Radijacijski pirometar: Senzor temperature bez kontakt
Radijacijski pirometar je uređaj koji mjeri temperaturu udaljenog objekta otkrivajući termalnu radijaciju koju emitira. Ovaj tip senzora temperature ne mora dodirivati objekt ili biti u termalnom kontaktu s njim, na razliku od drugih termometara poput termoelementa i rezistivnih senzora temperature (RTD). Radijacijski pirometri uglavnom se koriste za mjerenje visokih temperatura iznad 750°C, gdje fizički kontakt s vrućim objektom nije moguć ili poželjan.
Što je radijacijski pirometar?
Radijacijski pirometar definira se kao senzor temperature bez kontakta koji zaključuje temperaturu objekta otkrivajući njegovu prirodno emitiranu termalnu radijaciju. Termalna radiacija ili irradijacija objekta ovisi o njegovoj temperaturi i emisivnosti, koja je mjerilo toga koliko dobro on emitira toplinu usporedo s savršenim crnim tijelom. Prema Stefan-Boltzmannovom zakonu, ukupna termalna radiacija emitirana tijelom može se izračunati sa:
Gdje,
Q je termalna radiacija u W/m$^2$
ϵ je emisivnost tijela (0 < ϵ < 1)
σ je Stefan-Boltzmannova konstanta u W/m$2$K$4$
T je apsolutna temperatura u Kelvinima
Radijacijski pirometar sastoji se od tri glavne komponente:
Leća ili ogledalo prikupljaju i fokusiraju termalnu radijaciju s objekta na element primanja.
Element primanja koji pretvara termalnu radijaciju u električni signal. To može biti rezistivni termometar, termoelement ili fotodetektor.
Uređaj za zapis koji prikazuje ili snima čitanje temperature temeljem električnog signala. To može biti milivoltmetar, galvanometar ili digitalni displej.
Vrste radijacijskih pirometara
Postoje uglavnom dvije vrste radijacijskih pirometara: fiksne fokuse i promjenjive fokuse.
Radijacijski pirometar s fiksnim fokusom
Radijacijski pirometar s fiksnim fokusom ima dugačku cijev s uskim otvorom na prednjem kraju i konkavnim ogledalom na stražnjem kraju.
Osjetljivi termoelement postavljen je ispred konkavnog ogledala na prikladnu udaljenost, tako da se termalna radiacija s objekta reflektira s ogledala i fokusira na vruće spojnici termoelementa. EMF generiran u termoelementu zatim se mjeri milivoltmetrom ili galvanometrom, koji se može direktno kalibrirati s temperaturom. Prednost ovog tipa pirometra je da ga ne treba prilagoditi različitim udaljenostima između objekta i instrumenta, jer ogledalo uvijek fokusira radijaciju na termoelement. Međutim, ovaj tip pirometra ima ograničeni raspon mjerenja i može biti utjecan prašinom ili brdonom na ogledalu ili leći.
Radijacijski pirometar s promjenjivim fokusom
Radijacijski pirometar s promjenjivim fokusom ima prilagodljivo konkavno ogledalo napravljeno od visoko poliranog čelika.
Termalna radiacija s objekta prvo se prima ogledalom, a zatim se reflektira na crno termojunkciju koja sastoji se od malog bakrenog ili srebrnog diska na kojem su spajane žice koje formiraju junkciju. Vizualni lik objekta može se vidjeti na disku kroz okular i centralnu rupu u glavnom ogledalu. Pozicija glavnog ogledala prilagođava se dok se fokus ne poklopi s diskom. Zagrijavanje termojunkcije zbog termalnog lika na disku proizvodi EMF koji se mjeri milivoltmetrom ili galvanometrom. Prednost ovog tipa pirometra je da može mjeriti temperature na širokom rasponu i može mjeriti nevidljive zraci radijacije. Međutim, ovaj tip pirometra zahtijeva pažljivu prilagodbu i poravnanje za točna čitanja.
Prednosti i nedostaci radijacijskih pirometara
Radijacijski pirometri imaju neke prednosti i nedostace u usporedbi s drugim tipovima senzora temperature.
Neki prednosti su:
Mogu mjeriti visoke temperature iznad 600°C, gdje drugi senzori mogu taliti ili se oštetiti.
Ne moraju dodirivati objekt, što izbjegava kontaminaciju, koroziju ili interferenciju.
Imaju brzu brzinu reakcije i visoku izlaznu snagu.
Manje su utjecani korozivim atmosferama ili elektromagnetskim poljima.
Neki nedostaci su:
Imaju nelinearne skale i moguće greške zbog varijacija emisivnosti, međuvućih plinova ili parova, promjena temperature okoline ili prašine na optičkim komponentama.
Za točna čitanja zahtijevaju kalibraciju i održavanje.
Mogu biti skupi i složeni za upotrebu.
Primjene radijacijskih pirometara
Radijacijski pirometri su široko korišteni u industrijskim primjenama gdje su uključene visoke temperature ili gdje fizički kontakt s objektom nije moguć ili poželjan.
Neki primjeri su:
Mjerenje temperature pećnice, kotlova, peciva, pećnica itd.
Mjerenje temperature toplih metala, stakla, keramike itd.
Mjerenje temperature plamaca, plazmi, lasera itd.
Mjerenje temperature pokretnih objekata poput valjaka, konvejera, žica itd.
Mjerenje prosječne temperature velikih površina poput zidova, krovova, cjevovoda itd.
Zaključak
