Розроблення пристрою контролю температури твердих об'єктів

Abstract

Об’єкт дослідження — процес безконтактного вимірювання та контролю температури твердих тіл. Предмет дослідження — методи та засоби безконтактного вимірювання температури твердих тіл на основі інфрачервоної пірометрії з урахуванням коефіцієнта випромінювання поверхні. Мета роботи — розроблення та експериментальне дослідження інформаційно-вимірювальної системи безконтактного контролю температури твердих тіл із можливістю налаштування коефіцієнта випромінювання для підвищення точності вимірювань. Методи дослідження — теорія вимірювань, теорія теплового випромінювання тіл, фізичні основи пірометрії, математичне моделювання процесів теплового випромінювання, експериментальні методи дослідження, аналіз та обробка експериментальних даних. У роботі розглянуто фізичні основи інфрачервоного випромінювання та принципи роботи безконтактних пірометрів. Проаналізовано існуючі методи та засоби вимірювання температури, наведено класифікацію пірометрів і визначено їхні переваги та обмеження. Особливу увагу приділено впливу коефіцієнта випромінювання матеріалів на точність безконтактних вимірювань температури. Розроблено структурну, функціональну та принципову схеми інформаційно-вимірювальної системи на основі інфрачервоного датчика MLX90614, мікроконтролера Arduino Nano та OLED-дисплея. Обґрунтовано вибір елементної бази з урахуванням вимог до точності, енергоефективності та зручності експлуатації. Здійснено експериментальні дослідження температури металевого об’єкта при різних режимах нагрівання з використанням безконтактного пірометра та контактного електронного термометра. На основі отриманих результатів визначено коефіцієнт випромінювання досліджуваного матеріалу та проведено корекцію показів пірометра. Порівняльний аналіз експериментальних даних показав суттєве зменшення похибки вимірювання після врахування коефіцієнта випромінювання. На підставі результатів досліджень підтверджено ефективність розробленої системи безконтактного вимірювання температури та доцільність її використання для контролю температури твердих тіл у промисловості, енергетиці, будівництві та екологічному моніторингу. Запропонована система характеризується високою точністю, швидкодією, безпечністю та можливістю адаптації до різних типів поверхонь.