Was ist ein Strahlungspyrometer?

Was ist ein Strahlungspyrometer?

Definition eines Strahlungspyrometers

Ein Strahlungspyrometer, ein kontaktloser Temperatursensor, misst die Temperatur, indem es die natürliche Wärmestrahlung eines Objekts erfasst. Die Strahlung hängt von der Temperatur und dem Emissionsgrad des Objekts ab – der Fähigkeit, Wärme im Vergleich zu einem idealen Schwarzen Strahler abzugeben.

• Q ist die Wärmestrahlung

• ϵ ist der Emissionsgrad des Körpers (0 < ϵ < 1)

• σ ist die Stefan-Boltzmann-Konstante

• T ist die absolute Temperatur in Kelvin

Komponenten eines Strahlungspyrometers

• Eine Linse oder ein Spiegel fokussiert die Wärmestrahlung des Objekts auf ein Empfangselement, das sie in messbare Daten umwandelt.

• Ein Empfangselement, das die Wärmestrahlung in ein elektrisches Signal umwandelt. Dies kann ein Widerstandsthermometer, ein Thermoelement oder ein Fotodetektor sein.

• Ein Aufzeichnungsgerät, das die Temperaturanzeige basierend auf dem elektrischen Signal anzeigt oder aufzeichnet. Dies kann ein Millivoltmeter, ein Galvanometer oder eine digitale Anzeige sein.

Arten von Strahlungspyrometern

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Strahlungspyrometern: festfokussierte Typen und variabel fokussierte Typen.

Festfokussiertes Strahlungspyrometer

Ein festfokussiertes Strahlungspyrometer hat einen langen Zylinder mit einer schmalen Öffnung am vorderen Ende und einem konkaven Spiegel am hinteren Ende.

Ein empfindliches Thermoelement wird vor dem konkaven Spiegel in passender Entfernung platziert, so dass die Wärmestrahlung vom Objekt vom Spiegel reflektiert und auf den heißen Kontakt des Thermoelements fokussiert wird. Die im Thermoelement erzeugte Spannung wird dann durch ein Millivoltmeter oder ein Galvanometer gemessen, das direkt mit der Temperatur kalibriert werden kann.

Der Vorteil dieses Typs von Pyrometer ist, dass es nicht für verschiedene Abstände zwischen dem Objekt und dem Instrument justiert werden muss, da der Spiegel die Strahlung immer auf das Thermoelement fokussiert. Allerdings hat dieses Pyrometer eine begrenzte Messbereich und kann von Staub oder Schmutz auf dem Spiegel oder der Linse beeinträchtigt werden.

Variabelfokussiertes Strahlungspyrometer

Ein variabelfokussiertes Strahlungspyrometer hat einen einstellbaren konkaven Spiegel aus hochglanzpoliertem Stahl.

Die Wärmestrahlung des Objekts wird zunächst vom Spiegel aufgenommen und dann auf eine verblackte Thermojunction reflektiert, die aus einer kleinen Kupfer- oder Silberscheibe besteht, an der die Drähte der Junction angeschweißt sind. Das sichtbare Bild des Objekts kann durch ein Okular und ein zentrales Loch im Hauptspiegel auf der Scheibe gesehen werden.

Die Position des Hauptspiegels wird so eingestellt, dass der Brennpunkt mit der Scheibe zusammenfällt. Die Erwärmung der Thermojunction durch das thermische Bild auf der Scheibe erzeugt eine Spannung, die durch ein Millivoltmeter oder ein Galvanometer gemessen wird. Der Vorteil dieses Typs von Pyrometer ist, dass es Temperaturen über einen weiten Bereich messen kann und auch unsichtbare Strahlung messen kann. Allerdings erfordert dieses Pyrometer eine sorgfältige Einstellung und Ausrichtung für genaue Messungen.

Vorteile

• Sie können hohe Temperaturen über 600°C messen, bei denen andere Sensoren schmelzen oder beschädigt werden könnten.

• Sie benötigen keinen physischen Kontakt mit dem Objekt, was Verunreinigungen, Korrosion oder Störungen vermeidet.

• Sie haben eine schnelle Reaktionszeit und eine hohe Ausgabe.

• Sie werden weniger von korrosiven Atmosphären oder elektromagnetischen Feldern beeinflusst.

Nachteile

• Diese Geräte können aufgrund nichtlinearer Skalen, Emissionsgrad-Variationen, Umgebungsänderungen und Verunreinigungen auf optischen Teilen Fehler zeigen.

• Sie erfordern Kalibrierung und Wartung für genaue Messungen.

• Sie können teuer und komplex in der Bedienung sein.