Strålingspyrometer: En ikke-berørende temperatursensor
En strålingspyrometer er et instrument, der måler temperaturen på et fjernt objekt ved at opdage den termiske stråling, som det udsender. Denne type temperatursensor har ikke brug for at berøre objektet eller være i termisk kontakt med det, imod andre termometre som termoelementer og modstands-temperatursensorer (RTD). Strålingspyrometre anvendes hovedsageligt til at måle høje temperaturer over 750°C, hvor fysisk kontakt med det varme objekt enten ikke er mulig eller ønskelig.
Hvad er en strålingspyrometer?
En strålingspyrometer defineres som en ikke-kontakt temperatursensor, der afleder temperaturen på et objekt ved at opdage dets naturlige udsendte termiske stråling. Termiske stråling eller irradiance af et objekt afhænger af dets temperatur og emissivitet, som er en måling af, hvordan det stråler varme sammenlignet med et perfekt sort legeme. Ifølge Stefan-Boltzmanns lov kan den samlede termiske stråling, som et legeme udsender, beregnes ved:
Hvor,
Q er den termiske stråling i W/m$^2$
ϵ er emittensen for legemet (0 < ϵ < 1)
σ er Stefan-Boltzmanns konstant i W/m$2$K$4$
T er den absolute temperatur i Kelvin
En strålingspyrometer består af tre hovedkomponenter:
En linse eller et spejl, der samler og fokuserer den termiske stråling fra objektet på et modtagende element.
Et modtagende element, der konverterer den termiske stråling til et elektrisk signal. Dette kan være en resistansetermometer, et termoelement eller en fotodetektor.
Et registreringsinstrument, der viser eller registrerer temperaturmålingen baseret på det elektriske signal. Dette kan være en millivoltmeter, en galvanometer eller en digital skærm.
Typer af strålingspyrometre
Der findes hovedsageligt to typer strålingspyrometre: fast fokus type og variabel fokus type.
Fast fokus type strålingspyrometer
En fast fokus type strålingspyrometer har en lang tube med en smal åbning for enden og et konkavt spejl bagved.
Et sensitivt termoelement placeres foran det konkave spejl på en passende afstand, således at den termiske stråling fra objektet reflekteres af spejlet og fokuseres på den varme junction i termoelementet. Spændningen, der genereres i termoelementet, måles derefter af en millivoltmeter eller en galvanometer, som kan kalibreres direkte med temperatur. Fordele ved denne type pyrometer er, at den ikke behøver justering for forskellige afstande mellem objektet og instrumentet, da spejlet altid fokuserer strålingen på termoelementet. Dog har denne type pyrometer en begrænset mærkevidde og kan påvirkes af støv eller snavs på spejlet eller linser.
Variabel fokus type strålingspyrometer
En variabel fokus type strålingspyrometer har et justerbart konkavt spejl lavet af højt poleret stål.
Den termiske stråling fra objektet modtages først af spejlet og reflekteres derefter på en sortet thermojunction, bestående af en lille kobber- eller sølvplade, hvortil ledene, der danner junctionen, er solbrændt. Det synlige billede af objektet kan ses på pladen gennem et okular og et centralt hul i hovedspejlet. Positionen af hovedspejlet justeres, indtil fokuset falder sammen med pladen. Opvarmningen af thermojunctionen på grund af det termiske billede på pladen producerer en spændning, der måles af en millivoltmeter eller en galvanometer. Fordele ved denne type pyrometer er, at den kan måle temperaturer over et bredt område og også måle usynlige stråler fra stråling. Dog kræver denne type pyrometer nøje justering og justering for præcise læsninger.
Fordele og ulemper ved strålingspyrometre
Strålingspyrometre har nogle fordele og ulemper sammenlignet med andre typer temperatursensorer.
Nogle fordele er:
De kan måle høje temperaturer over 600°C, hvor andre sensorer kan smelte eller blive skadet.
De har ikke brug for fysisk kontakt med objektet, hvilket undgår forurening, korrosion eller forstyrrelser.
De har en hurtig respons og høj udgang.
De påvirkes mindre af korrosive atmosfærer eller elektromagnetiske felt.
Nogle ulemper er:
De har ikke-lineære skalaer og mulige fejl på grund af variationer i emissivitet, intervenierende gasser eller damp, ændringer i omgivende temperatur eller snavs på optiske komponenter.
De kræver kalibrering og vedligeholdelse for præcise læsninger.
De kan være dyre og komplekse at operere.
Anvendelser af strålingspyrometre
Strålingspyrometre anvendes bredt til industrielle anvendelser, hvor høje temperaturer er involveret, eller hvor fysisk kontakt med objektet ikke er mulig eller ønskelig.
Nogle eksempler er:
Måling af temperaturen i ovne, kedler, bryggerier, ovens osv.
Måling af temperaturen af flydende metaller, glas, keramik osv.
Måling af temperaturen af flammer, plasma, lasere osv.
Måling af temperaturen af bevægende objekter som rullebaner, transportbånd, tråde osv.
Måling af den gennemsnitlige temperaturen af store overflader som vægge, tag, rør osv.
Konklusion
En strålingspyrometer er et instrument, der måler temperaturen på et fjernt objekt ved at opdage den termiske stråling, som det udsender. Denne type temperatursensor har ikke brug for at berøre objektet eller være i termisk kontakt med det,
