Strālnieks termometers: Bezkontakta temperatūras sensors
Starojuma pirometrs ir ierīce, kas mēra attālā objekta temperatūru, uztverot to izstaroto termisko starojumu. Šis temperatūras sensora veids nespēj pieskarīties objektam vai būt ar to termiski saistīts, atšķirībā no citiem termometriem, piemēram, termokopāļiem un pretestības temperatūras detektoriem (RTD). Starojuma pirometrus galvenokārt izmanto augstākām par 750°C temperatūrām, kad fizišks kontakts ar karstu objektu nav iespējams vai vēlamāks.
Kas ir Starojuma Pirometrs?
Starojuma pirometrs ir definēts kā bezkontaktu temperatūras sensors, kas nosaka objekta temperatūru, uztverot tā dabiski izstaroto termisko starojumu. Objekta termiskais starojums vai izstarošanās atkarīga no tā temperatūras un izstarošanas spējas, kas ir mērs, cik labi tas izstaro siltumu salīdzinājumā ar perfektu melno ķermeni. Saskaņā ar Stefan-Boltzmana likumu, tērauda ķermeņa kopējo termisko starojumu var aprēķināt šādi:
kur,
Q ir termiskais starojums W/m$^2$
ϵ ir ķermeņa izstarošanas spēja (0 < ϵ < 1)
σ ir Stefan-Boltzmana konstante W/m$2$K$4$
T ir absolūtā temperatūra Kelvīnos
Starojuma pirometrs sastāv no trim galvenajiem komponentiem:
Lensa vai spogulis uzkrāj un fokusē termisko starojumu no objekta uz saņemšanas elementu.
Saņemšanas elements, kas pārvērš termisko starojumu elektriskā signālā. Tas var būt pretestības termometrs, termokopālis vai fotodetektors.
Ierakstīšanas instruments, kas rāda vai ieraksta temperatūras lasījumu, balstoties uz elektriskā signāla. Tas var būt milivoltmetrs, galvanometrs vai digitālais displejs.
Starojuma Pirometru Veidi
Galvenokārt ir divi starojuma pirometru veidi: fiksētas fokusa un mainīgas fokusa tipa.
Fiksētas Fokusa Tipa Starojuma Pirometrs
Fiksētas fokusa tipa starojuma pirometrs ir garš cilindrs ar īsu atveri priekšgala beigās un konkavu spoguli aizgala beigās.
Jutīgs termokopālis tiek novietots priekšā konkavam spogulim pareizā attālumā, lai objekta termiskais starojums tiktu atstarota spogulī un fokusēts uz termokopāļa karsto savienojumu. Termokopālī ģenerēta emf tad tiek mērīta ar milivoltmetru vai galvanometru, kas var tikt tieši kalibrēts ar temperatūru. Šāda veida pirometra priekšrocība ir tā, ka to nevajag pielāgot dažādiem attālumiem starp objektu un instrumentu, jo spogulis vienmēr fokusē starojumu uz termokopāli. Tomēr šāds pirometrs ir ierobežots mērījumu diapazonā un var tikt ietekmēts ar daba vai mugurkaulīti spogulī vai lensē.
Mainīgas Fokusa Tipa Starojuma Pirometrs
Mainīgas fokusa tipa starojuma pirometrs ir ar regulējamu konkavu spoguli, kas izgatavots no augsti polītā stāla.
Objekta termiskais starojums tiek vispirms uzņemts spogulī un pēc tam atstarota uz melno termojunkciju, kas sastāv no maza mednieka vai sidraba diska, uz kura ir lūdzētas vadi, kas veido savienojumu. Objekta redzamais attēls var tikt redzēts diskā caur monoklu un centrālo atveri galvenajā spogulī. Galvenā spogules pozīcija tiek pielāgota, līdz fokuss sakrīt ar disku. Termojunkcijas sildīšanās dēļ termiskā attēla diskā rodas emf, kas tiek mērīts ar milivoltmetru vai galvanometru. Šāda veida pirometra priekšrocība ir tā, ka tas var mērīt temperatūras plašā diapazonā un var arī mērīt neredzamus starojumus. Tomēr šāds pirometrs prasa rūpīgu pielāgošanu un izlīdzināšanu, lai iegūtu precīzas lasījumu.
Starojuma Pirometru Priekšrocības un Trūkumi
Starojuma pirometri ir dažas priekšrocības un trūkumi salīdzinājumā ar citiem temperatūras sensoriem.
Dažas priekšrocības ir:
Tie var mērīt augstākas par 600°C temperatūras, kur citi sensori var izsmeltēties vai bojāties.
Tiem nav nepieciešams fizišks kontakts ar objektu, kas izvairās no piesārņojuma, korozijas vai iejaukšanās.
Tie ir ar ātru reaģēšanas ātrumu un augstu izvadi.
Tie mazāk ir ietekmēti korozīves atmosfērām vai elektromagnētiskajiem laukiem.
Daži trūkumi ir:
Tie ir ar nelīnijām skalām un iespējamām kļūdām dēļ izstarošanas spējas variācijām, starpniecības gāzes vai dzestere, apkārtējās temperatūras maiņas vai mugurkaula optiskajos komponentos.
Tiem ir nepieciešama kalibrēšana un apkalpošana, lai iegūtu precīzas lasījumu.
Tie var būt dārgi un sarežģīti lietošanā.
Starojuma Pirometru Lietojumi
Starojuma pirometrus plaši izmanto industriālos lietojumos, kur ir iesaistītas augstākas temperatūras vai kur fizišks kontakts ar objektu nav iespējams vai vēlamāks.
Daži piemēri ir:
Mērīšana plītnes, katlu, segvielu, krāsnes, utt. temperatūras.
Mērīšana šķidrumainā metāla, stikla, keramikas, utt. temperatūras.
Mērīšana plammu, plazmas, lazeru, utt. temperatūras.
Mērīšana kustīgo objektu, piemēram, rullieru, transportētāju, vadi, utt. temperatūras.
Mērīšana lielu virsmu, piemēram, sienas, jumta
