เทอร์โมมิเตอร์วัดอุณหภูมิด้วยรังสี: เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไม่ต้องสัมผัส

เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสีเป็นอุปกรณ์ที่วัดอุณหภูมิของวัตถุที่อยู่ไกลโดยการตรวจจับความร้อนที่วัตถุนั้นปล่อยออกมา ประเภทของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมินี้ไม่จำเป็นต้องสัมผัสกับวัตถุหรืออยู่ในความสัมพันธ์ทางความร้อนกับวัตถุ ต่างจากเทอร์โมคัปเปิลและเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิด้วยความต้านทาน (RTDs) เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสีใช้สำหรับวัดอุณหภูมิสูงเกิน 750°C ซึ่งการสัมผัสทางกายภาพกับวัตถุร้อนไม่สามารถทำได้หรือไม่เหมาะสม

เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสีคืออะไร

เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสีถูกกำหนดให้เป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสที่อนุมานอุณหภูมิของวัตถุด้วยการตรวจจับความร้อนที่วัตถุปล่อยออกโดยธรรมชาติ ความร้อนหรือความสว่างของวัตถุขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความส่องสว่าง ซึ่งเป็นการวัดว่ามันส่องสว่างได้ดีเพียงใดเมื่อเทียบกับวัตถุดำสมบูรณ์ ตามกฎของสเตฟาน-โบลท์ซมันน์ ความร้อนทั้งหมดที่วัตถุปล่อยออกมาสามารถคำนวณได้ดังนี้:

โดยที่

• Q คือความร้อนใน W/m$^2$

• ϵ คือความส่องสว่างของวัตถุ (0 < ϵ < 1)

• σ คือค่าคงที่ของสเตฟาน-โบลท์ซมันน์ใน W/m$2$K$4$

• T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ในเคลวิน

เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสีประกอบด้วยส่วนสำคัญสามส่วน:

• เลนส์หรือกระจกสะท้อนแสงรวบรวมและรวมความร้อนที่ปล่อยออกจากวัตถุลงบนองค์ประกอบรับ

• องค์ประกอบรับที่แปลงความร้อนเป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งอาจเป็นเทอร์โมมิเตอร์ความต้านทาน เทอร์โมคัปเปิล หรือโฟโตเดเต็กเตอร์

• เครื่องบันทึกที่แสดงหรือบันทึกการอ่านอุณหภูมิตามสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งอาจเป็นมิลลิโวลต์มิเตอร์ กาลวาโนมิเตอร์ หรือจอแสดงผลดิจิทัล

ประเภทของเครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสี

มีสองประเภทหลักของเครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสี: ประเภทโฟกัสคงที่และประเภทโฟกัสปรับได้

เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสีประเภทโฟกัสคงที่

เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสีประเภทโฟกัสคงที่มีท่อยาวที่มีช่องแคบที่ปลายหน้าและกระจกโค้งที่ปลายหลัง

เทอร์โมคัปเปิลที่ไวต่อความร้อนถูกวางไว้หน้ากระจกโค้งที่ระยะที่เหมาะสม เพื่อให้ความร้อนที่ปล่อยออกจากวัตถุสะท้อนโดยกระจกและรวมศูนย์ที่จุดร้อนของเทอร์โมคัปเปิล แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในเทอร์โมคัปเปิลจะถูกวัดโดยมิลลิโวลต์มิเตอร์หรือกาลวาโนมิเตอร์ ซึ่งสามารถปรับเทียบกับอุณหภูมิได้โดยตรง ข้อดีของเครื่องวัดอุณหภูมิประเภทนี้คือไม่ต้องปรับสำหรับระยะทางที่แตกต่างระหว่างวัตถุและเครื่องมือ เพราะกระจกจะรวมศูนย์ความร้อนไปที่เทอร์โมคัปเปิลเสมอ แต่เครื่องวัดอุณหภูมิประเภทนี้มีช่วงการวัดจำกัดและอาจถูกกระทบโดยฝุ่นหรือสิ่งสกปรกบนกระจกหรือเลนส์

เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสีประเภทโฟกัสปรับได้

เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสีประเภทโฟกัสปรับได้มีกระจกโค้งที่สามารถปรับได้ทำจากเหล็กที่ขัดเงาอย่างดี

ความร้อนที่ปล่อยออกจากวัตถุถูกรับโดยกระจกและสะท้อนไปยังจุดร้อนที่ทำจากแผ่นทองแดงหรือเงินขนาดเล็กที่เชื่อมต่อสายไฟ ภาพมองเห็นของวัตถุสามารถเห็นได้บนแผ่นผ่านกล้องโทรทรรศน์และรูกลางในกระจกหลัก ตำแหน่งของกระจกหลักถูกปรับจนกว่าจุดรวมศูนย์จะตรงกับแผ่น การทำความร้อนของจุดร้อนเนื่องจากภาพความร้อนบนแผ่นสร้างแรงดันไฟฟ้าที่วัดโดยมิลลิโวลต์มิเตอร์หรือกาลวาโนมิเตอร์ ข้อดีของเครื่องวัดอุณหภูมิประเภทนี้คือสามารถวัดอุณหภูมิในช่วงกว้างและวัดรังสีที่มองไม่เห็นได้ แต่เครื่องวัดอุณหภูมิประเภทนี้ต้องปรับและจัดเรียงอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้การอ่านที่แม่นยำ

ข้อดีและข้อเสียของเครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสี

เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสีมีข้อดีและข้อเสียเมื่อเทียบกับเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิประเภทอื่นๆ

ข้อดีบางประการคือ:

• สามารถวัดอุณหภูมิสูงเกิน 600°C ซึ่งเซ็นเซอร์อื่นๆ อาจละลายหรือเสียหาย

• ไม่ต้องสัมผัสทางกายภาพกับวัตถุ ซึ่งป้องกันการปนเปื้อน การกัดกร่อน หรือการแทรกแซง

• มีความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็วและมีเอาต์พุตสูง

• ไม่ได้รับผลกระทบมากจากบรรยากาศที่กัดกร่อนหรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

ข้อเสียบางประการคือ:

• มีมาตราส่วนที่ไม่เชิงเส้นและอาจมีข้อผิดพลาดเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความส่องสว่าง แก๊สหรือไอที่แทรกเข้ามา การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแวดล้อม หรือสิ่งสกปรกบนส่วนประกอบออปติคอล

• ต้องการการปรับเทียบและการบำรุงรักษาเพื่อการอ่านที่แม่นยำ

• อาจมีราคาแพงและซับซ้อนในการใช้งาน

การใช้งานของเครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสี

เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยรังสีถูกใช้ในอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวางสำหรับการวัดอุณหภูมิสูงหรือเมื่อการสัมผัสทางกายภาพกับวัตถุไม่สามารถทำได้หรือไม่เหมาะสม

ตัวอย่างบางประการคือ:

• วัดอุณหภูมิของเตาเผา เตาไอน้ำ เตาเผา ห้องอบ ฯลฯ

• ทิป