Kiirguse püroometer: Kontakttöötu temperatuurisensor

Kiirguspirometer on seade, mis mõõdab kaugel asuvate objektide temperatuuri nende poolt välja saadetava soojuskirjelduse tuvastamise kaudu. Sellist tüüpi temperatuurisensor ei pea puutuma objektiga ega olla sellega soojuskontaktis, nagu näiteks termopaarid ja vastuslikud temperatuuridetektorid (RTD). Kiirguspirometreid kasutatakse peamiselt üle 750°C ulatuvate kõrgete temperatuuride mõõtmiseks, kui füüsiline kontakt kuuma objektiga ei ole võimalik või soovitav.

Mis on kiirguspirometer?

Kiirguspirometer on kontaktiline temperatuurisensor, mis järeldab objekti temperatuuri selle poolt looduses välja saadetava soojuskirjelduse tuvastamise kaudu. Objekti soojuskirjelduse või kirjeldustihedus sõltub tema temperatuurist ja emiteerimisvõimekusest, mis on mõõt, kuidas see võrdub ideaalse musta kehaga. Stefan-Boltzmanni seaduse järgi võib keha välja saadetava soojuskirjelduse kokku arvutada järgmiselt:

Kus,

• Q on soojuskirjeldus W/m$^2$

• ϵ on keha emiteerimisvõime (0 < ϵ < 1)

• σ on Stefan-Boltzmanni konstant W/m$2$K$4$

• T on absoluutne temperatuur Kelviniühikutes

Kiirguspirometer koosneb kolmest peamisest komponendist:

• Linss või peegel kogub ja suunab objektist tulnud soojuskirjelduse vastuvõtva elemendile.

• Vastuvõteline element, mis teisendab soojuskirjelduse elektriliseks signaaliks. See võib olla vastuslik termomeeter, termopaar või fotodetektor.

• Registreerimisvahend, mis näitab või salvestab temperatuurilevi põhjal elektrilist signaali. See võib olla millivoolaräpp, galvanomeeter või digitaalne näitaja.

Kiirguspirometri tüübid

On peamiselt kaks tüüpi kiirguspirometreid: fikseeritud fokusega ja muutuva fokusega.

Fikseeritud fokusega kiirguspirometer

Fikseeritud fokusega kiirguspirometer on pikas tüübikus, millel on ettepoole väike avamus ja tagapoole konkreen peegel.

Ettepoole konkreen peegli sobiva kaugusel paigutatud tundlik termopaar, millel objekti poolt välja saadetav soojuskirjeldus peegliga heidetakse ja fookustatakse termopaari külmale ühenduspunktile. Termopaaris tekkinud EMF mõõdetakse millivoolaräppi või galvanomeetri abil, mida saab otse temperatuuriga kalibreerida. Selle tüübi pirometri eelis on, et seda ei pea erinevatel objekti ja seadme vahelistel kaugustel reguleerima, kuna peegel alati fookustab kirjelduse termopaarile. Siiski on sellise tüübi pirometri mõõtmisvahemik piiratud ja see võib kannatada peegli või linssi mahapöörde või saaste tõttu.

Muutuva fokusega kiirguspirometer

Muutuva fokusega kiirguspirometeril on reguleeritav konkreen peegel, mis on valmistatud kõrgekvaliteediliselt polieeritud terasest.

Objekti poolt välja saadetav soojuskirjeldus esmalt vastuvõetakse peegliga ja seejärel heidetakse mustanenud termojunktsioonile, mis koosneb väikesest kuprumi või hõbeda plaatist, millele on liitmete moodustavad juhed lõlitatud. Objekti nähtavat pilvet saab näha plaatil läbipaistva silmi ja peegli keskpunktis asuva aukest kaudu. Peegli asukohta reguleeritakse, kuni fookus langeb plaatiga kokku. Termojunktsiooni soojenemine tõttu soojuskirjelduse pilve plaatil toob kaasa EMF, mida mõõdetakse millivoolaräppi või galvanomeetri abil. Selle tüübi pirometri eelis on, et see võib mõõta laia temperatuurivahemiku ja mõõta ka nähtamatuid kiirgu. Siiski nõuab sellise tüübi pirometer täpset reguleerimist ja joondamist täpsete mõõtmiste jaoks.

Kiirguspirometrilised eelised ja puudused

Kiirguspirometreil on mõningaid eeliseid ja puudusi teiste temperatuurisensoritega võrreldes.

Mõned eelised on:

• Nad saavad mõõta kõrgeid temperatuure, üle 600°C, kus muud sensorid võivad sulgeda või kahjustuda.

• Nad ei pea füüsiliselt puutuma objektiga, mis vältib kontamineerimist, korroodeerimist või segamist.

• Nendel on kiire reageering ja kõrge väljund.

• Nad on vähem mõjutatud korroodeerivatest atmosfääride või elektromagnetiliste väljade poolt.

Mõned puudused on:

• Nendel on mittelineaarsed skaalad ja võimalikud vead emissiivsuse variatsioonide, vahetevaheliste gaaside või aurude, ümbritseva temperatuuri muutuste või optiliste komponentide saaste tõttu.

• Nendele on vajalik kalibreerimine ja hooldus täpsete mõõtmiste jaoks.

• Nad võivad olla kallid ja keerukad kasutamisel.

Kiirguspirometreid kasutatakse laialdaselt tööstusharudes, kus on tegu kõrgete temperatuuridega või kus füüsilise kontakti objektiga ei ole võimalik või soovitav.

Mõned näited on:

• Puhkepanede, katelute, ahtrite, ahju jms temperatuuri mõõtmiseks.

• Kividest metallide, klaasi, keramiikaga jms temperatuuri mõõtmiseks.

• Lambimete, plasmade, lazerite jms temperatuuri mõõtmiseks.

• Liikuvate objektide, nagu tollide, vedelikute, dröble jms temperatuuri mõõtmiseks.

• Suurte pindade, nagu seinade, katte, putukate jms keskmine temperatuur.

Järeldus

Annetus