Stralingspirometer: 'n Kontaklose Temperatuursensor

'n Stralingspyrometer is 'n toestel wat die temperatuur van 'n verwyderde voorwerp meet deur die termiese straling wat dit uitsend te bespeur. Hierdie tipe temperatuursensor hoef nie in fisieke kontak met die voorwerp te wees nie, soos ander thermometer soos termokoppels en weerstandstemperatuurdetektors (RTDs). Stralingspyrometers word hoofsaaklik gebruik vir die meting van hoë temperature bo 750°C, waar fisieke kontak met die warm voorwerp nie moontlik of wenslik is nie.

Wat is 'n Stralingspyrometer?

'n Stralingspyrometer word gedefinieer as 'n nie-kontaktemperatuursensor wat die temperatuur van 'n voorwerp aflei deur sy natuurlike termiese straling te bespeur. Die termiese straling of irradiansie van 'n voorwerp hang af van sy temperatuur en emissiwiteit, wat 'n maatstaf is van hoe goed dit hitte straal in vergelyking met 'n perfekte swart liggaam. Volgens Stefan Boltzmann se wet kan die totale termiese straling wat deur 'n liggaam uitgesend word bereken word deur:

Waar,

• Q is die termiese straling in W/m$^2$

• ϵ is die emissiwiteit van die liggaam (0 < ϵ < 1)

• σ is die Stefan-Boltzmann konstante in W/m$2$K$4$

• T is die absolute temperatuur in Kelvin

'n Stralingspyrometer bestaan uit drie groot komponente:

• 'n Lenstjie of 'n spieël versamel en fokus die termiese straling van die voorwerp op 'n ontvangende element.

• 'n Ontvangende element wat die termiese straling omskakel na 'n elektriese sein. Dit kan 'n weerstandsthermometer, 'n termokoppel, of 'n fotodetektor wees.

• 'n Opnameinstrument wat die temperatuurleesing vertoon of rekord gebaseer op die elektriese sein. Dit kan 'n millivoltmeter, 'n galvanometer, of 'n digitale vertoning wees.

Tipes Stralingspyrometers

Daar is hoofsaaklik twee tipes stralingspyrometers: vaste fokus tipe en veranderlike fokus tipe.

Vaste Fokus Tipe Stralingspyrometer

'n Vaste-fokus tipe stralingspyrometer het 'n lang buis met 'n smal apertuur aan die voorkant en 'n hol spieël aan die agterkant.

'n Sensitiewe termokoppel word voor die hol spieël geplaas op 'n geskikte afstand, sodat die termiese straling van die voorwerp deur die spieël weerspieël word en op die warm kruising van die termokoppel gefokus word. Die emf wat in die termokoppel gegenereer word, word dan gemete deur 'n millivoltmeter of 'n galvanometer, wat direk met temperatuur gekalibreer kan word. Die voordeel van hierdie tipe pyrometer is dat dit nie aangepas hoef te word vir verskillende afstande tussen die voorwerp en die instrument nie, omdat die spieël altyd die straling op die termokoppel fokus. Hierdie tipe pyrometer het egter 'n beperkte meetbereik en kan beïnvloed word deur stof of vuil op die spieël of lenstjie.

Veranderlike Fokus Tipe Stralingspyrometer

'n Veranderlike fokus tipe stralingspyrometer het 'n verstelbare hol spieël gemaak van hoog gepolitoerde staal.

Die termiese straling van die voorwerp word eers deur die spieël ontvang en dan op 'n verduisterde termojunksie gewys, bestaande uit 'n klein koper of silwer skotter waaraan die drade wat die junksie vorm gelood is. Die sichtbare beeld van die voorwerp kan op die skotter deur 'n oogstuk en 'n sentrale gat in die hoofspieël gesien word. Die posisie van die hoofspieël word aangepas totdat die fokus saamval met die skotter. Die verhitting van die termojunksie as gevolg van die termiese beeld op die skotter produseer 'n emf wat deur 'n millivoltmeter of 'n galvanometer gemeet word. Die voordeel van hierdie tipe pyrometer is dat dit temperature oor 'n wyd bereik kan meet en ook onsigbare strale van straling kan meet. Hierdie tipe pyrometer vereis egter sorgvuldige aanpassing en uitlyning vir akkurate leesings.

Voordelige en Nadelige van Stralingspyrometers

Stralingspyrometers het sekere voordelige en nadelige in vergelyking met ander tipes temperatuursensore.

Sommige voordelige is:

• Hulle kan hoë temperature bo 600°C meet, waar ander sensore kan smelt of beskadig.

• Hulle benodig geen fisieke kontak met die voorwerp nie, wat besoedeling, korrusie, of interferensie vermy.

• Hulle het 'n vinnige reaksiespoed en hoë uitset.

• Hulle word minder beïnvloed deur korrosiewe atmosfeer of elektromagnetiese velde.

Sommige nadelige is:

• Hulle het nie-lineêre skaale en moontlike foute as gevolg van emissiwiteitsvariasies, tussenkomende gasse of damp, omgewingstemperatuurveranderinge, of vuil op optiese komponente.

• Hulle benodig kalibrering en instandhouding vir akkurate leesings.

• Hulle kan duur en kompleks wees om te bedryf.

Toepassings van Stralingspyrometers

Stralingspyrometers word wyd gebruik vir industriële toepassings waar hoë temperature betrokke is of waar fisieke kontak met die voorwerp nie moontlik of wenslik is nie.

Sommige voorbeelde is:

• Meting van die temperatuur van ovens, ketels, branders, ensovoorts.

• Meting van die temperatuur van gesmolte metaal, glas, keramiek, ensovoorts.

• Meting van die temperatuur van vlammes, plasmas, lasers, ensovoorts.

• Meting van die temperatuur van bewegende voorwerpe soos rolers, loperys, drade, ensovoorts.

• Meting van die gemiddelde temperatuur van groot oppervlaktes soos mure, dakke, pype, ensovoorts.

Gevolgtrekking