Işınlanım Pirometresi: Bir Dokunsuz Sıcaklık Sensörü

Bir Işın pyrometresi, bir nesnenin emdiği termal ışını tespit ederek uzak bir nesnenin sıcaklığını ölçen bir cihazdır. Bu tip sıcaklık sensörü, diğer termostler gibi termokupller ve direnç sıcaklık algılayıcıları (RTD) ile farklı olarak, nesneyle fiziksel temas veya termal temas kurmaya ihtiyaç duymaz. Işın pyrometreleri, sıcak nesneyle fiziksel temas mümkün veya istenmediği durumlarda, genellikle 750°C'nin üzerindeki yüksek sıcaklıkları ölçmek için kullanılır.

Bir Işın Pyrometresi Nedir?

Bir Işın pyrometresi, bir nesnenin doğal olarak emdiği termal ışını tespit ederek nesnenin sıcaklığını tahmin eden bir temas olmayan sıcaklık sensörü olarak tanımlanır. Bir nesnenin termal ışını veya ışınımı, nesnenin sıcaklığına ve emisyon katsayısına bağlıdır, bu da mükemmel bir siyah cisim ile kıyaslandığında ne kadar iyi ısıyı yayar olduğunun bir ölçüsüdür. Stefan Boltzmann kanuna göre, bir cismenin toplam termal ışını şu şekilde hesaplanabilir:

Burada,

• Q, W/m$^2$ cinsinden termal ışıma

• ϵ, cismin emisyon katsayısı (0 < ϵ < 1)

• σ, W/m$2$K$4$ cinsinden Stefan-Boltzmann sabiti

• T, Kelvin cinsinden mutlak sıcaklık

Bir Işın pyrometresi, üç ana bileşenden oluşur:

• Bir lens veya ayna, nesneden gelen termal ışımayı alır ve bir alıcı eleman üzerine odaklar.

• Termal ışımayı elektrik sinyaliye dönüştüren bir alıcı eleman. Bu, bir direnç termometresi, bir termokuple veya bir fotoalgılardan olabilir.

• Elektrik sinyaline dayalı olarak sıcaklık okumasını gösteren veya kaydeden bir kayıt cihazı. Bu, bir milivoltmetre, bir galvanometre veya bir dijital ekran olabilir.

Işın Pyrometreleri Türleri

Işın pyrometreleri, çoğunlukla sabit odak türü ve değişken odak türü olmak üzere iki ana türe sahiptir.

Sabit Odak Türü Işın Pyrometresi

Sabit odak türü bir Işın pyrometresi, ön ucunda dar bir açıklık ve arka ucunda konkav bir ayna bulunan uzun bir tüptür.

Hassas bir termokuple, aynanın önünde uygun bir mesafede yerleştirilmiştir, böylece nesnedeki termal ışıma aynadan yansıtır ve termokuplenin sıcak bağlantısına odaklanır. Termokupleda üretilen emf, bir milivoltmetre veya galvanometre tarafından ölçülür, bu da doğrudan sıcaklıkla kalibre edilebilir. Bu tür bir pyrometrenin avantajı, nesne ile cihaz arasındaki farklı mesafeler için ayarlanması gerekmemesi, çünkü ayna her zaman ışımayı termokuple üzerine odaklar. Ancak, bu tür bir pyrometre sınırlı bir ölçüm aralığına sahip olabilir ve ayna veya lens üzerindeki toz veya kir ile etkilenebilir.

Değişken Odak Türü Işın Pyrometresi

Değişken odak türü bir Işın pyrometresi, yüksek derecede parlatılmış çeliğden yapılmış ayarlanabilir bir konkav aynaya sahiptir.

Nesnedeki termal ışıma, ilk önce aynadan alınır ve ardından küçük bir bakır veya gümüş diskten oluşan siyahlanmış bir termojonksiyona yansıtır. Nesnenin görünür görüntüsü, ana aynadaki merkezi bir delik ve göz parçasından diske görülebilir. Ana aynanın konumu, odak noktanın diskle örtüşmesiye kadar ayarlanır. Diskteki termal görüntü nedeniyle termojonksiyonun ısınması, bir milivoltmetre veya galvanometre tarafından ölçülebilecek bir emf üretir. Bu tür bir pyrometrenin avantajı, geniş bir sıcaklık aralığını ölçebilmesi ve aynı zamanda ışınımın görünmez ışınlarını da ölçebilmesidir. Ancak, bu tür bir pyrometre, doğru okumalar için dikkatli ayar ve hizalamaya ihtiyaç duyar.

Işın Pyrometrelerinin Avantajları ve Dezavantajları

Işın pyrometreleri, diğer tür sıcaklık sensörleriyle karşılaştırıldığında bazı avantajları ve dezavantajları vardır.

Bazı avantajları şunlardır:

• Diğer sensörler erime veya hasar görebileceği 600°C'nin üzerindeki yüksek sıcaklıkları ölçebilirler.

• Nesneyle fiziksel temas gerektirmeyerek, kontaminasyon, korozyon veya müdahale önler.

• Hızlı tepki süresine ve yüksek çıkışına sahiptirler.

• Koruyucu atmosferler veya manyetik alanlar tarafından daha az etkilenirler.

Bazı dezavantajları şunlardır:

• Doğrusal olmayan ölçekleri ve emisyon varyasyonları, araya giren gazlar veya buharlar, çevresel sıcaklık değişimleri veya optik bileşenlerdeki toz nedeniyle olası hataları vardır.

• Doğru okumalar için kalibrasyon ve bakım gerektirirler.

• Pahalı olabilir ve işletmeye karmaşık olabilirler.

Işın Pyrometrelerinin Uygulamaları

Işın pyrometreleri, yüksek sıcaklıklar ile ilgili endüstriyel uygulamalarda veya nesneyle fiziksel temas mümkün veya istenen olmayan durumlarda yaygın olarak kullanılır.

Bazı örnekler şunlardır:

• Fırın, kazan, fırın, fırın vb. sıcaklıklarının ölçülmesi.

• Erimiş metaller, cam, seramik vb. sıcaklıklarının ölçülmesi.

• Alev, plazma, lazer vb. sıcaklıklarının ölçülmesi.

• Rulo, taşıyıcı, tel vb. hareket eden nesnelerin sıcaklıklarının ölçülmesi.

• Duvar, çatı, boru vb. büyük yüzeylerin ortalama sıcaklıklarının ölçülmesi.

Sonuç