Radijacioni pirometar: Senzor temperature bez kontakta
Radiacioni pirometar je uređaj koji meri temperaturu udaljenog objekta detektovanjem termalnog zračenja koje emituje. Ovaj tip senzora temperature ne mora da dodiruje objekat ili da bude u termalnom kontaktu sa njim, kao što to moraju drugi termometri poput termocupli i senzori otpornosti (RTD). Radiacioni pirometri se uglavnom koriste za merenje visokih temperatura iznad 750°C, gde fizički kontakt sa vrućim objektom nije moguć ili poželjan.
Šta je radiacioni pirometar?
Radiacioni pirometar se definiše kao senzor temperature bez kontakta koji zaključuje temperaturu objekta detektovanjem njegovog prirodnog termalnog zračenja. Termalno zračenje ili irradijacija objekta zavisi od njegove temperature i emisivnosti, koja meri koliko dobro on emituje toplinu u odnosu na savršeno crno tijelo. Prema Stefan-Boltzmannovom zakonu, ukupno termalno zračenje emitirano od strane tijela može se izračunati sa:
Gdje je,
Q je termalno zračenje u W/m$^2$
ϵ je emisivnost tijela (0 < ϵ < 1)
σ je Stefan-Boltzmannova konstanta u W/m$2$K$4$
T je apsolutna temperatura u Kelvinima
Radiacioni pirometar sastoji se od tri glavne komponente:
Leča ili ogledalo prikuplja i fokusira termalno zračenje sa objekta na element prijema.
Element prijema pretvara termalno zračenje u električni signal. To može biti termometar otpornosti, termocupla ili fotodetektor.
Uređaj za snimanje koji prikazuje ili snima temperaturu temeljem električnog signala. To može biti milivoltmetar, galvanometar ili digitalni displej.
Vrste radiacionih pirometara
Postoje uglavnom dve vrste radiacionih pirometara: sa fiksnim fokusom i sa promenljivim fokusom.
Radiacioni pirometar sa fiksnim fokusom
Radiacioni pirometar sa fiksnim fokusom ima dugačku cev sa uskim otvorom na prednjem kraju i konkavno ogledalo na zadnjem kraju.
Osjetljiva termocupla smještena je ispred konkavnog ogledala na odgovarajuće rastojanje, tako da se termalno zračenje sa objekta odbija od ogledala i fokusira na vruću spajnicu termocuple. Generisana EMF u termocupli se zatim mjeri milivoltmetrom ili galvanometrom, koji se može direktno kalibrirati sa temperaturom. Prednost ovog tipa pirometra je da se ne mora prilagođavati različitim rastojanjima između objekta i instrumenta, jer ogledalo uvijek fokusira zračenje na termocuplu. Međutim, ovaj tip pirometra ima ograničen raspon mjerenja i može biti utjecan prašinom ili bradom na ogledalu ili leči.
Radiacioni pirometar sa promenljivim fokusom
Radiacioni pirometar sa promenljivim fokusom ima prilagodljivo konkavno ogledalo napravljeno od visoko poliranog čelika.
Termalno zračenje sa objekta prvo se prima ogledalom, a zatim se odbija na crno termojunkciju koja se sastoji od malog bakrenog ili srebrnog diska na koji su popržene žice koje formiraju spajnicu. Vidljivi slik objekta može se vidjeti na disku kroz okular i centralni otvor u glavnom ogledalu. Položaj glavnog ogledala se prilagođava dok se fokus ne poklopi s diskom. Zagrijavanje termojunkcije zbog termalne slike na disku proizvodi EMF koja se mjeri milivoltmetrom ili galvanometrom. Prednost ovog tipa pirometra je da može mjeriti temperature u širokom rasponu i može mjeriti nevidljive zraci zračenja. Međutim, ovaj tip pirometra zahtijeva pažljivu prilagodbu i poravnavu za tačna čitanja.
Prednosti i nedostaci radiacionih pirometara
Radiacioni pirometri imaju neke prednosti i nedostace u poređenju sa drugim tipovima senzora temperature.
Neki prednosti su:
Mogu mjeriti visoke temperature iznad 600°C, gde drugi senzori mogu topnuti ili se oštetiti.
Ne zahtijevaju fizički kontakt sa objektom, što se izbjegava kontaminaciju, koroziju ili interferenciju.
Imaju brzu brzinu odziva i visoku izlaznu snagu.
Manje su utjecani korozivnim atmosferama ili elektromagnetskim poljima.
Neki nedostaci su:
Imaju nelinearne skale i moguće greške zbog varijacija emisivnosti, intervenirajućih plinova ili parova, promjena temperature okoline ili prašine na optičkim komponentama.
Zahtijevaju kalibraciju i održavanje za tačna čitanja.
Mogu biti skupi i složeni za upotrebu.
Primjene radiacionih pirometara
Radiacioni pirometri se široko koriste u industrijskim primjenama gdje su uključene visoke temperature ili gdje fizički kontakt sa objektom nije moguć ili poželjan.
Neki primjeri su:
Mjerenje temperature pećnice, kotlova, peciva, pećnih stubića itd.
Mjerenje temperature toplog metala, stakla, keramike itd.
Mjerenje temperature plamena, plazmi, laserskih zraka itd.
Mjerenje temperature pokretnih objekata poput valjkova, transportera, žica itd.
Mjerenje prosečne temperature velikih površina poput zidova, krovova, cjevova itd.
Zaključak
