Pyrometr promieniowy: Czujnik temperatury bezkontaktowy
Pirymetr promieniowania to urządzenie, które mierzy temperaturę odległego obiektu, wykrywając emitowane przez niego promieniowanie cieplne. Ten typ czujnika temperatury nie musi dotykać obiektu ani być w kontakcie termicznym z nim, w przeciwieństwie do innych termometrów, takich jak termopary i czujniki temperatury opornościowe (RTD). Pirymetry promieniowania są głównie używane do pomiaru wysokich temperatur powyżej 750°C, gdzie fizyczny kontakt z gorącym obiektem jest niemożliwy lub niepożądany.
Co to jest pirymetr promieniowania
Pirymetr promieniowania to czujnik temperatury bezkontaktowy, który wnioskuje temperaturę obiektu, wykrywając emitowane przez niego naturalne promieniowanie cieplne. Promieniowanie cieplne lub natężenie promieniowania obiektu zależy od jego temperatury i emisyjności, która jest miarą tego, jak dobrze on emituje ciepło w porównaniu do idealnego ciała doskonale czarnego. Zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna, całkowite promieniowanie cieplne emitowane przez ciało można obliczyć za pomocą:
Gdzie,
Q to natężenie promieniowania w W/m$^2$
ϵ to emisyjność ciała (0 < ϵ < 1)
σ to stała Stefana-Boltzmanna w W/m$2$K$4$
T to temperatura absolutna w Kelwinach
Pirymetr promieniowania składa się z trzech głównych komponentów:
Soczewka lub lusterko zbiera i skupia promieniowanie cieplne z obiektu na element odbiorczy.
Element odbiorczy, który przekształca promieniowanie cieplne w sygnał elektryczny. Może to być termometr opornościowy, termopara lub fotodetektor.
Instrument rejestracyjny, który wyświetla lub rejestruje odczyt temperatury na podstawie sygnału elektrycznego. Może to być milivoltomierz, galwanometr lub wyświetlacz cyfrowy.
Rodzaje pirymetrów promieniowania
Istnieją głównie dwa rodzaje pirymetrów promieniowania: o stałym fokusie i zmiennym fokusie.
Pirymetr promieniowania o stałym fokusie
Pirymetr promieniowania o stałym fokusie ma długi cylinder z wąskim otworem na przednim końcu i wklęsłym lusterkiem na tylnym końcu.
Czuła termopara jest umieszczona przed wklęsłym lusterkiem w odpowiedniej odległości, tak że promieniowanie cieplne z obiektu jest odbijane przez lusterko i skupiane na gorącym złączu termopary. Wygenerowane napięcie w termoparze jest następnie zmierzone za pomocą milivoltomierza lub galwanometru, który może być bezpośrednio skalibrowany z temperaturą. Zaletą tego typu pirymetru jest to, że nie wymaga dostosowania dla różnych odległości między obiektem a instrumentem, ponieważ lusterko zawsze skupia promieniowanie na termoparze. Jednak ten typ pirymetru ma ograniczony zakres pomiaru i może być wpływowany przez kurz lub brud na lusterku lub soczewce.
Pirymetr promieniowania o zmiennym fokusie
Pirymetr promieniowania o zmiennym fokusie ma regulowane wklęśle lusterko wykonane z wysoko polerowanej stali.
Promieniowanie cieplne z obiektu jest najpierw odebrane przez lusterko, a następnie odbite na czarny termojunction składający się z małej tarczy z miedzi lub srebra, do której są spawane druty tworzące złącze. Widoczny obraz obiektu można zobaczyć na tarczy przez okular i centralne otwór w głównym lusterku. Pozycja głównego lusterka jest dostosowywana, aż fokus zbiega się z tarczą. Nagrzewanie termojunction spowodowane termicznym obrazem na tarczy powoduje powstanie napięcia, które jest mierzone przez milivoltomierz lub galwanometr. Zaletą tego typu pirymetru jest to, że może mierzyć temperatury w szerokim zakresie i może również mierzyć niewidzialne promieniowanie. Jednak ten typ pirymetru wymaga starannego dostosowania i ustawienia, aby uzyskać dokładne odczyty.
Zalety i wady pirymetrów promieniowania
Pirymetry promieniowania mają pewne zalety i wady w porównaniu do innych typów czujników temperatury.
Niektóre zalety to:
Mogą mierzyć wysokie temperatury powyżej 600°C, gdzie inne czujniki mogą stopić się lub uszkodzić.
Nie wymagają fizycznego kontaktu z obiektem, co unika kontaminacji, korozji lub interferencji.
Mają szybką prędkość reakcji i wysoki sygnał wyjściowy.
Mniej są wpływowane przez korodujące atmosfery lub pola elektromagnetyczne.
Niektóre wady to:
Mają nieliniowe skale i możliwe błędy wynikające z zmian emisyjności, pośredniczących gazów lub par, zmian temperatury otoczenia lub brudu na komponentach optycznych.
Wymagają kalibracji i konserwacji, aby uzyskać dokładne odczyty.
Mogą być drogie i skomplikowane w obsłudze.
Zastosowania pirymetrów promieniowania
Pirymetry promieniowania są szeroko stosowane w aplikacjach przemysłowych, gdzie występują wysokie temperatury lub gdzie fizyczny kontakt z obiektem jest niemożliwy lub niepożądany.
Niektóre przykłady to:
Pomiar temperatury pieców, kotłów, pieców, piekarników itp.
Pomiar temperatury roztopionych metali, szkła, ceramiki itp.
Pomiar temperatury płomieni, plazmy, laserów itp.
Pomiar temperatury poruszających się obiektów, takich jak wałki, taśmy, druty itp.
Pomiar średniej temperatury dużych powierzchni, takich jak ściany, dachy, rury itp.
Podsumowanie
