Strålningspyrometer: En sensor för icke-kontaktmätning av temperatur
En strålningspyrometer är en enhet som mäter temperaturen på ett fjernt objekt genom att detektera den termiska strålningen som det utstrålar. Denna typ av temperaturmätare behöver inte nudda vid objektet eller vara i termisk kontakt med det, vilket skiljer den från andra termometrar som termoelement och motståndstemperaturdetektorer (RTD). Strålningspyrometrar används huvudsakligen för att mäta höga temperaturer över 750°C, där fysisk kontakt med det heta objektet inte är möjlig eller önskvärd.
Vad är en strålningspyrometer?
En strålningspyrometer definieras som en icke-kontakttemperaturmätare som bestämmer temperaturen på ett objekt genom att detektera dess naturligt utstrålade termiska strålning. Den termiska strålningen eller irradiansen från ett objekt beror på dess temperatur och emissivitet, vilket är ett mått på hur väl det strålar värme jämfört med en perfekt svart kropp. Enligt Stefan-Boltzmanns lag kan den totala termiska strålningen som utstrålas av en kropp beräknas genom:
Där,
Q är den termiska strålningen i W/m$^2$
ϵ är kroppens emissivitet (0 < ϵ < 1)
σ är Stefan-Boltzmanns konstant i W/m$2$K$4$
T är den absoluta temperaturen i Kelvin
En strålningspyrometer består av tre huvudkomponenter:
En lins eller ett spegel samlar in och fokuserar den termiska strålningen från objektet på en mottagare.
En mottagare som omvandlar den termiska strålningen till ett elektriskt signal. Detta kan vara en motståndstermometer, ett termoelement eller en fotodetektor.
Ett registreringsinstrument som visar eller registrerar temperaturuppgiften baserat på det elektriska signalet. Detta kan vara en millivoltmeter, en galvanometer eller en digital display.
Typer av strålningspyrometrar
Det finns huvudsakligen två typer av strålningspyrometrar: fast fokus och variabel fokus.
Fast fokus typ strålningspyrometer
En fast fokustyp av strålningspyrometer har en lång tub med en smal öppning framför och ett konkavt spegel bakom.
Ett känsligt termoelement placeras framför det konkava spegeln på en lämplig avstånd, så att den termiska strålningen från objektet reflekteras av spegeln och fokuseras på den heta kontakten i termoelementet. Den genererade emf i termoelementet mäts sedan av en millivolvmeter eller en galvanometer, som kan kalibreras direkt med temperatur. Fördelen med denna typ av pyrometer är att den inte behöver justeras för olika avstånd mellan objektet och instrumentet, eftersom spegeln alltid fokuserar strålningen på termoelementet. Dock har denna typ av pyrometer en begränsad mätomfattning och kan påverkas av damm eller smuts på spegeln eller linserna.
Variabel fokus typ strålningspyrometer
En variabel fokustyp av strålningspyrometer har en justerbar konkav spegel gjord av mycket polerat stål.
Den termiska strålningen från objektet tas först emot av spegeln och reflekteras sedan på en svartnad termojunktion bestående av en liten koppar- eller silverdisk till vilken trådarna som bildar junktionen är lösta. Det synliga bilden av objektet kan ses på disken genom ett ögonstycke och ett centralt hål i huvudspegeln. Positionen för huvudspegeln justeras tills fokus sammanfaller med disken. Upphettningen av termojunktionen på grund av den termiska bilden på disken producerar en emf som mäts av en millivolvmeter eller en galvanometer. Fördelen med denna typ av pyrometer är att den kan mäta temperaturer över ett brett spann och kan också mäta osynliga strålar från strålning. Dock kräver denna typ av pyrometer noggrann justering och justering för korrekta läsningar.
Fördelar och nackdelar med strålningspyrometrar
Strålningspyrometrar har några fördelar och nackdelar jämfört med andra typer av temperaturmätare.
Några fördelar är:
De kan mäta höga temperaturer över 600°C, där andra sensorer kan smälta eller skadas.
De behöver ingen fysisk kontakt med objektet, vilket undviker kontamination, korrosion eller störning.
De har en snabb respons och hög utdata.
De påverkas mindre av korrosiva atmosfärer eller elektromagnetiska fält.
Några nackdelar är:
De har icke-linjära skalor och möjliga fel på grund av variationer i emissivitet, ingripande gaser eller ångor, ändringar i omgivande temperatur eller smuts på optiska komponenter.
De kräver kalibrering och underhåll för korrekta läsningar.
De kan vara dyra och komplexa att hantera.
Användningsområden för strålningspyrometrar
Strålningspyrometrar används flitigt för industriella tillämpningar där höga temperaturer involveras eller där fysisk kontakt med objektet inte är möjlig eller önskvärd.
Några exempel är:
Mätning av temperaturen i ugnar, pannor, degarer, ugnar, etc.
Mätning av temperaturen hos flytande metaller, glas, keramik, etc.
Mätning av temperaturen hos lågor, plasmar, laser, etc.
Mätning av temperaturen hos rörliga objekt som rullar, band, trådar, etc.
Mätning av medeltemperaturen på stora ytor som väggar, tak, rör, etc.
Slutsats
En strålningspyrometer är en enhet som mäter temperaturen på ett fjernt objekt genom att detektera den termiska strålningen som det utstrålar. Denna typ av temperatur
