Инфрачервен пирометър: Датчик за температура без контакт
Радиационният пирометър е устройство, което измерва температурата на отдалечен обект, като засича термалното излъчване, което той излъчва. Този тип температурен сензор не трябва да допира обекта или да е в термален контакт с него, в отличие от други термометри, такива като термоелементи и резистивни температурни детектори (RTD). Радиационните пирометри се използват главно за измерване на високи температури над 750°C, когато физическият контакт с горещия обект е невъзможен или нежелателен.
Какво е радиационен пирометър?
Радиационният пирометър се дефинира като дистанционен температурен сензор, който извежда температурата на обект, като засича неговото термално излъчване, излъчвано естествено. Термалното излъчване или осветеността на обект зависи от неговата температура и емисивност, която е мярка за това колко добре той излъчва топлина в сравнение с идеален черен тяло. Според закона на Стефан-Болцман, общото термално излъчване, излъчвано от тяло, може да бъде изчислено по следния начин:
Където,
Q е термалното излъчване в Вт/м²
ϵ е емисивността на тялото (0 < ϵ < 1)
σ е константата на Стефан-Болцман в Вт/м2К⁴
T е абсолютната температура в Келвин
Радиационният пирометър се състои от три основни компонента:
Линза или огледало събират и фокусират термалното излъчване от обекта върху приемния елемент.
Приемен елемент, който преобразува термалното излъчване в електрически сигнал. Това може да бъде резистивен термометър, термоелемент или фотодетектор.
Инструмент за запис, който показва или записва показанията на температурата, базиран на електрическия сигнал. Това може да бъде милливолтметър, галванометър или цифров дисплей.
Типове радиационни пирометри
Съществуват две основни типа радиационни пирометри: с фиксиран фокус и с променлив фокус.
Радиационен пирометър с фиксиран фокус
Радиационният пирометър с фиксиран фокус има дълга тръба с тесен отвор в предната част и вдлъбнато огледало в задната част.
Чувствителен термоелемент е поставен пред вдлъбнатото огледало на подходящо разстояние, така че термалното излъчване от обекта да бъде отразено от огледалото и фокусирано на горещия щепсел на термоелемента. ЕДФ, генерирана в термоелемента, се измерва с милливолтметър или галванометър, който може директно да бъде калибриран с температурата. Предимството на този тип пирометър е, че не е необходимо да се регулира за различни разстояния между обекта и инструмента, тъй като огледалото винаги фокусира излъчването на термоелемента. Обаче, този тип пирометър има ограничена област на измерване и може да бъде влияен от прах или мръсотия на огледалото или линзата.
Радиационен пирометър с променлив фокус
Радиационният пирометър с променлив фокус има регулируемо вдлъбнато огледало, направено от високо полиранина стомана.
Термалното излъчване от обекта първо се приема от огледалото и после се отразява върху чернено термоджункционално устройство, състоящо се от малка медна или сребърна плочка, където са спаяни жиците, формиращи джуншната точка. Видимият образ на обекта може да бъде видян на плочката през окуляр и централна дупка в главното огледало. Позицията на главното огледало се регулира, докато фокусът съвпадне с плочката. Загряването на термоджункционалното устройство поради термалния образ на плочката произвежда ЕДФ, която се измерва с милливолтметър или галванометър. Предимството на този тип пирометър е, че може да измерва температури в широк диапазон и може да измерва невидими лъчи от излъчването. Обаче, този тип пирометър изисква внимателна регулация и подравняване за точни показания.
Предимства и недостатъци на радиационните пирометри
Радиационните пирометри имат някои предимства и недостатъци в сравнение с други типове температурни сензори.
Някои предимства са:
Могат да измерват високи температури над 600°C, когато други сензори могат да се разтопят или повредят.
Не е необходимо физически контакт с обекта, което избягва контаминация, корозия или интерференция.
Имат бърза скорост на реакция и висок изходен сигнал.
По-малко са влияни от корозивни атмосфери или електромагнитни полета.
Някои недостатъци са:
Имат нелинейни скали и възможни грешки поради вариации в емисивността, вмешаващи се газове или пара, промени в околната температура или прах на оптичните компоненти.
Изискват калибриране и поддръжка за точни показания.
Може да са скъпи и сложни за управление.
Приложения на радиационните пирометри
Радиационните пирометри се използват широко в индустриални приложения, където се използват високи температури или където физическият контакт с обекта е невъзможен или нежелателен.
Някои примери са:
Измерване на температурата на печове, котли, кухни, фурни, и т.н.
Измерване на температурата на течни метали, стъкло, керамика, и т.н.
