Strålingspyrometer: En sensor for ikke-berøringstemperaturmåling
En strålingspyrometer er et instrument som måler temperaturen på et fjernobjekt ved å oppdage den termiske strålingen det utstråler. Denne typen temperatursensor trenger ikke å være i fysisk kontakt med objektet, imidlertid andre termometre som termoelementer og motstandstemperaturelementer (RTD). Strålingspyrometere brukes hovedsakelig for å måle høye temperaturer over 750°C, der fysisk kontakt med det varme objektet ikke er mulig eller ønskelig.
Hva er en strålingspyrometer?
En strålingspyrometer er definert som en sensor for ikke-kontakttemperaturmåling som antar temperaturen til et objekt ved å oppdage den naturlige termiske strålingen det utstråler. Termisk stråling eller strålingsintensiteten av et objekt avhenger av dets temperatur og emissivitet, som er et mål på hvor godt det stråler varme sammenlignet med et perfekt svart legeme. Ifølge Stefan-Boltzmanns lov kan den totale termiske strålingen en kropp utstråler beregnes ved:
Der,
Q er termisk stråling i W/m$^2$
ϵ er kroppens emissivitet (0 < ϵ < 1)
σ er Stefan-Boltzmanns konstant i W/m$2$K$4$
T er absolutt temperatur i Kelvin
En strålingspyrometer består av tre hovedkomponenter:
Et linse eller et speil samler og fokuserer termisk stråling fra objektet på et mottakselement.
Et mottakselement som konverterer termisk stråling til et elektrisk signal. Dette kan være et motstandstemperaturelement, et termoelement, eller en fotodetektor.
Et registreringsinstrument som viser eller registrerer temperaturlesingen basert på det elektriske signalet. Dette kan være en millivoltmeter, en galvanometer, eller en digital skjerm.
Typer av strålingspyrometere
Det finnes hovedsakelig to typer strålingspyrometere: fast fokus type og variabel fokus type.
Fast fokus type strålingspyrometer
En fast fokus type strålingspyrometer har en lang rør med et smalt åpning foran og et konkavt speil bak.
Et sensitivt termoelement plasseres foran det konkave speilet på en passende avstand, slik at termisk stråling fra objektet reflekteres av speilet og fokuseres på hetten av termoelementet. EMF generert i termoelementet måles deretter av en millivoltmeter eller en galvanometer, som kan kalibreres direkte med temperatur. Fordelen med denne typen pyrometer er at den ikke trenger å justeres for ulike avstander mellom objektet og instrumentet, da speilet alltid fokuserer strålingen på termoelementet. Imidlertid har denne typen pyrometer en begrenset målerom og kan bli påvirket av støv eller sot på speilet eller linse.
Variabel fokus type strålingspyrometer
En variabel fokus type strålingspyrometer har et justerbar konkavt speil laget av sterkt polert stål.
Termisk stråling fra objektet mottas først av speilet og reflekteres deretter på et svartet termojunktion bestående av en liten kobber- eller sølvplate til hvilken ledene som danner junktionen er loddet. Det synlige bildet av objektet kan ses på platen gjennom et okular og et sentralt hull i hovedspeilet. Stillingen av hovedspeilet justeres til fokuset stemmer overens med platen. Oppvarmingen av termojunktionen på grunn av det termiske bildet på platen produserer en EMF som måles av en millivoltmeter eller en galvanometer. Fordelen med denne typen pyrometer er at den kan måle temperaturer over et bredt område og kan også måle usynlige stråler fra stråling. Imidlertid krever denne typen pyrometer nøye justering og justering for nøyaktige lesinger.
Fordele og ulemper med strålingspyrometere
Strålingspyrometere har noen fordele og ulemper sammenlignet med andre typer temperatursensorer.
Noen fordele er:
De kan måle høye temperaturer over 600°C, der andre sensorer kan smelte eller skades.
De trenger ikke fysisk kontakt med objektet, noe som unngår forurensning, korrosjon eller interferens.
De har rask respons og høy utdata.
De blir mindre påvirket av korrosive atmosfærer eller elektromagnetiske felt.
Noen ulemper er:
De har ikkelineære skalaer og mulige feil på grunn av variasjoner i emissivitet, innbyggende gasser eller damp, endringer i omgivelsesstemperaturen, eller støv på optiske komponenter.
De krever kalibrering og vedlikehold for nøyaktige lesinger.
De kan være dyre og komplekse å operere.
Anvendelser av strålingspyrometere
Strålingspyrometere brukes mye i industrielle anvendelser der høye temperaturer inngår eller der fysisk kontakt med objektet ikke er mulig eller ønskelig.
Noen eksempler er:
Måling av temperatur i ovner, kjeler, brenner, etc.
Måling av temperatur hos flytende metaller, glass, keramikk, etc.
Måling av temperatur hos flammer, plasma, lasere, etc.
Måling av temperatur hos bevegende objekter som ruller, transportbånd, tråder, etc.
Måling av gjennomsnittstemperaturen på store overflater som vegger, tak, rør, etc.
Konklusjon
En strålingspyrometer er et instrument som måler temperaturen på et fjernobjekt ved å oppdage den termiske strålingen det utstråler. Denne typen temperatursensor trenger ikke å være i fysisk kontakt med objektet, imidlertid andre termometre som termoelementer og motstandstemperaturelementer (RTD)
