Säteilypyllys: Yhteyshenkilöntemperatuurisensori
Säteilypyrometri on laite, joka mittailee kaukaisen kohteen lämpötilaa havaitsemalla sitä koskevaa lämpösäteilyä. Tämäntyyppinen lämpötilantutkimuslaitte ei tarvitse koskettaa kohtetta tai olla lämpöyhteydessä siihen, kuten muissa lämpömittareissa, kuten termoparit ja vastuslämpömittarit (RTD). Säteilypyrometrejä käytetään pääasiassa yli 750°C:n korkeiden lämpötilojen mittaukseen, kun fysikaalista kosketusta kuumaan kohteeseen ei ole mahdollista tai toivottavaa.
Mistä on säteilypyrometri
Säteilypyrometri on määritelty kosketuksettomaksi lämpötilantutkimuslaitteeksi, joka päättelee kohteen lämpötilan havaitsemalla sen luonnostaan syöttämää lämpösäteilyä. Kohteen lämpösäteily tai säteily riippuu sen lämpötilasta ja säteilevyydestä, joka on mitta, joka kertoo, kuinka hyvin se säteilee lämpöä verrattuna täydelliseen mustaan kehikkoon. Stefan-Boltzmannin lain mukaan kehon syöttämä kokonaissäteily voidaan laskea:
Missä,
Q on lämpösäteily W/m$^2$
ϵ on kehon säteilevyys (0 < ϵ < 1)
σ on Stefan-Boltzmannin vakio W/m$2$K$4$
T on absoluuttinen lämpötila Kelvineinä
Säteilypyrometri koostuu kolmesta tärkeästä komponentista:
Linssi tai peili kerää ja kohdistaa kohteen lämpösäteilyn vastaanottoelementtiin.
Vastaanottoelementti, joka muuttaa lämpösäteilyn sähköiseksi signaaliksi. Tämä voi olla vastustuslämpömittari, termopari tai valosensori.
Näyttölaite, joka näyttää tai tallentaa lämpötilan lukeman sähköisen signaalin perusteella. Tämä voi olla millivolttimetri, galvanometri tai digitaalinen näyttö.
Säteilypyrometreiden tyypit
On pääasiassa kaksi säteilypyrometrityyppiä: kiinteä fokusityyppi ja muuttuva fokusityyppi.
Kiinteän fokustuksen säteilypyrometri
Kiinteässä fokustuksessa olevassa säteilypyrometrissä on pitkä putki, jossa on kapea aukeama etupäässä ja kupera peili takapäässä.
Herkkä termopari sijoitetaan kuperaan peiliin sopivalla etäisyydellä, jolloin kohteen lämpösäteily heijastuu peilistä ja kohdistuu termoparin kuumalle yhdysherkulle. Termopariin syntynyt emf mitataan sitten millivolttimetrillä tai galvanometrillä, jota voidaan suoraan kalibroida lämpötilan kanssa. Tämän tyyppisen pyrometrin etuna on, että sitä ei tarvitse säätää eri etäisyyksille kohteen ja laitteen välillä, koska peili aina kohdistaa säteilyn termopariin. Tämän tyyppinen pyrometri kuitenkin on rajallinen mittausalueeltaan ja saattaa vaikuttaa pölyyn tai likaiseen peiliin tai linssiin.
Muuttuvan fokustuksen säteilypyrometri
Muuttuvassa fokustuksessa olevassa säteilypyrometrissä on säädettävä kupera peili, joka on tehty huolellisesti polttaman terästä.
Kohteen lämpösäteily otetaan ensin vastaan peilistä ja heijastetaan sitten mustennettyyn termoyhdistelmään, joka koostuu pienestä kuparin tai hopean levystä, johon yhdistelmästä muodostuvat johtotiet ovat liimattu. Kohteen näkyvä kuva voidaan nähdä levylle okulaarin ja pään peilin keskimmäisen reiän kautta. Pään peilin sijaintia säädellään, kunnes fokusi osuu levyyn. Termoyhdistelmän lämmittymisen vuoksi levyllä syntyvä emf mitataan sitten millivolttimetrillä tai galvanometrillä. Tämän tyyppisen pyrometrin etuna on, että se voi mitata lämpötiloja laajalla alueella ja se voi myös mitata näkymättömiä säteilyä. Tämän tyyppinen pyrometri kuitenkin vaatii huolellista säätöä ja tasapainottamista tarkkojen lukemien saavuttamiseksi.
Säteilypyrometreiden etuja ja haittoja
Säteilypyrometreillä on joitakin etuja ja haittoja muihin lämpötilantutkimuslaitteisiin verrattuna.
Joitakin etuja ovat:
Ne voivat mitata yli 600°C:n korkeita lämpötiloja, joissa muut sensorit saattavat sulaa tai vaurioitua.
Ne eivät tarvitse fysikaalista kosketusta kohteeseen, mikä välttää kontaminaation, korroosion tai häiriön.
Niillä on nopea vastausnopeus ja korkea ulostulo.
Ne vaikuttavat vähemmän korroositteviin ilmakehiin tai sähkömagneettisiin kenttiin.
Joitakin haittoja ovat:
Niillä on epälineaariset skaalat ja mahdollisia virheitä säteilevyyden vaihteluista, väliintulevista kaasuista tai höyryistä, ympäristölämpötilan muutoksista tai likaisuudesta optisilla komponenteilla.
Niiden tarkkuuden saavuttamiseksi vaaditaan kalibrointia ja huoltoa.
Ne voivat olla kalliita ja monimutkaisia käyttää.
Säteilypyrometreiden sovellukset
Säteilypyrometrejä käytetään laajasti teollisuudessa, jossa on mukana korkeita lämpötiloja tai kun fysikaalinen kosketus kohteeseen ei ole mahdollista tai toivottavaa.
Joitakin esimerkkejä ovat:
Uunien, ketjujen, uurnojen, leivinkammiojen jne. lämpötilan mittaaminen.
Valumetallien, lasin, keramiikan jne. lämpötilan mittaaminen.
Liekkien, plasman, laserien jne. lämpötilan mittaaminen.
Liikkuvien kohteiden, kuten rullien, kuljetustelineiden, juosteiden jne. lämpötilan mittaaminen.
Suurten pinta-alojen, kuten seinien, katosten, putkien jne. keskilämpötilan mittaaminen.
