Radiometrični pirov: Senzor temperature brez stika

Radiacijski pirometar je naprava, ki meri temperaturo oddaljenega predmeta z detektiranjem termalne radiacije, ki jo izseva. Ta vrsta temperaturenca ne potrebuje stika s predmetom ali termalnega stika z njim, kot drugi termometri, kot so termokupli in ohotni temperaturenca (RTD). Radiacijski pirometri se glavno uporabljajo za merjenje visokih temperatur nad 750°C, kjer fizični stik s vročim predmetom ni mogoč ali želen.

Kaj je radiacijski pirometar?

Radiacijski pirometar je definiran kot nespremenljiv temperaturenc, ki sklepa temperaturo predmeta z detektiranjem njegove termalne radiacije, ki jo izseva naravno. Termalna radiacija ali irradiance predmeta je odvisna od njegove temperature in emisivnosti, ki je mera, kako dobro radiira toploto glede na popoln črni teleso. Po Stefan-Boltzmannovem zakonu se celotna termalna radiacija, ki jo izseva telo, lahko izračuna z:

Kjer,

• Q je termalna radiacija v W/m$^2$

• ϵ je emisivnost telesa (0 < ϵ < 1)

• σ je Stefan-Boltzmannova konstanta v W/m$2$K$4$

• T je absolutna temperatura v Kelvinih

Radiacijski pirometar se sestoji iz treh glavnih komponent:

• Leča ali zrcalo zbirata in fokusirata termalno radiacijo s predmeta na sprejemni element.

• Sprejemni element, ki pretvori termalno radiacijo v električni signal. To lahko obstaja kot ohmotni termometer, termokupil ali fotodetektor.

• Prikazovalni instrument, ki prikazuje ali beleži temperaturno branje na podlagi električnega signala. To lahko obstaja kot milivoltnomer, galvanometr ali digitalni prikaz.

Vrste radiacijskih pirometrov

Glavno obstajata dve vrsti radiacijskih pirometrov: fiksna fokusa in spremenljiva fokusa.

Fiksna fokusa tip radiacijskega pirometra

Fiksna fokusa tip radiacijskega pirometra ima dolgo cev z ozkim otvorom na frontalni strani in konkavno zrcalo na zadnji strani.

Občutljivi termokupil je postavljen pred konkavno zrcalo na primerno razdaljo, tako da termalna radiacija s predmeta odseva zrcalom in se fokusira na vroče spojnice termokupila. EMF, ki se generira v termokupilu, se nato meritve z milivoltnomerom ali galvanometrom, ki ga je mogoče neposredno kalibrirati z temperaturo. Prednost tega tipa pirometra je, da ga ni potrebno prilagajati za različne razdalje med predmetom in instrumentom, saj zrcalo vedno fokusira radiacijo na termokupil. Vendar ta tip pirometra ima omejen obseg meritve in se lahko utrpi vpliv prahu ali brudu na zrcalu ali leči.

Spremenljiva fokusa tip radiacijskega pirometra

Spremenljiva fokusa tip radiacijskega pirometra ima prilagodljivo konkavno zrcalo iz visoko poliranega jekla.

Termalna radiacija s predmeta je najprej prejeta z zrcalom in nato odseva na črneno termodružbo, sestavljeno iz majhnega bakrenega ali srebrnega diska, kamor so pripeti države, ki tvorijo dvojico. Vidna slika predmeta je vidna na disku skozi okular in centralni luknjo v glavnem zrcalu. Položaj glavnega zrcala se prilagodi, dokler se fokus ne ujema s diskom. Zagrevanje termodružbe zaradi termalne slike na disku ustvari EMF, ki se meritve z milivoltnomerom ali galvanometrom. Prednost tega tipa pirometra je, da lahko meri temperature na širokem obsegu in lahko meri tudi nevidne žarki radiacije. Vendar ta tip pirometra zahteva natančno prilagoditev in poravnavo za točne branje.

Prednosti in slabosti radiacijskih pirometrov

Radiacijski pirometri imajo nekatere prednosti in slabosti glede na druge vrste temperaturenca.

Nekatere prednosti so:

• Lahko merijo visoke temperature nad 600°C, kjer drugi senzorji lahko topijo ali poškodujejo.

• Ne potrebujejo fizičnega stika s predmetom, kar preprečuje kontaminacijo, korozijo ali motnje.

• Imajo hitro hitrost odziva in visok izhod.

• Manj so vplivani z korozivnimi atmosferami ali elektromagnetnimi polji.

Nekatere slabosti so:

• Imajo nelinearne lestvice in možne napake zaradi variacij emisivnosti, medsebojnega plina ali para, sprememb ambientne temperature ali prahu na optičnih komponentah.

• Za točne branje zahtevajo kalibracijo in vzdrževanje.

• Lahko so dragi in zapleteni za delo.

Uporaba radiacijskih pirometrov

Radiacijski pirometri se široko uporabljajo za industrijske aplikacije, kjer so vpleteni visoki temperature ali kjer fizični stik s predmetom ni mogoč ali želen.

Nekateri primeri so:

• Merjenje temperature peči, kotlov, peci, pečnice itd.

• Merjenje temperature talin kovin, stekla, keramike itd.

• Merjenje temperature plamenov, plazm, lazerjev itd.

• Merjenje temperature premikajočih se predmetov, kot so valci, konvejernice, žice itd.

• Merjenje povprečne temperature velikih površin, kot so stene, strehe, ceste itd.

Zaključek