Radiometr: Nekontaktní teplotní čidlo
Radiometr je zařízení, které měří teplotu vzdáleného objektu detekcí jeho emisního tepelného záření. Tento typ teplotního čidlo nepotřebuje fyzický kontakt s objektem, na rozdíl od jiných teploměrů, jako jsou termopáry a odporové teplotní čidlo (RTD). Radiometry se hlavně používají pro měření vysokých teplot nad 750°C, kde fyzický kontakt s horkým objektem není možný nebo žádoucí.
Co je radiometr
Radiometr je definován jako nes styčné teplotní čidlo, které určuje teplotu objektu detekcí jeho přirozeně emitovaného tepelného záření. Tepelné záření nebo irradiance objektu závisí na jeho teplotě a emisivitě, což je míra, jak dobře objekt vyzařuje teplo ve srovnání s dokonalým černým tělesem. Podle Stefan-Boltzmannova zákona lze celkové tepelné záření emitované tělesem spočítat podle:
Kde,
Q je tepelné záření v W/m$^2$
ϵ je emisivita tělesa (0 < ϵ < 1)
σ je Stefan-Boltzmannova konstanta v W/m$2$K$4$
T je absolutní teplota v Kelvinech
Radiometr se skládá ze tří hlavních komponent:
Čočka nebo zrcadlo shromažďuje a soustředí tepelné záření z objektu na přijímací prvek.
Přijímací prvek, který převádí tepelné záření na elektrický signál. Může to být odporový teploměr, termopár nebo fotodetektor.
Záznamové zařízení, které zobrazuje nebo zaznamenává hodnotu teploty na základě elektrického signálu. Může to být milivoltmetr, galvanometr nebo digitální displej.
Druhy radiometrů
Existují především dva druhy radiometrů: s pevným ohniskem a s proměnným ohniskem.
Radiometr s pevným ohniskem
Radiometr s pevným ohniskem má dlouhou trubku s úzkou otvory na přední straně a konkávním zrcadlem na zadní straně.
Citlivý termopár je umístěn před konkávním zrcadlem na vhodné vzdálenosti, takže tepelné záření z objektu je odráženo zrcadlem a soustředěno na horký uzel termopáru. Vzniklá elektromotorická síla v termopáru je pak změřena milivoltmetrem nebo galvanometrem, který lze přímo kalibrovat s teplotou. Výhodou tohoto typu radiometru je, že ho není třeba upravovat pro různé vzdálenosti mezi objektem a přístrojem, protože zrcadlo vždy soustřeďuje záření na termopár. Tento typ radiometru má však omezený rozsah měření a může být ovlivněn prachem nebo špínou na zrcadle nebo čočce.
Radiometr s proměnným ohniskem
Radiometr s proměnným ohniskem má nastavitelné konkávní zrcadlo vyrobené z vysoko leštěné oceli.
Tepelné záření z objektu je nejprve přijato zrcadlem a pak odráženo na černý termojunkční uzel složený z malého mosazného nebo stříbrného disku, ke kterému jsou spájkami připojeny dráty tvořící uzel. Viditelný obraz objektu lze vidět na disku skrz okulár a centrální otvor v hlavním zrcadle. Poloha hlavního zrcadla je nastavena tak, aby se ohnisko shodovalo s diskem. Zahřátí termojunkčního uzlu způsobené tepelným obrazem na disku vytváří elektromotorickou sílu, která je změřena milivoltmetrem nebo galvanometrem. Výhodou tohoto typu radiometru je, že může měřit teploty v širokém rozsahu a může také měřit neviditelné paprsky záření. Tento typ radiometru však vyžaduje opatrnou úpravu a zarovnání pro přesné čtení.
Výhody a nevýhody radiometrů
Radiometry mají některé výhody a nevýhody v porovnání s jinými typy teplotních čidel.
Některé výhody jsou:
Mohou měřit vysoké teploty nad 600°C, kde by jiná čidla mohla tát nebo poškodit.
Nepotřebují fyzický kontakt s objektem, což eliminuje kontaminaci, korozí nebo interferenci.
Mají rychlou odezvu a vysoký výkon.
Jsou méně ovlivněny korozy atmosféry nebo elektromagnetickými poli.
Některé nevýhody jsou:
Mají nelineární stupnice a možné chyby způsobené změnami emisivity, intervenujícími plyny nebo párami, změnami teploty okolí nebo špínou na optických komponentech.
Vyžadují kalibraci a údržbu pro přesná čtení.
Mohou být drahé a komplexní v provozu.
Aplikace radiometrů
Radiometry se široce používají v průmyslových aplikacích, kde jsou zapojeny vysoké teploty nebo kde fyzický kontakt s objektem není možný nebo žádoucí.
Některé příklady jsou:
Měření teploty pecí, kotlů, hornin, troub, atd.
Měření teploty roztavených kovů, skla, keramiky, atd.
Měření teploty plamenů, plazmatu, laserů, atd.
Měření teploty pohybujících se objektů, jako jsou válečky, dopravníky, dráty, atd.
Měření průměrné teploty velkých povrchů, jako jsou stěny, střechy, potrubí, atd.
