Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã phát minh ra một nhiệt kế di động, ổn định đáng chú ý có khả năng đo nhiệt độ đến độ chính xác trong vòng vài phần nghìn độ C.
Thông thường, bạn sẽ không gặp phải một nhiệt kế bức xạ cho đến khi ai đó đặt một cái vào tai bạn tại văn phòng bác sĩ hoặc bạn chĩa một cái vào trán khi bạn cảm thấy sốt. Nhưng các nhiệt kế “không tiếp xúc” cấp độ nghiên cứu được hiệu chỉnh cao và tinh vi hơn – đo các bức xạ hồng ngoại (nhiệt) phát ra từ các vật thể mà không chạm vào chúng – rất quan trọng đối với nhiều nỗ lực bên cạnh việc chăm sóc sức khỏe.
Tuy nhiên, ngay cả các nhiệt kế bức xạ thông thường cao cấp cũng đã tạo ra các số đọc với độ không chắc chắn lớn đáng lo ngại. Nhưng giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) đã phát minh ra một nhiệt kế bức xạ chất lượng tiêu chuẩn ổn định, di động, dài khoảng 60 cm (24 inch) có khả năng đo nhiệt độ đến độ chính xác trong vài phần nghìn Độ ° C.
NIST có một lịch sử lâu dài về nghiên cứu nhiệt kế bức xạ. Thiết bị nguyên mẫu mới, được xây dựng dựa trên công trình đó, có thể đo nhiệt độ trong khoảng từ -50 C (-58 F) đến 150 C (302 F). Các bước sóng hồng ngoại tương ứng là từ 8 đến 14 micromet (một phần triệu mét), đây là một loại điểm ngọt nhiệt động.
“Tất cả nhiệt độ đều bằng nhau, nhưng một số khác bằng nhau hơn”, nhà vật lý NIST Howard Yoon, người đã tạo ra thiết kế nhiệt kế và chỉ đạo dự án, được mô tả trong tạp chí Optics Express . “Khoảng 200 độ đó bao phủ gần như tất cả nhiệt độ xảy ra tự nhiên trên Trái đất. Nếu bạn tạo ra tác động lớn trong việc đo các vật thể trong phạm vi đó, điều đó thực sự quan trọng.”
Ngoài y học lâm sàng, nhiệt độ ở khu vực đó có tầm quan trọng cấp bách trong các ứng dụng mà việc tiếp xúc không phù hợp hoặc không khả thi. Ví dụ, bác sĩ phẫu thuật cần đo nhiệt độ của các cơ quan trước khi cấy ghép. Nông dân hiện đại cần nhiệt độ chính xác khi xử lý, lưu trữ và chế biến thực phẩm. Vệ tinh yêu cầu nhiệt kế không tiếp xúc để đo nhiệt độ trên đất liền và bề mặt biển.
Nhiệt kế bức xạ thông thường thường chứa ít hơn một thấu kính để tập trung bức xạ hồng ngoại và cảm biến nhiệt điện, một thiết bị chuyển đổi năng lượng nhiệt thành tín hiệu điện. Các phép đo của họ có thể bị ảnh hưởng bởi chênh lệch nhiệt độ dọc theo nhiệt kế và nhiệt độ bên ngoài thiết bị.
Thiết kế của NIST, được gọi là Nhiệt kế bức xạ xung quanh (ART), được trang bị một bộ nhiệt kế bên trong, liên tục đo nhiệt độ tại các điểm khác nhau trong thiết bị. Những bài đọc này được gửi đến một hệ thống vòng phản hồi giữ cho xylanh 30 cm (12 inch) chứa cụm máy dò ở nhiệt độ không đổi 23 C (72 F).
Nó cũng có các cải tiến thiết kế khác, bao gồm phương pháp giảm lỗi từ hiệu ứng kích thước nguồn, kết quả khi bức xạ đi vào thiết bị từ các khu vực bên ngoài trường quan sát được chỉ định.
Ưu điểm chính của ART là sự ổn định chưa từng có. Sau khi nó được hiệu chuẩn theo nhiệt kế tiếp xúc tiêu chuẩn, thiết bị có thể duy trì ổn định trong vòng vài phần nghìn độ trong nhiều tháng khi hoạt động liên tục. Điều đó làm cho hệ thống rất hứa hẹn cho các ứng dụng liên quan đến viễn thám trong thời gian dài.
“Hãy tưởng tượng bạn có thể mang thiết kế NIST ra ngoài hiện trường dưới dạng nhiệt kế bức xạ để đo chính xác các biến như nhiệt độ mặt đất và mặt biển”, Yoon nói. “Nó có thể phục vụ như một phương pháp đáng tin cậy để hiệu chỉnh các cảm biến hồng ngoại vệ tinh và xác nhận các chương trình khoa học thời tiết khổng lồ được sử dụng để dự đoán, ví dụ, các đường đi và sức mạnh của cơn bão.” Phạm vi thấp hơn -50 C (-58 F) của nó giúp nó phù hợp để theo dõi nhiệt độ của băng trên các vùng cực, thường là trong phạm vi từ -40 C (-40 F) đến -10 C (14 F).
Có một số phương pháp thực hiện các phép đo nhiệt độ có độ chính xác rất cao, nhưng một số phương pháp rất phù hợp với công việc tại hiện trường. Nhiệt kế kháng bạch kim rất dễ vỡ và cần hiệu chuẩn lại thường xuyên. Nguồn nhiệt độ tiêu chuẩn để chuyển hiệu chuẩn đó sang ART bao gồm một khoang nguồn nhiệt bên trong khoảng 42 lít (11 gallon) chất lỏng.
“Đó là những nguồn tốt nhất chúng tôi có,” Yoon nói. “Nhưng việc đo nhiệt độ nước bằng cách đặt nhiệt kế trong đại dương là không thực tế và bạn không muốn liên tục hiệu chỉnh nhiệt kế bức xạ của mình bằng cách sử dụng nguồn hiệu chuẩn như trên tàu.”
Gerald Fraser, trưởng bộ phận khoa học cảm biến của NIST, nói rằng “Sự đổi mới của Yoon làm cho phép đo nhiệt độ không tiếp xúc cạnh tranh với nhiệt kế tiếp xúc thương mại tốt nhất về độ chính xác và ổn định trong phạm vi nhiệt độ mà con người trải qua hàng ngày. kiểm soát và trong quốc phòng và an ninh nơi các phương thức liên lạc thông thường là không thực tế hoặc quá đắt. “
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :