Piramometer: Sensor Suhu Tanpa Sentuhan

Pirometer radiasi adalah peranti yang mengukur suhu objek jauh dengan mendeteksi radiasi termal yang dipancarkannya. Jenis sensor suhu ini tidak perlu menyentuh objek atau berada dalam kontak termal dengannya, berbeza dengan termometer lain seperti termokopel dan detektor suhu rintangan (RTD). Pirometer radiasi kebanyakannya digunakan untuk mengukur suhu tinggi melebihi 750°C, di mana sentuhan fizikal dengan objek panas itu tidak mungkin atau diingini.

Apakah Pirometer Radiasi?

Pirometer radiasi ditakrifkan sebagai sensor suhu tanpa sentuhan yang menentukan suhu objek dengan mendeteksi radiasi termal yang dipancarkan secara semula jadi. Radiasi termal atau irradian objek bergantung pada suhunya dan emissiviti, yang merupakan ukuran sejauh mana ia memancarkan haba berbanding dengan badan hitam sempurna. Menurut undang-undang Stefan Boltzmann, jumlah radiasi termal yang dipancarkan oleh badan boleh dikira dengan:

Di mana,

• Q adalah radiasi termal dalam W/m$^2$

• ϵ adalah emissiviti badan (0 < ϵ < 1)

• σ adalah pemalar Stefan-Boltzmann dalam W/m$2$K$4$

• T adalah suhu mutlak dalam Kelvin

Pirometer radiasi terdiri daripada tiga komponen utama:

• Lensa atau cermin mengumpulkan dan fokuskan radiasi termal dari objek ke elemen penerima.

• Elemen penerima yang menukar radiasi termal menjadi isyarat elektrik. Ini boleh berupa termometer rintangan, termokopel, atau fotodetektor.

• Instrumen rakaman yang menunjukkan atau merakam bacaan suhu berdasarkan isyarat elektrik. Ini boleh berupa milivoltmeter, galvanometer, atau paparan digital.

Jenis-jenis Pirometer Radiasi

Ada dua jenis utama pirometer radiasi: jenis fokus tetap dan jenis fokus boleh ubah.

Pirometer Radiasi Jenis Fokus Tetap

Pirometer radiasi jenis fokus tetap mempunyai tiub panjang dengan lubang sempit di hujung depan dan cermin cekung di hujung belakang.

Termokopel sensitif diletakkan di hadapan cermin cekung pada jarak yang sesuai, supaya radiasi termal dari objek dipantulkan oleh cermin dan difokuskan pada junction panas termokopel. EMF yang dihasilkan dalam termokopel kemudian diukur oleh milivoltmeter atau galvanometer, yang boleh disesuaikan langsung dengan suhu. Kelebihan jenis pirometer ini adalah ia tidak perlu disesuaikan untuk jarak yang berbeza antara objek dan instrumen, kerana cermin selalu fokuskan radiasi pada termokopel. Walau bagaimanapun, jenis pirometer ini mempunyai julat pengukuran yang terhad dan mungkin terpengaruh oleh debu atau kotoran pada cermin atau lensa.

Pirometer Radiasi Jenis Fokus Boleh Ubah

Pirometer radiasi jenis fokus boleh ubah mempunyai cermin cekung yang boleh disesuaikan terbuat daripada baja yang sangat dipolish.

Radiasi termal dari objek pertama kali diterima oleh cermin dan kemudian dipantulkan kepada thermojunction yang diperhitamkan terdiri daripada cakera tembaga atau perak kecil di mana wayar membentuk junction tersebut disolder. Imej kasat mata objek dapat dilihat pada cakera melalui okuler dan lubang tengah di cermin utama. Posisi cermin utama disesuaikan sehingga fokus bertepatan dengan cakera. Pemanasan thermojunction akibat imej termal pada cakera menghasilkan EMF yang diukur oleh milivoltmeter atau galvanometer. Kelebihan jenis pirometer ini adalah ia dapat mengukur suhu dalam julat yang luas dan juga dapat mengukur sinar tidak kelihatan dari radiasi. Walau bagaimanapun, jenis pirometer ini memerlukan penyesuaian dan penyelarasan yang teliti untuk pembacaan yang tepat.

Kelebihan dan Kekurangan Pirometer Radiasi

Pirometer radiasi mempunyai beberapa kelebihan dan kekurangan berbanding dengan jenis sensor suhu lain.

Beberapa kelebihan adalah:

• Mereka dapat mengukur suhu tinggi melebihi 600°C, di mana sensor lain mungkin melebur atau rosak.

• Mereka tidak memerlukan sentuhan fizikal dengan objek, yang mengelakkan pencemaran, korosi, atau gangguan.

• Mereka mempunyai laju respons yang cepat dan output yang tinggi.

• Mereka kurang terpengaruh oleh atmosfer korosif atau medan elektromagnetik.

Beberapa kekurangan adalah:

• Mereka mempunyai skala non-linear dan mungkin kesalahan akibat variasi emissiviti, gas atau uap yang campur, perubahan suhu ambien, atau kotoran pada komponen optik.

• Mereka memerlukan kalibrasi dan pemeliharaan untuk pembacaan yang tepat.

• Mereka mungkin mahal dan rumit untuk dioperasikan.

Aplikasi Pirometer Radiasi

Pirometer radiasi banyak digunakan untuk aplikasi industri di mana suhu tinggi terlibat atau di mana sentuhan fizikal dengan objek tidak mungkin atau diingini.

Beberapa contoh adalah:

• Mengukur suhu tungku, ketel, kiln, oven, dll.

• Mengukur suhu logam cair, kaca, seramik, dll.

• Mengukur suhu api, plasma, laser, dll.

• Mengukur suhu objek bergerak seperti rol, konveyor, wayar, dll.

• Mengukur suhu purata permukaan besar seperti dinding, bumbung, pipa, dll.

Kesimpulan

Pirometer radiasi adalah peranti yang mengukur suhu objek jauh dengan mendeteksi radiasi termal yang dipancarkannya. Jenis sensor suhu ini tidak perlu menyentuh objek atau berada dalam kontak termal dengannya, berbeza dengan termometer lain seperti termokopel dan detektor suhu rintangan (