на кончике которого имеется датчик с быстродействующим сенсором. Этот щуп можно погружать на глубину до 80 мм для определения внутренней температуры объекта.

Бесконтактные устройства оснащены специальной сенсорной головкой, которая воспринимает поступающие от объекта инфракрасные лучи. Их количество помогает максимально точно определить температуру исследуемой зоны. Для снижения уровня погрешности подобные устройства оснащаются прицельным лазером. Такие приборы для измерения температуры на расстоянии чаще предназначены для профессионального применения и очень редко используются в быту.

Существует также третий тип измерительных инструментов – универсальные. Они способны работать и в контактном, и в бесконтактном режиме.

Технические характеристики

Диапазоны измеряемых температур, габаритные размеры, масса термометров приведены в таблице 2:

Таблица 2

Обозначение исполнений	Диапазон измеряемых температур, °С	Г абаритные размеры, мм, не более	Масса, кг, не менее
1	от минус 20 до плюс 70	206x26x16	0,017
2	от минус 20 до плюс 70	175×11,4×8,2	0,011
3	от минус 20 до плюс 70	026×230	0,050
4	от 0 до плюс 100	175×11,4×8,2	0,011
5	от минус 30 до плюс 30	175×11,4×8,2	0,011
6	от минус 30 до плюс 30	021×151	0,015
7 (вариант 1)	от минус 35 до плюс 50	175×11,4×8,2	0,010
7 (вариант 2)	195x16x13,5	0,014
8	от минус 55 до плюс 55	016×255	0,015
9	от минус 30 до плюс 30	148x22x7,5	0,010

Цена деления шкалы, °С:…………………………………………………………………1

Пределы допускаемой абсолютной погрешности термометра в зависимости от интервала измерений внутри диапазона измеряемых температур, °С:

– от минус 55 до минус 38 °С: ………………………………………………………….± 2

– св. минус 38 до 0 °С: ……………………………………………………………………..± 1,5

– св. 0 до плюс 100 °С: …………………………………………………………………………± 1

Ключевые критерии выбора

Чтобы не ошибиться с выбором и подобрать максимально подходящее устройство, нужно опираться на следующие параметры:

погрешность (она варьируется в пределах от 0,5 до 2,5 градусов);
температурный диапазон (для промышленных целей подойдут датчики с максимально широким диапазоном);
принцип измерения (инфракрасные лучи, сенсорный датчик или щуп);
цена (бюджетные варианты ограничены функционалом, поэтому больше подойдут для решения бытовых задач);

Laserliner предлагает недорогие приборы для бытового применения и профессиональный инструмент. Первые предназначены для измерения температуры в помещении, определения точки росы, измерения температуры при приготовлении пищи и других задач.

Профессиональные устройства используются в металлургии, электроэнергетике, лабораторном исследовании, строительстве. Они оборудованы информативным дисплеем, где высвечиваются все необходимые параметры. Можно выбрать формат измерения температуры – фаренгейт или цельсий. Есть опция, фиксирующая максимальное и минимальное значение.

Термометрия по сдвигу края поглощения света в кристаллах

Метод термометрии по сдвигу края поглощения позволяет измерять как стационарную, так и нестационарную температуру полупроводниковых монокристаллов в диапазоне от криогенных до высоких (T ≥ 1000 С) температур. Метод является вторым (после лазерной интерференционной термометрии) по температурной чувствительности сигнала, поскольку температурно-зависимая переменная (коэффициент поглощения света α, см-1) входит в показатель экспоненты exp(-αh), где h – толщина пластинки. При увеличении температуры растет коэффициент поглощения, при этом коэффициент пропускания быстро уменьшается. Рис.1. Оптическая схема лазерной термометрии по сдвигу края поглощения кристаллов в проходящем свете: лазер или другой источник света (1), зондируемая пластинка (2), фотоприемник (3), компьютер (4). На рис.1 показана базовая схема лазерной термометрии в проходящем свете. Помимо основных элементов, схема может включать модулятор интенсивности зондирующего света и синхронный детектор, оптический фильтр для селекции излучения, оптическое волокно, дополнительную схему для контроля стабильности лазера и коррекции регистрируемого сигнала и т.д. Для нахождения неизвестной температуры пластинки необходимо провести одно из двух измерений: – определить коэффициент отражения R или пропускания T света исследуемой пластинкой на фиксированной длине волны, лежащей в области края поглощения (рис.2); – зарегистрировать спектр пропускания или отражения в области края поглощения (рис.3). Далее вычисляют температурно-зависимый параметр – коэффициент поглощения или ширину запрещенной зоны – и с помощью известной температурной зависимости этого параметра определяют искомую температуру. Рис.2. Температурная зависимость коэффициента пропускания монокристаллом кремния излучения с длиной волны (мкм): 1.06 (1), 1.15 (2), 1.3 (3) и 1.52 (4). толщина кристалла 0.5 мм. Край поглощения при комнатной температуре соответствует для наиболее важных полупроводниковых монокристаллов длинам волн, лежащим в ультрафиолетовом, видимом или ближнем инфракрасном диапазонах спектра. Для монокристалла германия (E_g ≈0.7 эВ) заметное поглощение при 300 К наблюдается при зондировании излучением с длиной волны λ ≤1.8 мкм, для кремния (E_g ≈1.1 эВ) при λ ≤1.1 мкм, для арсенида галлия (E_g ≈1.4 эВ) при λ ≤0.9 мкм, для фосфида галлия (E_g ≈2.24 эВ) при λ ≤0.55 мкм, для безазотного алмаза (E_g ≈5.5 эВ) при λ ≤0.225 мкм и т.д. Взаимодействие света с пластинкой должно происходить в некогерентном режиме, т.е. при наличии многократных внутренних отражений без интерференции. Подавление интерференции в экспериментах достигается несколькими способами: 1) за счет естественной клиновидности практически любой пластинки dh/dx∼10-5÷10-4 (в этом случае надо применять лазерный пучок диаметром D>λ[4n(dh/dx)]-1, для монокристаллов кремния с углом между поверхностями 3·10-5 рад полное усреднение интерференции наблюдалось при D ≈3 мм); 2) увеличением спектральной ширины зондирующего света, используя нелазерный источник (чаще всего применяется именно этот способ) или лазер с достаточно широкой линией генерации (например, твердотельный вместо газового); необходимая ширина линии Δλ>>λ2/4nh, для кристалла кремния толщиной 1 мм на длине волны 1.3 мкм Δλ>> 0.1 нм. Рис.3. Спектры пропускания света монокристаллом кремния толщиной 0.5 мм при температурах (оС): 20 (1), 200 (2), 300 (3), 400 (4). Рис.4. Зависимость коэффициента пропускания света (длина волны 1.15 мкм) монокристаллом кремния толщиной 0.45 мм от времени после зажигания ВЧ-разряда в кислороде при давлении 40 Па. Вкладываемая в разряд мощность (Вт): 110 (1) и 250 (2). При t = 212 c (кривая 2) выключен ВЧ генератор, далее происходит остывание кристалла. Рис.5. Температура монокристалла кремния в плазме. Условия и обозначения, как на рис.4. Метод термометрии по сдвигу края поглощения применяется для контроля температуры полупроводниковых подложек в процессах эпитаксиального роста пленок и быстрых термических процессах микротехнологии. Широкое распространение получила разновидность метода, известная как “спектроскопия диффузного рассеяния”, в которой регистрируют спектр отражения света от пластины с шероховатой тыльной поверхностью и определяют ширину запрещенной зоны кристалла, которая и является температурно-зависимым параметром.

Проверка прямолинейности горизонтального луча лазерного уровня

Устанавливаем лазерный нивелир на расстоянии приблизительно 5 метров от стены и отмечаем точку на пересечении вертикального и горизонтального луча.

Не меняя местоположения лазерного уровня, поворачиваем его на 2,5 метра вправо (то есть смещаем вертикальную линию от отмеченной точки примерно на 2,5 метра в сторону) и смотрим левый хвост горизонтального луча, если луч находиться относительно нашей точки в пределах погрешности, то лазерный нивелир настроен правильно.

Повторяем то же самое действие, только прибор поворачиваем влево на 2,5 метра и проверяем правый хвост

Внимание: ось вращения при проверке точности не смещайте.

Список источников