Máy đo nhiệt độ từ xa bằng hồng ngoại hay dựa trên nguyên lý bức xạ ánh sáng. Đây là thiết bị đo khá phổ biến ngày nay không chỉ trong công nghiệp mà cả trong dân dụng. Sự phổ biến của máy đo nhiệt độ bằng hồng ngoại bởi tính tiện ích của nó. Chưa bao giờ, việc định lượng nhiệt độ của vật thể lại dễ dàng và nhanh chóng đến vậy. Tuy nhiên, để hiểu đúng và ứng dụng phù hợp với loại dụng cụ đo này quả là không đơn giản. Để giúp bạn dễ hình dung và sử dụng đúng mục đích, hiệu quản cao, dưới đây tôi liệt kê vài đặc tính của loại máy này.

Máy đo nhiệt độ từ xa bằng hồng ngoại

Nguyên lý căn bản là dựa trên hiện tượng bức xạ ánh sáng hồng ngoại của vật thể. Ánh sáng này lại không nhìn thấy bằng mắt thường, nó nằm ngoài phổ nhìn thấy của con người. Đặc trưng của nhiệt độ vật thể là khả năng phát xạ ánh sáng hồng ngoại. Bước sóng nằm trong khoảng từ 8μm đến 14μm được ứng dụng vào chế tác thiết bị đo nhiệt độ. Và từ đây trở đi, chúng ta chỉ xét đến dải phổ này. Tất cả các nhà sản xuất trên thế giới đều dùng chung và quy chuẩn.

Dễ hiểu đối với người không chuyên là vầy: Khi bạn nung một thanh sắt nóng lên cho tới khi bạn thấy nó có màu đỏ, rồi dần dần chuyển sang trắng khi bạn tiếp tục tăng nhiệt. Đây chính là biểu hiện dễ thấy nhất của việc thay đổi màu sắc hồng ngoại. Ngay khi thanh sắt còn màu đen, nó cũng đã phát ra ánh sáng hồng ngoại, chỉ là bạn không thấy mà thôi. Càng nóng lên, thanh sắt càng thay đổi bước sóng hồng ngoại mà nó phát ra và tiến vào vùng nhìn thấy của mắt người. Cứ vậy bạn thấy nó sáng trắng đó chính là lúc đạt cực đại phổ nhìn thấy.

Máy đo nhiệt độ từ xa đo cái gì của vật thể?

Như ở trên, máy chỉ cho bạn biết nhiệt độ bức xạ bề mặt của vật bạn hướng vào mà thôi. Máy đo nhiệt độ bằng hồng ngoại không thể cho bạn biết nhiệt độ bên trong của vật cần đo. Đây là điểm đặc biệt quan trọng, bởi nếu bạn hiểu sai chỗ này, phép đo xem như bỏ đi.

Một ví dụ về định tính sai trong phép đo này như sau. Chẳng hạn bạn đo nhiệt cho cái motor điện, bạn hướng súng đo nhiệt độ từ xa vào motor. Chỉ số hiển thị trên máy đo sẽ là nhiệt độ bề mặt, nếu có sơn thì nó là nhiệt bề mặt sơn, nếu trụi lủi thì nó là nhiệt của vỏ motor. Nó hoàn toàn không thể chỉ ra nhiệt bên trong motor đang là bao nhiêu. Dù rằng bên trong có nóng thì ngoài mới hâm hâm, nhưng sự chênh lệch nhiệt là rất lớn giữa trong và ngoài. Chưa kể bạn còn phải quan tâm đến tính bức xạ của từng bề mặt sẽ khác nhau và kết quả rất khác biệt nếu bạn xác định sai.

Chốt lại: Đây là thiết bị đo nhiệt độ bề mặt của vật thể. Không dùng cho đo bên trong và cũng không dùng cho đo nhiệt chất lỏng, càng không dùng cho nhiệt độ phòng (không gian).

Hệ số phát xạ trên máy đo nhiệt độ bằng hồng ngoại.

Trải qua năm tháng bôn tẩu giang hồ thì tôi thấy hầu hết nếu không muốn nói là tất cả những nơi tôi gặp, đều hiểu sai chi tiết này. Với mỗi máy đo nhiệt độ từ xa bằng hồng ngoại khác nhau. Tính chất này khác nhau nhưng tựu chung có 2 điểm bạn buộc phải biết đó là: Máy bạn cầm trên tay có cho phép chỉnh hệ số phát xạ hay không? Nếu nó có cho bạn chỉnh, bạn phải cài đặt cho đúng loại bề mặt vật thể bạn cần đo. Nếu không cho chỉnh hệ số phát xạ ε (Emissivity), chắc chắn máy mặc định là 0.95. Bạn khỏi phải nghĩ thêm, máy này dùng cho người không chuyên, kết quả đo cũng chung chung thôi.

Máy đo nhiệt độ từ xa có cho chỉnh hệ số phát xạ ε. Đây là máy cho người chuyên nghiệp, tất yếu nó cũng phức xì tạp và rắc văn rối đến phát nản. Nhưng bù lại kết quả mà bạn đo được nó đáng tin cậy hơn loại nghiệp dư trên kia. Nhưng tham số gây ra ảnh hưởng cho thiết bị đo thần thánh này còn phải kể đến tỷ số quang học D:S nữa. Vậy hệ số ε là gì mà quạn trọng đến thế?

Với mỗi vật thể khác nhau, màu sắc bề mặt khác nhau, vì máy đo dựa trên ánh sáng nên màu sắc tuyệt đối quan trọng. Càng sẫm màu, khả năng bức xạ càng kém đi và ngược lại. Nếu máy đo nhiệt độ của bạn có chỉnh ε, nhà sản xuất sẽ cho bạn một bảng các hệ số tương ứng với vật liệu bề mặt. Bạn xác định cho đúng rồi chỉnh trên máy cho phù hợp và dương súng lên xiết cò thôi.

Hệ số quang học D:S là gì?

Tỷ số quang học này cho bạn biết sức mạnh của con mắt nằm trong máy đo nhiệt độ bằng hồng ngoại. Hiểu đơn giản nó là tỷ lệ khoảng cách từ máy tới vật thể cần đo và diện tích thiết diện vùng máy quét được. Để giải thích đơn giản hơn nữa cho người không chuyên thì bạn hình dung như sau: Khi bạn nhìn một vật thể, nó cần phải đủ lớn để bạn thấy nó. Đứng càng xa, vật thể càng nhỏ trong mắt bạn. Vì thế khi dùng súng đo nhiệt độ từ xa này bạn cần phải biết là khi đứng càng xa vật thể, nó càng phải to. Hãy đối chiếu với tỷ số D:S ghi trên máy xem có phù hợp không?

Chỉnh vị trí đứng cho phù hợp là xong. Ví dụ khi bạn có D:S = 12:1, vậy khi đứng xa nó 12m, vật đó phải tối thiểu có đường kính 1m. Hoặc ít ra thì nó cũng phải chiếm đầy vùng đo được 1m đó.

Đối với dân chuyên nghiệp, kiến thức có vẻ hàn lâm chút là vầy.

Trên cây súng đo nhiệt độ từ xa, chỉ số này họ in thẳng vào vỏ máy. Cho thấy nó quan trọng và cũng làm dễ hiểu hơn. Bạn sẽ thấy một hình nón cụt tròn xoay. Đây chính là vùng bức xạ hồng ngoại mà máy đo nhiệt độ từ xa bao quát được. Nó cần giống như chùm tia phân kỳ của ánh đèn pin khi bạn chiếu vào sương mù. Bạn sẽ thấy rõ nhất hình nón xoay này. Như vậy, chùm sáng sẽ vạch trên tường một hình tròn khi bạn chiếu vuông góc với tường. Khi chiếu xuống đất, bạn nhận thấy 1 hình elip, do góc chiếu không xuông góc.

Đối với máy đo nhiệt độ bằng hồng ngoại, S là diện tích thiết diện của mặt cắt vuông góc hình nón tròn xoay. Tức là hình tròn, không phải diện tích hình elip, dù rằng mọi ánh sáng trong vùng hình elip kia đều phát xạ về phía máy đo.

Từ ý niệm trên, bạn nhận thấy là tỷ số D:S này phải hiểu đúng, vùng đo được phải phủ kín vật cần đo. Máy sẽ tính giá trung bình trên toàn bộ bề mặt mà nó chiếu vào. Không phải giá trị nhiệt độ tại chấm laser đâu. Chấm này chỉ có giá trị định điểm cho bạn biết đang hướng cây súng vào đâu mà thôi. Chấm sáng laser là tâm của hình tròn hoặc elip.

Chốt lại đơn giản khái niệm này là: Vật thể cần đo phải nằm trong vùng nhìn thấy của máy đo. Giá trị nhiệt độ đo được là trung bình của toàn bề mặt mà nó chiếu tới. Nếu bạn muốn một vé quay về với tuổi sinh viên, tôi có sẵn một thư viện với nguyên lý và hàng loạt các công thức tích phân, tổ hợp. Hãy gọi để có một chuỗi các kiểu công thức toán học ∫ cho vấn đề này.

Nhiễu động ảnh hưởng tới kết quả đo nhiệt độ

Như trên đây, vùng không gian của hình nón tròn xoay chiếm khoảng cách từ máy đo nhiệt độ bằng hồng ngoại tới bề mặt cần đo. Vùng này chứa không khí, tính lưu động của không khí gây ra nhiễu động của ánh sáng hồng ngoại hướng vào máy đo. Nói cách khác, nhiễu động không khí trôi qua vùng không gian đo cũng được máy ghi nhận. Vì điều này, kết quả đo trên máy đo nhiệt độ từ xa sẽ cho kết quả dao động. Không phải máy kém chất lượng đâu, mà nó khá nhạy đấy, nhất là khi bạn để ở chế độ scan.

Bạn nhận thấy khác biệt đó ngay, khi bạn hướng máy đo vào cửa xả của máy điều hòa nhiệt độ. Chỉ số đo được nó nhảy múa như uống nhầm thuốc lắc. Và nếu bạn dùng giá trị này để phán cho cái máy lạnh tốt hay dở thì quá tội nghiệp cho nhà sản xuất. Bởi phép đo đầy tính lạc quan tếu. Vùng bạn chiếu vào là 1 dải khe hở thoát khí đã được làm lạnh. Trong khi máy lấy trung bình của 1 hình tròn, và tiếc thay là bạn lại đứng dưới đất hướng máy lên cao để đo. Diện tích ghi nhận (S) đối với máy đo nhiệt độ là hình elip và tỉ lệ vùng nhiệt cần ghi nhận quá nhỏ so với phần bỏ đi.

Trong công nghiệp, khi đo bạn cố gắng né tránh khoảng cách có nhiễu động không khí. Kết quả đo của bạn sẽ tin cây hơn. Nếu có cho kết quả 2 lần đo khác nhau, sai lệch còn trong khoảng dung sai phép đo thì là ok. Nếu bạn nhất nhất phải giống nhau trong mọi lần đo, thôi đừng dùng máy này nữa cho đời bớt hậm hực.

Độ chính xác và dung sai của máy đo nhiệt độ từ xa.

Như hàng tỷ máy đo khác trên thị trường hay trên quả đất, luôn có thang đo và độ chính xác tương ứng cho tầm đo đó. Vậy khi bạn cầm thiết bị trên tay, bạn cần phải biết bạn đang đo trong khoảng tầm đo nào. Dĩ nhiên ở đây chúng ta không bàn quá sâu về thiết bị đo hay kỹ năng đo. Máy này cũng có nhiều tầm đo khác nhau và độ chính xác sẽ đi theo thang đó.

Giá trị bạn thấy hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng sẽ được hiểu là giá trị trung bình của phép đo. Giá trị thực sẽ còn phải men theo độ chính xác. VD bạn đo được là 100 ^oC, độ chính xác của máy là 0.1 ^oC. Vậy thực tế bề mặt có thể là 99,9 ^oC hoặc 100,1 ^oC. Ở đây chỉ dám khẳng định là có thể thôi, không đúng đâu. Vậy nghe có vẻ chua chát và thất vọng quá nhể? Thực tế nó vậy đấy, và bạn chỉ dùng máy đo nhiệt độ bằng hồng ngoại này để kiểm tra hoặc ước đoán thôi. Đừng ghi kết quả vào bảng báo cáo, nó có thể sai lệch nhiều hơn thế. Để lấy số liệu kỹ thuật, dùng vào mục đích điều khiển, bạn cần thỏa mãn vài tiêu chí nữa. Thậm chí bạn phải đo nhiều lần, lấy kết quả cuối cùng qua thống kê và phân tích.

Kỹ năng đo của người dùng cũng vô cùng quan trọng, điều không dễ khi trao đổi với người thực thị công việc. Phần lớn tôi thấy trong quá trình bôn tẩu giang hồ là họ rất “à, biết rồi, khổ lắm, cứ nói mãi”. hoặc “À, em biết em biết. Anh biết, anh biết mà”. Nhưng rất khách sáo. Vì muốn bán được hàng, đa số người tiếp xúc lại dùng phương pháp của Galile. Cứ đồng ý cho xong rồi ra khỏi cổng lại lầm bầm như nhai chí (chấy).