Ραδιομετρικό Πυρομέτρο: Ένας Αφηρημένος Αισθητήρας Θερμοκρασίας

Ο πυρομέτρης ακτινοβολίας είναι ένα συστήμα που μετρά τη θερμοκρασία ενός μακρινού αντικειμένου ανιχνεύοντας τη θερμική ακτινοβολία που εκπέμπει. Αυτό το είδος αισθητήρα θερμοκρασίας δεν χρειάζεται να επικουρέψει το αντικείμενο ή να βρίσκεται σε θερμική επαφή μαζί του, σε αντίθεση με άλλα θερμόμετρα όπως θερμοσυνδέσμια και αντίσταση θερμοκρασίας (RTDs). Οι πυρομέτρες ακτινοβολίας χρησιμοποιούνται κυρίως για το μέτρημα υψηλών θερμοκρασιών πάνω από 750°C, όπου η φυσική επαφή με το ζεστό αντικείμενο δεν είναι δυνατή ή επιθυμητή.

Τι είναι Πυρομέτρης Ακτινοβολίας

Ο πυρομέτρης ακτινοβολίας ορίζεται ως αισθητήρας θερμοκρασίας χωρίς επαφή που εκτιμά τη θερμοκρασία ενός αντικειμένου ανιχνεύοντας τη θερμική ακτινοβολία που εκπέμπει φυσικά. Η θερμική ακτινοβολία ή η ισχύς ακτινοβολίας ενός αντικειμένου εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την εκκρεμότητα, η οποία είναι μέτρο του πόσο καλά εκπέμπει θερμότητα σε σύγκριση με ένα τέλειο μαύρο σώμα. Σύμφωνα με τον νόμο του Stefan-Boltzmann, η συνολική θερμική ακτινοβολία που εκπέμπει ένα σώμα μπορεί να υπολογιστεί με:

Όπου,

• Q είναι η θερμική ακτινοβολία σε W/m$^2$

• ϵ είναι η εκκρεμότητα του σώματος (0 < ϵ < 1)

• σ είναι η σταθερά Stefan-Boltzmann σε W/m$2$K$4$

• T είναι η απόλυτη θερμοκρασία σε Kelvin

Ο πυρομέτρης ακτινοβολίας αποτελείται από τρία κύρια συστατικά μέρη:

• Μια λέντη ή καθρέπτης συγκεντρώνει και εστιάζει τη θερμική ακτινοβολία από το αντικείμενο σε ένα στοιχείο λήψης.

• Ένα στοιχείο λήψης που μετατρέπει τη θερμική ακτινοβολία σε ηλεκτρικό σήμα. Αυτό μπορεί να είναι ένα θερμομέτρο αντίστασης, ένα θερμοσυνδέσμιο ή ένα φωτοδέτεκτορας.

• Ένα σύστημα εγγραφής που εμφανίζει ή καταγράφει την ανάγνωση θερμοκρασίας με βάση το ηλεκτρικό σήμα. Αυτό μπορεί να είναι ένα μιλιβολτόμετρο, ένα γαλβανόμετρο ή μια ψηφιακή εμφάνιση.

Τύποι Πυρομέτρης Ακτινοβολίας

Υπάρχουν κυρίως δύο τύποι πυρομέτρης ακτινοβολίας: τύπος με σταθερή εστίαση και τύπος με μεταβλητή εστίαση.

Πυρομέτρης Ακτινοβολίας Τύπου Σταθερής Εστίασης

Ο πυρομέτρης ακτινοβολίας τύπου σταθερής εστίασης έχει ένα μακρύ σωλήνα με μια στενή αποστολή στο μέτωπο και ένα κοίλο καθρέπτη στο πίσω μέρος.

Ένα ευαίσθητο θερμοσυνδέσμιο τοποθετείται μπροστά στον κοίλο καθρέπτη σε κατάλληλη απόσταση, έτσι ώστε η θερμική ακτινοβολία από το αντικείμενο να αντικατοπτρίζεται από τον καθρέπτη και να εστιάζεται στη θερμή σύνδεση του θερμοσυνδέσμιου. Η ηλεκτρομοτική δύναμη που παράγεται στο θερμοσυνδέσμιο μετρείται τότε από ένα μιλιβολτόμετρο ή ένα γαλβανόμετρο, το οποίο μπορεί να είναι άμεσα καλιβρωμένο με τη θερμοκρασία. Το πλεονέκτημα αυτού του τύπου πυρομέτρη μετρητή είναι ότι δεν χρειάζεται να προσαρμοστεί για διαφορετικές αποστάσεις μεταξύ του αντικειμένου και του μέτρητη, καθώς ο καθρέπτης πάντα εστιάζει την ακτινοβολία στο θερμοσυνδέσμιο. Ωστόσο, αυτός ο τύπος πυρομέτρη μετρητή έχει περιορισμένο εύρος μέτρησης και μπορεί να επηρεαστεί από σκόνη ή βρωμιά στον καθρέπτη ή τη λέντη.

Πυρομέτρης Ακτινοβολίας Τύπου Μεταβλητής Εστίασης

Ο πυρομέτρης ακτινοβολίας τύπου μεταβλητής εστίασης έχει έναν προσαρμοστέα κοίλο καθρέπτη από υψηλά πολυτελή χάλυβα.

Η θερμική ακτινοβολία από το αντικείμενο λαμβάνεται πρώτα από τον καθρέπτη και στη συνέχεια αντικατοπτρίζεται σε ένα μαυροποιημένο θερμοσυνδέσμιο που αποτελείται από ένα μικρό δίσκο από χάλυβα ή αργυρό, στο οποίο οι συνδέσεις που σχηματίζουν το σύνδεσμα είναι συνδεδεμένες. Η ορατή εικόνα του αντικειμένου μπορεί να οπτικοποιηθεί στον δίσκο μέσω ενός οπτικού και ενός κεντρικού τρυπανιού στον κύριο καθρέπτη. Η θέση του κυρίου καθρέπτη προσαρμόζεται μέχρι να συμπίπτει η εστίαση με τον δίσκο. Η θέρμανση του θερμοσυνδέσμιου λόγω της θερμικής εικόνας στον δίσκο παράγει ηλεκτρομοτική δύναμη που μετρείται από ένα μιλιβολτόμετρο ή ένα γαλβανόμετρο. Το πλεονέκτημα αυτού του τύπου πυρομέτρη είναι ότι μπορεί να μετρήσει θερμοκρασίες σε ευρύ φάσμα και μπορεί επίσης να μετρήσει αόρατες ακτίνες από ακτινοβολία. Ωστόσο, αυτός ο τύπος πυρομέτρη απαιτεί προσεκτική προσαρμογή και ευθύνη για ακριβείς αναγνώσεις.

Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα των Πυρομέτρων Ακτινοβολίας