Sugaróri piraméter: Érintés nélküli hőmérséklet-érzékelő
A sugárzásos pirómetr egy eszköz, amely távolságból méri egy objektum hőmérsékletét, észlelve annak természetes sugárzását. Ez a hőmérő típus nem szükséges fizikai kapcsolatban lennie az objektummal, ellentétben más hőmérőkkel, mint például a termokoppelyekkel és a ellenálláshőmérőkkel (RTD). A sugárzásos pirómetreket főleg 750°C feletti magas hőmérsékletek mérésére használják, ahol a forró objektummal való fizikai kapcsolat nem lehetséges vagy kívánatos.
Mit az sugárzásos pirómetr?
A sugárzásos pirómetr olyan nélküli kapcsolatú hőmérő, amely egy objektum hőmérsékletét természetes sugárzása alapján becsléssel meghatározza. Az objektum természetes sugárzása vagy irradiációja függ a hőmérséklettől és emissziós képességétől, ami azt méri, hogy mennyire jól sugárzik a hő, összehasonlítva egy tökéletes fekete testtel. A Stefan-Boltzmann törvény szerint egy test által kibocsátott teljes természetes sugárzást a következőképpen számolhatjuk:
Ahol,
Q a természetes sugárzás W/m$^2$
ϵ az objektum emissziós képessége (0 < ϵ < 1)
σ a Stefan-Boltzmann konstans W/m$2$K$4$
T az abszolút hőmérséklet Kelvinben
A sugárzásos pirómetr három fő komponensből áll:
Egy lencse vagy tükör gyűjti és fókuszálja az objektumtól eredő természetes sugárzást a fogadó elemre.
Egy fogadó elem, amely a természetes sugárzást elektromos jelre alakítja. Ez lehet ellenálláshőmérő, termokoppely vagy fényérzékelő.
Egy rögzítő eszköz, amely megjeleníti vagy rögzíti a hőmérsékletet az elektromos jel alapján. Ez lehet millivoltmérő, galvanométer vagy digitális kijelző.
Sugárzásos pirómetrek típusai
Főleg két fajta sugárzásos pirómetr létezik: rögzített fókuszú és változtatható fókuszú.
Rögzített fókuszú sugárzásos pirómetr
A rögzített fókuszú sugárzásos pirómetrnak egy hosszú csője van, amelynek elől egy keskeny nyílás, hátul pedig egy konkáv tükör található.
Egy érzékeny termokoppely helyezkedik el a konkáv tükör előtt megfelelő távolságra, úgy, hogy az objektumtól eredő természetes sugárzás a tükörrel visszaverődik és a termokoppely forró csapodra fókuszálódik. A termokoppelyben generált emf-et egy millivoltmérő vagy galvanométer méri, amely közvetlenül hőmérséklettel kalibrálható. Ennek a pirómetrnek az előnye, hogy nem kell beállítani különböző távolságokra az objektum és az eszköz között, mivel a tükör mindig a termokoppelyre fókuszálja a sugárzást. Viszont ennek a pirómetrnek korlátozott mérési tartománya van, és por vagy szennyezettség hatással lehet a tükörre vagy lencsére.
Változtatható fókuszú sugárzásos pirómetr
A változtatható fókuszú sugárzásos pirómetrnak egy beállítható konkáv tükre van, amely nagyon sima acélból készült.
Az objektumtól eredő természetes sugárzást először a tükör fogadja, majd visszaverődik egy feketített termojunctionra, amely kis réz vagy ezüst lemezre van szerelve, amelyhez a csapodot alkotó drótokat hozzakötötték. Az objektum látható képe látható a lemezen egy szemlélőn és a fő tükör központi lyukon keresztül. A fő tükör helyzete beállítva van, amíg a fókusz a lemezre esik. A termojunction hőtartalmának növekedése a lemezre vetített természetes kép miatt elektromos erőt produkál, amelyet egy millivoltmérő vagy galvanométer méri. Ennek a pirómetrnek az előnye, hogy széles hőmérsékleti tartományon mérhet, és láthatatlan sugarakat is mérhet a sugárzásból. Viszont ennek a pirómetrnek óvatos beállításra és igazításra van szüksége pontos mérésekhez.
A sugárzásos pirómetrek előnyei és hátrányai
A sugárzásos pirómetreknek néhány előnye és hátránya van más hőmérőkkel szemben.
Néhány előny:
Mérhetnek 600°C feletti magas hőmérsékleteket, ahol más szenzorok olvadjak vagy sérüljenek.
Nem szükséges fizikai kapcsolat az objektummal, így kerülhető a kontamináció, rosszindulatú hatás vagy zavar.
Gyors válaszidővel és nagy kimenettel rendelkeznek.
Kevesebb hatással vannak a korrodáló légkörök vagy elektromágneses mezők.
Néhány hátrány:
Nemlineáris skálával és lehetséges hibákkal rendelkeznek az emissziós változások, köztes gázok vagy párok, környezeti hőmérsékletváltozások, vagy szennyezettség optikai komponenseken miatt.
Kalibrációra és karbantartásra van szükségük pontos mérésekhez.
Drágák és összetettek lehetnek az üzemeltetésben.
A sugárzásos pirómetrek alkalmazásai
A sugárzásos pirómetreket széles körben használják ipari alkalmazásokban, ahol magas hőmérsékletek szerepelnek, vagy ahol fizikai kapcsolat az objektummal nem lehetséges vagy kívánatos.
Néhány példa:
Lángolók, kazánok, sütők, pékszerű berendezések stb. hőmérsékletének mérése.
Oldódott fémek, üveg, kerámia stb. hőmérsékletének mérése.
Lángok, plazma, lézersugarak stb. hőmérsékletének mérése.
