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.

• Tipp