Радіаційний пірометр: Неконтактний датчик температури

Радіаційний пірометр — це пристрій, який вимірює температуру дального об'єкта, виявляючи теплове випромінювання, яке він виділяє. Цей тип датчика температури не потребує контакту з об'єктом або термічного зв'язку з ним, на відміну від інших термометрів, таких як термопари та резистивні датчики температури (RTD). Радіаційні пірометри використовуються переважно для вимірювання високих температур вище 750°C, коли фізичний контакт з гарячим об'єктом неможливий або небажаний.

Що Таке Радіаційний Пірометр?

Радіаційний пірометр — це безконтактний датчик температури, який визначає температуру об'єкта, виявляючи його природне теплове випромінювання. Теплове випромінювання або радіація об'єкта залежить від його температури та емісійності, яка є мірою того, наскільки добре він радіює тепло порівняно з ідеальним чорним тілом. Згідно з законом Стефана-Больцмана, загальне теплове випромінювання, виділене тілом, можна обчислити за формулою:

Де,

• Q — теплове випромінювання у Вт/м$^2$

• ϵ — емісійність тіла (0 < ϵ < 1)

• σ — стала Стефана-Больцмана у Вт/м$2$K$4$

• T — абсолютна температура у кельвінах

Радіаційний пірометр складається з трьох основних компонентів:

• Лінза або дзеркало збирає та фокусує теплове випромінювання об'єкта на приймальний елемент.

• Приймальний елемент, який перетворює теплове випромінювання на електричний сигнал. Це може бути резистивний термометр, термопара або фотодетектор.

• Записувальний прилад, який показує або записує читання температури на основі електричного сигналу. Це може бути милівольтметр, гальванометр або цифровий дисплей.

Типи Радіаційних Пірометрів

Основні типи радіаційних пірометрів: з фіксованим фокусом та з змінним фокусом.

Радіаційний Пірометр з Фіксованим Фокусом

Радіаційний пірометр з фіксованим фокусом має довгу трубку з вузькою отвором на передньому кінці та вуглубленим дзеркалом на задньому кінці.

Чутлива термопара розташована перед вуглубленим дзеркалом на відповідній відстані, так що теплове випромінювання об'єкта відображається дзеркалом і фокусується на гарячому з'єднанні термопари. ЕМФ, що генерується в термопарі, вимірюється милівольтметром або гальванометром, який можна безпосередньо калібрувати з температурою. Перевага такого типу пірометра полягає в тому, що його не потрібно налаштовувати для різних відстаней між об'єктом та приладом, оскільки дзеркало завжди фокусує радіацію на термопару. Однак, цей тип пірометра має обмежений діапазон вимірювання та може бути вплинутим пилом або брудом на дзеркалі або лінзі.

Радіаційний Пірометр з Змінним Фокусом

Радіаційний пірометр з змінним фокусом має регульоване вуглублене дзеркало з високо полірованої сталі.

Теплове випромінювання об'єкта спочатку отримується дзеркалом, а потім відображається на черній термопарному з'єднанні, що складається з невеликого медного або срібного дисків, до яких припаяні дроти, що формують з'єднання. Видимий зображення об'єкта можна побачити на диску через окуляр і центральне віконце в основному дзеркалі. Положення основного дзеркала налаштовується до тих пір, поки фокус не збігається з диском. Нагрівання термопарного з'єднання через теплове зображення на диску створює ЕМФ, який вимірюється милівольтметром або гальванометром. Перевага такого типу пірометра полягає в тому, що він може вимірювати температури в широкому діапазоні та може вимірювати невидимі промені від радіації. Однак, цей тип пірометра потребує аккуратної настройки та вирівнювання для точних показань.

Переваги та Недоліки Радіаційних Пірометрів

Радіаційні пірометри мають деякі переваги та недоліки порівняно з іншими типами датчиків температури.

Наступні переваги:

• Вони можуть вимірювати високі температури вище 600°C, де інші датчики можуть розплавитися або пошкодитися.

• Вони не потребують фізичного контакту з об'єктом, що уникне забруднення, корозії або інтерференції.

• Вони мають швидку швидкість реакції та високий вивід.

• Вони менше враженні корозійними атмосферами або електромагнітними полями.

Наступні недоліки:

• Вони мають нелінійні шкали та можливі помилки через зміни емісійності, втручання газів або пар, зміни температури оточення або бруд на оптичних компонентах.

• Вони потребують калібрування та технічного обслуговування для точних показань.

• Вони можуть бути дорогими та складними в експлуатації.

Застосування Радіаційних Пірометрів

Радіаційні пірометри широко використовуються в промислових застосуваннях, де стосунок до високих температур або де фізичний контакт з об'єктом неможливий або небажаний.

Наступні приклади: