Введение
Действие термопары основано на эффекте термоэлектричества, открытом немецким физиком Т. Зеебеком в 1821 году . Если соединить два провода из разнородных металлов, то между их концами возникнет электродвижущая сила величиной порядка милливольта, с температурным коэффициентом около 50 мкВ на градус. Такие соединения называются термопарами и используются для измерения температуры в диапазоне от -270 до +2500 градусов Цельсия. Зависимость напряжения от температуры нелинейна, однако в небольшом диапазоне температур термо-э.д.с. пропорциональна разности температур спаев Т1 и Т2:
ЭДС = S(Т2 — Т1), (1)
где S- коэффициент Зеебека.
Принцип действия термопары иллюстрируется следующим рисунком (рис.1). Если температуры спаев различаются, и температура одного из спаев известна (например, измерена с помощью термометра или терморезистора), то температуру второго спая (т.е. измеряемую температуру) можно найти из уравнения (1). Для того, чтобы упростить процесс измерения температуры с помощью термопары, температуру холодного спая можно застабилизировать например, опустив холодный спай в ванночку со льдом. Однако применение компьютера совместно с системой сбора данных делает эту процедуру излишней, поскольку температура холодного спая изменяется в небольших пределах, и поэтому применение даже недорогого терморезисторного датчика позволяет получить хорошие результаты с помощью программной компенсации температуры холодного спая.
 |
 |
| Рис.1. Принцип действия термопары | Рис.2. Подключение вольтметра с помощью третьего металла |
При подключении к термопаре внешней электрической цепи появляются новые контакты разнородных металлов, которые вводят в измерительную цепь дополнительные ЭДС. Однако можно видеть (рис.2), что, например термоЭДС двух контактов медь-константан включены встречно и поэтому компенсируют друг-друга. Это позволяет использовать термопару на большом удалении от измерителя напряжения, соединив их обычными медными проводами.
Другие способы детекции посетителей и сотрудников с признаками инфекционных заболеваний
На рынке существуют еще и другие устройства для определения людей с признаками инфекционных заболеваний, например:
- рамки прохода со встроенным модулем измерения температуры тела,
- металлодетекторы с аналогичными функциями,
- температурные считыватели, подключаемые к уже имеющимся терминалам.
Подобные решения обычно удобны для прохода большого количества людей, не создают скоплений и толпы на входе, быстро развертываются и настраиваются. Кроме того, они мобильны и позволяют устанавливать их в любом удобном месте.
Для предотвращения распространения вирусных инфекций организации могут применять различные устройства температурного сканирования – в зависимости от места и условий работы, количества сотрудников и посетителей, а также других факторов. Имеет значение и бюджет – тепловизионные комплексы потребуют больших затрат, а биометрические терминалы будут доступны даже небольшим организациям с малыми финансовыми возможностями.
Получите консультацию специалистов TELECAMERA.RU по подбору оборудования для температурного контроля и предотвращения распространения инфекционных заболеваний.
Resources and Going Further
Here are a few resources you may find handy as you continue building your IR thermometer-based project:
- SparkFun IR Thermometer Evaluation Board — MLX90614 GitHub Repo — The PCB design files and the firmware we program onto our IR Thermometer Evaluation Boards (beware pre-Arduino code lives here!).
- SparkFun MLX90614 Arduino Library GitHub Repo — The GitHub home for our MLX90614 Arduino library.
- MLX90614 Datasheet
- Melexis’ MLX90614 Product Page — Good source for documentation and other product information.
- Infrared Temperature Measurement Theory and Application — Excellent overview of the theory behind IR thermometers.
If you want to continue your SparkFun tutorial-reading journey, here are a few related tutorials you may enjoy:
Or check out this blog post for ideas:
MLX90614 Pinout and Technical Specifications:
- Read temperature without touching the object you’re measuring with the MLX90614 Infrared (IR) Thermometer Sensor
- Connect the two-wire interface (I2C) to your Arduino, ESP8266, ESP32, Raspberry Pi, etc.
- Supply voltage range is 4.5~5.5VDC
- MLX90614 includes a low noise amplifier, a 17-bit ADC, and a powerful DSP module in a TO-39 through-hole package
This breakout board provides a convenient way to start using the fantastic MLX90614 module, a high precision, small size, single-zone IR thermometer (temperature sensor)!
Want to read temperature without touching the object you’re measuring? Then the MLX90614 IR Thermometer is the sensor for you! By detecting the InfraRed (IR) light emitted by an object, The MLX90614 can read temperatures between –95 and 720ºF (–70 and 382.2°C) with a whopping 17-bit resolution. That’s 128 times more precise than the ADC on the ATmega328 microcontroller onboard an Arduino UNO, and implies that the MLX90614 infrared temperature sensor can distinguish temperatures between 25ºC and 25.02ºC without even coming in contact with the object!
This breakout board makes it easy to connect this sensor to your microcontroller board or single-board computer such as Arduino, ESP8266, ESP32, BeagleBone or Raspberry Pi! The four pins correspond to power (VCC, GND) and I2C communication (SDA, SCL). We’ve included in our design pull-up resistors on the I2C lines as customary. They can be disabled, as usual, by using the solder jumpers on the back of the board.
MLX90614 without Calibration:
During my first test, I am completely ignoring the emissivity value and I am going with the standard Emissivity value of 1. To check how accurate is the temperature reading of the MLX90614, first, I am going to measure the temperature of my hand using a surface contact-based temperature sensor DS18b20.
You can see the temperature is around 35 Celsius.
Now, I am going to measure the temperature using MLX90614 and an Arduino-based thermometer. Let’s see if the MLX90614 IR Sensor is going to give me the same temperature.
You can see the temperature is around 38.69 Celsius, which is not accurate because I am using the Emissivity value of 1, while the emissivity value of the Human skin is between 0.95 and 0.98.
Прописывание кода для работы термометра с DS18B20 на основе Arduino
Прежде всего, в программу разработки надо добавить библиотеку под названием DallasTemperature
Стоит отдавать предпочтение именно ей, ведь она содержит самые высокие температурные значения (а это важно при использовании модуля DS18B20)
При создании кода нужно будет прописать три основные команды:
- Чтение температурных значений, поступающих от датчика.
- Преобразование температуры методом широтно-импульсной модуляции.
- Вывод значений на термометр.
Следует учитывать, что минимальный и максимальный порог температуры может быть самым разным (здесь все зависит от предпочтений пользователя). Однако необходимо помнить одну деталь: чем больше разрыв между нижним и верхним пределом, тем меньше будут цифры на шкале.
Вот как выглядит весь код, необходимый для настройки работы термометра.
Датчик температуры в Arduino – один из самых распространенных видов сенсоров. Разработчику проектов с термометрами на Arduino доступно множество разных вариантов, отличающихся по принципу действия, точности, конструктивному исполнению. Цифровой датчик DS18B20 является одним из наиболее популярных температурных датчиков, часто он используется в водонепроницаемом корпусе для измерения температуры воды или других жидкостей. В этой статье вы найдете описание датчика ds18b20 на русском, мы вместе рассмотрим особенности подключения к ардуино, принцип работы датчика, описание библиотек и скетчей.
DS18B20 – это цифровой температурный датчик, обладающий множеством полезных функций. По сути, DS18B20 – это целый микроконтроллер, который может хранить значение измерений, сигнализировать о выходе температуры за установленные границы (сами границы мы можем устанавливать и менять), менять точность измерений, способ взаимодействия с контроллером и многое другое. Все это в очень небольшом корпусе, который, к тому же, доступен в водонепроницаемом исполнении.
Где купить датчик
Память датчика состоит из двух видов: оперативной и энергонезависимой – SRAM и EEPROM. В последнюю записываются регистры конфигурации и регистры TH, TL, которые могут использоваться как регистры общего назначения, если не используются для указания диапазона допустимых значений температуры.
Основной задачей DS18B20 является определение температуры и преобразование полученного результата в цифровой вид. Мы можем самостоятельно задать необходимое разрешение, установив количество бит точности – 9, 10, 11 и 12. В этих случаях разрешающие способности будут соответственно равны 0,5С, 0,25С, 0,125С и 0,0625С.
Полученные температурные измерения сохраняются в SRAM датчика. 1 и 2 байты сохраняют полученное значение температуры, 3 и 4 сохраняют пределы измерения, 5 и 6 зарезервированы, 7 и 8 используются для высокоточного определения температуры, последний 9 байт хранит устойчивый к помехам CRC код.
Arduino Sketch
Open your Arduino IDE and go to File > New. A new file will open. Copy the code given below in that file and save it.
This code will display the ambient temperature and object temperature in both degree Celsius and Fahrenheit and update it to new readings after every second.
How the Code Works?
The first step is to include the required library i.e. “Adafruit_MLX90614.h” for the temperature sensor.
Next create an object ‘mlx’ to access the MLX90614 library functions.
Inside the setup() function, we first start the serial communication at a baud rate of 115200. Then we initialize the temperature sensor using the begin() method on the Adafruit_MLX90614 object.
Inside the loop() function, we access the ambient temperature and the object temperature reading in both degree Celsius and Fahrenheit. These are printed in the serial monitor after every second.
To obtain the ambient temperature in degree Celsius we use the mlx.readAmbientTempC() function and in Fahrenheit we use the mlx.readAmbientTempF(). Similarly, to obtain the object temperature in degree Celsius we use mlx.readObjectTempC() function and in Fahrenheit we use the mlx.readObjectTempF() function.
Demonstration
Make sure you choose the correct board and COM port before uploading your code to the board. Go to Tools > Board and select Arduino UNO. Next, go to Tools > Port and select the appropriate port through which your board is connected.
Click on the upload button to upload the code into the board.After you have uploaded your code to the development board, press its RST button.
In your Arduino IDE, open up the serial monitor and you will be able to see the temperature readings. Bring the sensor close to an object to monitor its temperature. Moreover, make sure the sensor is away from electromagnetic waves as they can give rise to inaccurate readings.
Создание электрической цепи для термометра с DS18B20 на основе Arduino
Здесь алгоритм работы довольно простой, так что соединить все компоненты в единую цепь сможет даже новичок. Для начала на модуле DS18B20 необходимо найти отрицательный контакт (если смотреть на сенсор сверху, данный контакт будет слева). Отрицательный штырек надо соединить с нижней точкой заземления на плате Arduino (она будет обозначаться аббревиатурой GND). Штырь с положительным зарядом (правый) надо подключить к контакту питания на 5 В (тоже располагается внизу платы). Далее делается сигнальный вывод на цифровой контакт 2 (находится вверху платы), чтобы стало возможным измерение температуры (в этом случае используется центральный штырек сенсора).
Чтобы при работе обеспечивалось управление вольтметром, нужно соединить его положительный контакт с цифровым выводом под номером 9. Отрицательный контакт вольтметра подключается к верхней точке заземления платы (она также обозначается сокращением GND). Чтобы поменять цифровую шкалу вольтметра, необходимо просто распечатать заранее подготовленную картинку с градусами Цельсия. Эта картинка либо приклеивается поверх старой шкалы, либо вставляется вместо неё.
Физические основы под устройство бесконтактного термометра
Далёкий 1900 год стал моментом, когда учёным физикам удалось определить полный электромагнитный спектр. Тогда же были установлены качественные и количественные корреляции, описывающие инфракрасную энергию.
Определение термина «чёрное тело»?
Конвертер излучения, способный поглощать всё входящее излучение при полном исключении проявления эффекта какого-либо отражения или пропускания энергии, учёные характеризуют как «чёрное тело».
Элементы конструкции бесконтактного ручного термометра: 1 – кнопка установки единиц измерения температуры (ºC / ºF); 2 – кнопка установки режима работы; 3 – кнопка включения / выключения; 4 – измеренная температура на дисплее; 5 – красная точка лазера; 6 – детектирующее отверстие; 7 – клавиша активации измерения; 8 – блок питания
«Чёрному телу» характерно излучение максимума энергии на каждой длине волны. При этом уровень фона не зависит от угловых величин. «Чёрное тело» рассматривается как основа понимания физических принципов бесконтактного контроля температуры, а также техники калибровки инфракрасных бесконтактных термометров.
Достаточно простой видится конструкция полого «чёрного тела», имеющего небольшое отверстие в одной из конечных областей. Если происходит нагрев до определенного значения температуры, внутри полой области отмечается баланс температуры. Сквозь имеющееся отверстие эта температура излучается. Под каждый температурный диапазон и с учётом применения, роль играют материал и геометрическая структура «чёрного тела».
Если отверстие очень малого диаметра по сравнению с общим объёмом, интерференция идеального состояния крайне мала. Позиционируя измерительный аппарат (бесконтактный термометр) по системному отверстию «чёрного тела», выполняют калибровку измерительного устройства.
Для калибровки таких устройств как бесконтактный термометр используется специальное оборудование, благодаря которому получают и определяют базовую температурную точку
На практике простые устройства используют поверхности, которые покрыты пигментированной краской, демонстрируя значения поглощения, плюс излучающую способность для установленного диапазона длин волн. Такого подхода достаточно для калибровки под реальный контроль.
Концепция фона «чёрного тела»
Закон лучистой энергии по Планку устанавливает базовую взаимосвязь под бесконтактное измерение температуры. Этим законом характеризуется удельная величина спектрального излучения (Mλs) «чёрного тела» в область полупространства, с учётом температуры (T) и длины волны (λ).
Увеличение температуры сопровождается смещением удельной максимальной величины спектрального излучения в зону более коротких длин волн. Однако представленную формулу недопустимо применять без ограничений. Но допустимо брать из концепции различные соотношения.
Внедрением спектральной интенсивности излучения под все длины волн от 0 до бесконечности, открываются возможности получения значений фона объекта в целом. Такое соотношение определяется законом Стефана-Больцмана:
MλS = σ · T4 σ = 5,67 · 10–8 WM–2 K–4
Полный фон «чёрного тела» в границах общего диапазона длин волн растёт пропорционально четвёртой степени абсолютной температуры. Закон Планка в графике также демонстрирует, как длина волны под генерацию максимума фона «чёрного тела» сдвигается по факту температурных изменений.
Закон смещения по Вину выводится из формулы Планка методом дифференциации:
λ max · T = 2898 μm · K
Длина волны под максимальное значение излучения, с ростом температуры переходит в область коротких волн.
Что такое «серое тело»?
Лишь немногие тела соответствуют идеалу чёрного тела. Многие тела излучают куда меньше радиации при аналогичной температуре. Излучающая способность (ε) определяет отношение величины излучения в реальном и «чёрном» телах (между нулём и единицей). Инфракрасный датчик воспринимает излучение с поверхности объекта, включая фон окружающей среды, плюс инфракрасное излучение от контрольного объекта:
ε + ρ + τ = 1;
где: ε – излучающая способность, ρ – отражательная способность, τ – степень прозрачности.
Большинство существующих тел остаются непрозрачными в инфракрасном диапазоне, поэтому в таких случаях применимо следующее выражение:
ε + ρ = 1;
демонстрирующее, насколько проще измерять отражение, нежели излучающую способность объекта (тела).
Виды термометров по принципу действия
Процесс измерения температуры может основываться на разных физических процессах. Исходя из этого, выделяют 5 видов термометров.
Контактные
Такие приборы еще называют термометрами расширения. Они основаны на отслеживании изменения объема тел под действием меняющейся температуры. Обычно измеряемый диапазон температур составляет от -190 до +500 градусов по Цельсию.
К этой категории относятся жидкостные и механические устройства. Жидкостные представляют собой приборы в стеклянном корпусе, заполненные спиртом, ртутью, толуолом или керосином. Они прочные и устойчивые к внешним воздействиям. Температурный диапазон измерений зависит от типа используемой жидкости (наибольший — у ртутных, наименьший — у цифровых).
Механические могут работать с разными типами сред, включая жидкостные, газообразные, твердые или сыпучие. Универсальность позволяет использовать их в разных инженерных системах.
Термометры сопротивления
К этой категории относятся приборы, которые способны измерять электрическое сопротивление веществ, меняющееся в зависимости от температурных показателей. Рабочий диапазон этих устройств — от -200 до +650 градусов.
Такие термометры состоят из чувствительных термодатчиков и точных электронных блоков, контролирующих изменения проводимости, сопротивления и электрического потенциала. Обычно их встраивают в общую систему мониторинга и оповещения, туда, где нужно отслеживать меняющиеся параметры и не допускать их превышения.
В котельных установках наибольшее применение получили термометры сопротивления медные (ТСМ). Термометрами сопротивления можно измерять температуры от -50 до +600°С.
Электронные термопары
При нагревании эти приборы генерируют ток, что и позволяет измерять температуру. Принцип действия основан на замерах термоэлектродвижущей силы. Диапазон измерений в этом случае — от 0 до +1800 градусов.
Манометрические
Такие термометры учитывают зависимость между температурными показателями и давлением газа. В измеряемую среду помещают термобаллон, соединенный с манометром латунной трубкой. При нагреве термобаллона давление внутри него увеличивается, и эта величина измеряется манометром. Таким образом проводят замеры температуры в диапазоне от -160 до +600 градусов.
Бесконтактные пирометры
В основе этих приборов — инфракрасные датчики, считывающие уровень излучения. Они подразделяются на два вида: яркостные, проводящие измерения излучений на определенной длине волны (диапазон — от +100 до +6000 градусов), и радиационные, когда определяется тепловое действие лучеиспускания (от -50 до +2000 градусов). Они могут использоваться в том числе и для определения температуры нагретого металла, а также при наладке и испытаниях котлов.
MLX90614 Temperature Sensor Introduction
MLX90614 is IR based contactless temperature sensor that can measure the temperature of a particular object between -70°C – 382.2°C and an ambient temperature of -40°C – 125°C without even making physical contact with an object under observation. It is embedded with an I2C port to communicate temperature reading to microcontrollers over an I2C bus. On top of that, it is provided with ESD protection to avoid malfunctioning of the sensor.
The tiny device is highly accurate and precise due to its powerful ADC. A 17-bit ADC is embedded in the module to output the values with 0.14 ˚C of resolution. Melexis has introduced different versions of this sensor based on input voltage requirements i.e., 3 Volts or 5volts and resolving power for different project requirements. But MLX90614 is a sensitive temperature sensor that has a long list of applications, especially in home automation
MLX90614 Interfacing with Arduino, Circuit Diagram:
This is the most basic connection diagram of the MLX90614. As the MLX90614 is an I2C supported Infrared Temperature Sensor so it is connected with the I2C bus of the Arduino through A4 and A5 pins. A4 is the SDA and A5 is the SCL. You can clearly see in the circuit diagram above, the SDA and SCL pins of the MLX90614 Infrared Temperature Sensor are connected with the SDA and SCL pins of the Arduino, while the VIN and GND pins of the MLX90614 Non-contact temperature sensor are connected with the Arduino’s 5V and GND.
Before you start the programming first of all make sure you download the Adafruit_MLX90614 library otherwise you won’t be able to compile the program.
MLX90614 Arduino Programming:
/*
* MLX90614 Non-contact Infrared Temperature Sensor (Gy-906) with Arduino
* https://www.electroniclinic.com/
*/
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MLX90614.h>
Adafruit_MLX90614 mlx = Adafruit_MLX90614();
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println(«Arduino MLX90614 Testing»);
mlx.begin();
}
void loop() {
Serial.print(«Ambient = «); Serial.print(mlx.readAmbientTempC());
Serial.print(«*C\tObject = «); Serial.print(mlx.readObjectTempC()); Serial.println(«*C»);
Serial.print(«Ambient = «); Serial.print(mlx.readAmbientTempF());
Serial.print(«*F\tObject = «); Serial.print(mlx.readObjectTempF()); Serial.println(«*F»);
Serial.println();
delay(500);
}
|
1 |
/* Adafruit_MLX90614 mlx=Adafruit_MLX90614(); voidsetup(){ Serial.begin(9600); Serial.println(«Arduino MLX90614 Testing»); mlx.begin(); } voidloop(){ Serial.print(«Ambient = «);Serial.print(mlx.readAmbientTempC()); Serial.print(«*C\tObject = «);Serial.print(mlx.readObjectTempC());Serial.println(«*C»); Serial.print(«Ambient = «);Serial.print(mlx.readAmbientTempF()); Serial.print(«*F\tObject = «);Serial.print(mlx.readObjectTempF());Serial.println(«*F»); Serial.println(); delay(500); } |
Testing:
After uploading this program, Open the serial monitor and you should be able to see temperature on the Serial monitor. Let’s take this to another level.
It seems quite impractical to use the Serial monitor at all times. We need to display the temperature on some sort of device. We have different types small size and low cost display modules. You can use the 16×2 LCD or you can also use the Oled Display Module. If you decide to use 16×2 LCD module then you will need more wires, but if you decide to use the I2C supported Oled display module like the SSD1306 then you will need only two wires. As the MLX90614 Infrared Temperature Sensor is an I2C supported device so it’s going to be really amazing if we use the I2C supported Oled display Module.
Где применяются тепловизионные комплексы
Тепловизор — оптико-электронное устройство, которое «видит» в инфракрасном спектре. Да, это та самая штука из боевиков про лихой спецназ и фильмов про Хищника, которая красиво раскрашивает обычное изображение в красно-синие тона. На практике ничего необычного в ней нет и их используют достаточно широко: тепловизорами определяют положение и форму излучающих тепло объектов и измеряют их температуру. В промышленности тепловизоры давно применяют для контроля температуры на производственных линиях, промышленного оборудования или трубопроводов. Часто тепловизоры можно заметить по периметру серьёзных объектов: тепловизионные комплексы «видят» тепло, которое излучает человек. С их помощью охранные системы засекают несанкционированное проникновение на объект даже в абсолютной темноте.
Из-за COVID-19 тепловизоры всё чаще интегрируются с системами биометрической идентификации для контроля доступом. Например, интегрированные в «БиоСКУД» (комплексное решение Ростелекома, которое разрабатывается и производится в России) тепловизионные устройства могут измерять температуру людей, отслеживать перемещение и выделять отдельных лиц с повышенной температурой.
Emissivity:
Emissivity is a measure of the efficiency in which a surface emits thermal energy. It is defined as the fraction of energy being emitted relative to that emitted by a thermally black surface or a black body. A black body is a material that is a perfect emitter of heat energy and has an emissivity value of 1. A material with an emissivity value of 0 would be considered a perfect thermal mirror.
For example, if an object had the potential to emit 100 units of energy but only emits 90 units in the real world, then that object would have an emissivity value of 0.90. In the real world, there are no perfect “black bodies” and very few perfect infrared mirrors so most objects have an emissivity between 0 and 1.
Different objects have different emissivity values and when you ignore the emissivity value then you will end up getting the wrong temperature readings. As I said earlier, as a standard, the MLX90614 is calibrated for an object emissivity of 1. So, let’s say if you want to measure the temperature of a human body then you will need to recalibrate your MLX90614 non-contact infrared temperature sensor. Let me practically show you.
Wiring up a MLX90614 Module to an Arduino
Now that we know everything about the module, we can begin hooking it up to our Arduino!
Start by connecting the VCC pin to the power supply, 5V is fine. Use the same voltage that your microcontroller logic is based off of. For most Arduinos, that is 5V. For 3.3V logic devices, use 3.3V. Now connect GND to common ground.
Connect the SCL pin to the I2C clock pin and the SDA pin to the I2C data pin on your Arduino. Note that each Arduino Board has different I2C pins which should be connected accordingly. On the Arduino boards with the R3 layout, the SDA (data line) and SCL (clock line) are on the pin headers close to the AREF pin. They are also known as A5 (SCL) and A4 (SDA).
The following illustration shows the wiring.
Тепловизоры для измерения температуры тела
Разделяют портативные и стационарные тепловизоры. Портативные модели могут устанавливаться на штативах, различных креплениях и функционировать как стационарные модели.
Для задач видеонаблюдения и контроля доступа часто используют либо связку видеокамеры и тепловизора, либо устройство, соединяющее эти функции в одном корпусе, то есть тепловизионные камеры. От обычных камер они отличаются 2 объективами на фронтальной панели.
Чтобы сканировать температуру человеческого тела, можно использовать только специально предназначенные для этого тепловизоры
Их настройки позволяют снизить погрешность измерения до минимальных значений, что важно при сканировании людей. Промышленные тепловизоры имеют слишком большую погрешность, которая может дать как большое количество ложных тревог, так и пропустить людей с признаками инфекционных заболеваний.. Для получения требуемой точности данных в тепловизорах используются 2 разных метода:
Для получения требуемой точности данных в тепловизорах используются 2 разных метода:
- Сравнение однородных объектов с близкой температурой. На практике это выглядит так: регистрируются данные измерения первых 10 человек, проходящих мимо объектива, рассчитывается средний показатель. Это значение принимается как эталонное и с ним сравниваются результаты замеров всех последующих посетителей или сотрудников.
- Сравнение с тепловым эталоном, который чаще всего называют «абсолютно черным телом» (АЧТ). Данный прибор излучает строго определенную температуру, которая признается за эталон и в сравнении с ним происходит сканирование всех проходящих людей.
Тепловизионные системы позволяют работать с потоком людей, что важно в таких общественных местах, как вокзалы, метро, больницы, школы, стадионы и прочие.
И, хотя данные решения дороже терминалов или стационарных бесконтактных термометров, но возможности их шире, а функционал, несомненно, будет полезен для организаций с повышенными требованиями к используемому оборудованию, такими как высокая скорость проведения измерений, интенсивность потока людей, точность замеров, количество ошибок.
Среди тепловизионных систем можно отметить тепловизионные комплекты DAHUA для определения температуры тела. Готовые комплекты полностью готовы к использованию в общественных местах, обеспечивают высокую точность измерения и состоят из следующих устройств:
- тепловизионная камера,
- калибровочное оборудование (АЧТ),
- видеорегистратор,
- программное обеспечение,
- аксессуары – адаптеры, штативы и пр.
Подобранные составляющие комплектов полностью совместимы, упрощая внедрение системы на предприятии.
Достоинства тепловизионных комплексов:
- Обеспечивают высокую точность измерения.
- Тепловизор проводит сканирование на большой дистанции, обслуживающему персоналу нет необходимости подходить близко к посетителям, следовательно исключается перекрестное заражение.
- Высокая скорость – уменьшает заторы на входе, позволяя вести замеры в потоке людей.
Тепловизионные комплексы и камеры имеют некоторые ограничения, которые необходимо учитывать при их внедрении:
- Если используется АЧТ, то для начала его работы оно должно прогреться до заданного уровня в течение 10–15 минут. На практике это означает, что калибратор должен быть включен либо постоянно, либо включаться как минимум за 15–20 минут до начала прохода людей.
- На точность влияет нахождение различных нагретых предметов в поле зрения тепловизора – например, если тепловизор «смотрит» в сторону входа с тепловой пушкой, то он может некорректно проводить сканирование проходящих мимо людей.
- В холодное время года перед сканированием сотрудники и посетители должны согреться, побыв в теплом помещении – так замеры будут более точными. Это решается организацией тепловых коридоров, через которые проходят люди перед сканированием.
Описание широтно-импульсной модуляции
Если коротко, широтно-импульсная модуляция является методом получения аналоговых результатов (таких, как температура) при помощи цифровых средств. Она хороша тем, что даже очень высокие либо очень низкие значения передаются по каналам связи одним импульсом. Весь процесс широтно-импульсной модуляции проходит так: датчик отправляет процессору сигнальный импульс, а сам процессор уже проводит его обработку, после чего выдает значение на термометр. Чтобы иметь возможность получать информацию таким образом, необходимо задействовать специальные контактные штыри на плате Arduino. Распознать эти контакты предельно просто — рядом с ними есть вот такой значок «~». Кстати, данный значок присутствует и возле контакта под номером 9, с которым мы соединяем положительный штырь вольтметра. 9-й вывод был задействован только в качестве примера; при желании можно использовать любой другой контакт, рядом с которым стоит значок «~».
Конструкции термопар
Сварка проводов, изготовленных из разных металлов, выполняется таким образом, чтобы получилось небольшое по размеру соединение — спай. Провода можно просто скрутить, однако такое соединение ненадежно и имеет большой уровень шумов. Сварку металлов иногда заменяют пайкой, однако верхний температурный диапазон такой термопары ограничен температуров плавления припоя. При температурах, близких к температуре плавления припоя, контакт разнородных металлов в термопаре может нарушаться. Термопары, изготвленные сваркой, выдерживают более высокие температуры, однако химический состав термопары и структура металла в месте сварки могут нарушаться, что приводит к разбросу температурных коэффициентов термопар. Под действием высоких температур может произойти раскалибровка термопары вследствие изменения диффуции компонентов металла в месте сварки. В таких случаях термопару следует откалибровать заново или заменить.
Промышленностью выпускаются термопары трех различных конструкций: с открытым спаем, с изолированным незаземленным спаем и с заземленным спаем. Термопары с открытым контактом имеют малую постоянную времени, но плохую коррозионную стойкость. Термопары двух других типов применимы для измерения температуры в агрессивных средах. В таблице 3 приведены типы термопар и их маркировка в соответствии со стандартом ANSI.
Таблица 3
|
Обозначение, |
Тип по |
Материал |
Материал |
Максимальная погрешность |
Максимальная |
Температурный |
Выходное |
|
J |
ТЖК |
Железо, Fe |
Константан, Cu-Ni |
2,2 oС или 0,75% |
760 |
51,45 |
5,268 |
|
K |
TXA |
Хромель, Cr-Ni |
Алюмель, Ni-Al |
2,2 oС или 0,75% выше 0 oС, 2,2 oС или 2% ниже |
1370 |
40,28 |
4,095 |
|
T |
ТМК |
Медь, Cu |
Константан, Cu-Ni |
1 oС или 0,75% выше 0 oС, 1 oС или 1,5% ниже |
400 |
40,28 |
4,277 |
|
E |
ТХКн |
Хромель, Cr-Ni |
Константан, Cu-Ni |
1,7 oС или 0,5% выше 0 oС, 1,7 oС или 1% ниже |
1000 |
60,48 |
6,317 |
|
N |
ТНН |
Никросил, Ni-Cr-Si |
Нисил, Ni-Si-Mg |
2,2 oС или 0,75% выше 0 oС, 2,2 oС или 2% ниже |
— |
— |
— |
|
R |
ТПП |
Платина-Родий |
Платина Pt |
1,5 oС или 0,25% |
1750 |
5,8 |
0,647 |
|
S |
ТПП |
Платина-Родий |
Платина Pt |
1,5 oС или 0,25% |
1750 |
5,88 |
0,645 |
|
B |
ТПР |
Платина-Родий |
Платина-Родий |
0,5% выше +800 oС |
1800 |
— |
0,033 |
|
L |
TXK |
Хромель-Копель |
900 |
||||
|
C |
ТВР,A |
Вольфрам-Рений, |
Вольфрам-Рений, |
4,5 oС до _425 oС, 1% до 2320 oС |
— |
— |
— |
Особенностью термопар по сравнению с другими типами термодатчиков является то, что температурный коэффициент зависит только от материала, из которого изготовлена термопара и не зависит от ее конструкции (термопары выполняются в форме щупа, проклодки, бронированного зонда, и т.п.). Это делает термопары взаимозаменяемыми без дополнительной подстройки.
При высоких температурах сопротивление материала изоляции термопары уменьшается и токи утечки через изоляцию могут вносить погрешность в результат измерения. Погрешность термопары возрастает также при попадании жидкости внутрь термопары, вследствие чего возникает гальванический эффект.