پیرومتر چه چیزی را اندازه گیری می کند

یک پیرومتر دما را اندازه گیری می کند – به طور خاص دمای اجسام و سطوح را بدون نیاز به تماس فیزیکی اندازه گیری می کند. برخلاف دماسنج‌های معمولی که باید آنچه را که اندازه‌گیری می‌کنند لمس کنند، پیرومترها تشعشعات حرارتی ساطع شده از یک هدف را شناسایی کرده و آن سیگنال را به اندازه‌گیری دما تبدیل می‌کنند. این قابلیت غیر تماسی آنها را در محیط هایی که اندازه گیری مستقیم غیرممکن، غیرعملی یا خطرناک است، مانند داخل کوره ها، ماشین آلات متحرک یا روی فلز مذاب، ضروری می کند.

اصل اصلی: آنچه که یک پیرومتر در واقع تشخیص می دهد

هر جسم بالاتر از صفر مطلق (273.15- درجه سانتیگراد) تابش الکترومغناطیسی را به عنوان تابعی از دمای خود ساطع می کند. با گرمتر شدن یک جسم، تشعشعات بیشتری و در طول موج‌های کوتاه‌تر ساطع می‌شود - به همین دلیل است که یک تکه فولاد به رنگ قرمز مات، سپس نارنجی روشن و سپس تقریباً سفید در حالی که به تدریج گرم می‌شود، می‌درخشد. یک پیرومتر این تشعشعات ساطع شده را معمولاً در طیف مادون قرمز یا مرئی می گیرد و از آن برای محاسبه دمای سطح هدف استفاده می کند.

فیزیک زیربنایی توسط قانون پلانک و قانون استفان بولتزمن کنترل می شود که رابطه دقیق بین دما و شدت و طول موج تابش ساطع شده را توصیف می کند. سنسور و تجهیزات الکترونیکی یک پیرومتر این اصول را در زمان واقعی برای تبدیل اندازه گیری تشعشع به یک مقدار دما که به اپراتور نمایش داده می شود، اعمال می کنند.

انواع پیرومترها و آنچه که هر کدام اندازه می گیرد

پیرومترهای نوری (پیرومترهای روشنایی)

پیرومترهای نوری دما را با مقایسه نور مرئی ساطع شده از یک جسم داغ با یک مرجع داخلی کالیبره شده - معمولاً یک رشته گرم شده - اندازه گیری می کنند. اپراتور جریان فیلامنت را تنظیم می کند تا زمانی که به نظر برسد رشته در برابر هدف درخشان ناپدید می شود، که نشان دهنده مطابقت روشنایی است. در آن نقطه، دمای رشته - و در نتیجه دمای هدف - از یک مقیاس کالیبره شده خوانده می شود.

پیرومترهای نوری در محدوده حدوداً 700 درجه سانتیگراد تا بیش از 3000 درجه سانتیگراد مؤثر هستند و کاربردهایی مانند تولید فولاد و شیشه، کوره های سرامیکی و تحقیق در مورد مواد با دمای بالا را پوشش می دهند. آنها دما را بر اساس تشعشعات مرئی ساطع شده اندازه گیری می کنند و عمدتاً ابزار دستی هستند، اگرچه نسخه های مدرن از آشکارسازهای الکترونیکی برای خودکار کردن فرآیند تطبیق استفاده می کنند.

پیرومترهای مادون قرمز (ترمومترهای تشعشعی)

پیرومترهای مادون قرمز امروزه پرکاربردترین نوع هستند. آنها تشعشعات مادون قرمز ساطع شده از یک سطح را در یک باند طول موج مشخص اندازه گیری می کنند و آن را به صورت الکترونیکی به خواندن دما تبدیل می کنند. آنها در محدوده وسیعی کار می کنند - از بسیار زیر نقطه انجماد (برخی مدل ها از -50 درجه سانتیگراد اندازه گیری می کنند) تا چندین هزار درجه سانتیگراد - و آنها را تقریباً در هر صنعتی همه کاره می کند.

پیرومترهای مادون قرمز دستی ابزارهای آشنا در تعمیر و نگهداری، HVAC، ایمنی مواد غذایی و بازرسی الکتریکی هستند. پیرومترهای ثابت یا اسکن مادون قرمز در خطوط تولید صنعتی ادغام می شوند تا به طور مداوم دما را روی محصولات متحرک مانند ورق فلز، کاغذ، شیشه و پلاستیک نظارت کنند.

پیرومترهای نسبت (پیرومترهای دو رنگ)

پیرومترهای نسبت تابش را در دو طول موج مجزا اندازه گیری می کنند و نسبت بین آنها را برای تعیین دما محاسبه می کنند. از آنجایی که این نسبت تا حد زیادی مستقل از مقدار کل تشعشع دریافتی است، این ابزارها نسبت به گرد و غبار، دود، بخار یا انسداد جزئی هدف بسیار کمتر حساس هستند - شرایطی که دقت پیرومترهای تک طول موج را کاهش می‌دهند.

پیرومترهای نسبت به ویژه در محیط های صنعتی خشن مانند ریخته گری، کارگاه های آهنگری و کوره های سیمان که مسیر اندازه گیری به ندرت تمیز است، ارزشمند هستند. آنها دما را به طور موثر اندازه گیری می کنند حتی زمانی که تنها کسری از هدف در میدان دید ابزار قابل مشاهده باشد.

ناپدید شدن پیرومترهای رشته ای

نوع خاصی از پیرومتر نوری، نوع رشته ناپدید شونده، روشنایی رشته لامپ رشته ای را با درخشش هدف مقایسه می کند. هنگامی که جریان رشته برای مطابقت با روشنایی هدف تنظیم می شود، رشته به صورت بصری با پس زمینه ادغام می شود و به نظر می رسد که ناپدید می شود. این تکنیک تطبیق تهی دقت بالایی را ارائه می دهد و از نظر تاریخی استاندارد مرجع برای اندازه گیری دمای بالا قبل از غالب شدن ابزارهای الکترونیکی بود.

نقش انتشار در اندازه گیری های پیرومتر

تابش یکی از مهم ترین عوامل در اندازه گیری پیرومتر است که اغلب اشتباه گرفته می شود. این نشان می‌دهد که یک سطح چقدر کارآمد تشعشعات حرارتی را در مقایسه با یک تابشگر نظری کامل که به عنوان جسم سیاه شناخته می‌شود، که دارای تابش 1.0 است، ساطع می‌کند. مواد واقعی دارای تابش بین 0 تا 1 هستند و این مقدار با مواد، پوشش سطح و حتی دما متفاوت است.

یک سطح آلومینیوم صیقلی ممکن است تابش حدود 0.05 داشته باشد، به این معنی که تنها 5٪ از تشعشعات یک جسم سیاه کامل را در همان دما ساطع می کند. سطح سرامیکی بدون لعاب ممکن است نزدیک به 0.95 باشد. اگر یک پیرومتر روی مقدار گسیل نادرست تنظیم شود، قرائت دما ممکن است به طور قابل توجهی اشتباه باشد - گاهی اوقات صدها درجه.

بیشتر پیرومترهای مادون قرمز مدرن به اپراتور اجازه می دهد تا تنظیم انتشار را برای مطابقت با مواد مورد نظر تنظیم کند. اندازه‌گیری دقیق به دانستن میزان انتشار سطح مورد اندازه‌گیری بستگی دارد، که می‌توان آن را در جداول مرجع منتشر شده یافت یا به صورت تجربی با استفاده از دماسنج تماسی برای مقایسه تعیین کرد. پیرومترهای نسبت تا حدی با تکیه بر نسبت دو طول موج به جای شدت مطلق، این مشکل را کنار می‌گذارند و حساسیت کمتری نسبت به عدم قطعیت انتشار دارند.

محدوده دمایی که پیرومترها می توانند اندازه گیری کنند

یکی از مزایای تعیین کننده پیرومترها نسبت به دماسنج های تماسی، توانایی آنها برای اندازه گیری در محدوده های بسیار وسیع دما است. پیرومترهای استاندارد مادون قرمز صنعتی معمولاً محدوده هایی مانند 0 تا 1000 درجه سانتی گراد یا 50- درجه سانتی گراد تا 500 درجه سانتی گراد را بسته به مدل پوشش می دهند. پیرومترهای تخصصی با دمای بالا که برای صنایع فولاد، شیشه و سرامیک طراحی شده اند، به طور معمول تا 2000 درجه سانتیگراد یا بیشتر را اندازه گیری می کنند. در نهایت، پیرومترهای نوری مورد استفاده در تحقیقات و کاربردهای دفاعی می توانند دمای بیش از 3000 درجه سانتیگراد را اندازه گیری کنند که بسیار فراتر از توانایی هر ترموکوپل یا دماسنج مقاومتی است.

در انتهای پایین طیف، آشکارسازهای مادون قرمز بسیار حساس به برخی از پیرومترها اجازه می‌دهند تا دماهای نزدیک به محیط یا حتی زیر صفر را اندازه‌گیری کنند که در نظارت بر تبرید مواد غذایی، مدیریت زنجیره سرد دارویی و ممیزی انرژی ساختمان مفید است.

کاربردهای صنعتی: آنچه پیرومترها در عمل اندازه گیری می کنند

تولید و فرآوری فلزات

پیرومترها ابزارهای اساسی در فولادسازی، ذوب آلومینیوم و آهنگری فلزات هستند. آنها دمای فلز مذاب را در کوره ها و ملاقه ها، دمای سطح بیلت ها و دال ها را هنگام عبور از کارخانه های نورد و دمای محصولات نهایی را در طی عملیات حرارتی و بازپخت اندازه گیری می کنند. کنترل دقیق دما در هر مرحله به طور مستقیم خواص متالورژیکی محصول نهایی را تعیین می کند.

تولید شیشه

شیشه باید در حین شکل‌دهی، بازپخت و تمپر کردن در پنجره‌های دمایی دقیق نگهداری شود. پیرومترها دمای شیشه مذاب را در کوره، نوار شیشه ای روی خط شناور و ورقه های شیشه ای را هنگام عبور از لهر بازپخت اندازه گیری می کنند. اندازه گیری تماسی بر روی شیشه مذاب یا متحرک امکان پذیر نیست، بنابراین پیرومتری غیر تماسی تنها فناوری قابل دوام برای این اندازه گیری ها است.

سرامیک و کوره

سفال، چینی، آجر نسوز و سرامیک های فنی پیشرفته همگی در کوره ها در دمایی که می تواند بیش از 1600 درجه سانتیگراد باشد پخته می شود. پیرومترها دمای داخل کوره و دمای خود ظروف را در طول چرخه پخت اندازه‌گیری می‌کنند و اپراتورها را قادر می‌سازند از گرمایش یکنواخت اطمینان حاصل کنند و از شوک حرارتی یا سوختن کم جلوگیری کنند.

پردازش پلاستیک و لاستیک

اکستروژن، قالب‌گیری تزریقی و کلندرینگ پلاستیک و لاستیک به اندازه‌گیری دقیق دمای سطح برای اطمینان از کیفیت محصول و جلوگیری از تخریب نیاز دارد. پیرومترهای فروسرخ، دمای مواد را هنگام خروج از قالب‌ها و قالب‌ها یا حرکت آن در امتداد سیستم‌های نوار نقاله اندازه‌گیری می‌کنند و بازخورد بلادرنگ را برای کنترل فرآیند فراهم می‌کنند.

تعمیر و نگهداری الکتریکی و مکانیکی

پیرومترهای مادون قرمز دستی تجهیزات استاندارد برای بازرسان برق و مهندسان تعمیر و نگهداری هستند. آنها دمای سطح تابلو برق، ترانسفورماتورها، موتورها، یاتاقان‌ها و اتصالات کابل را اندازه‌گیری می‌کنند تا نقاط داغی را که نشان‌دهنده خرابی عایق، بارگذاری بیش از حد هادی‌ها یا روغن‌کاری ناکافی است، شناسایی کنند - همه اینها قبل از وقوع خرابی است.

ایمنی مواد غذایی و HVAC

در تولید مواد غذایی و پذیرایی، پیرومترها دمای سطح محصولات پخته شده و سرد شده را اندازه گیری می کنند تا انطباق ایمنی مواد غذایی را بدون آلوده کردن محصول تأیید کنند. در خدمات ساختمانی، دمای سطوح لوله، رادیاتورها، مجاری هوا و عایق را برای ارزیابی عملکرد سیستم گرمایش و شناسایی تلفات حرارتی اندازه گیری می کنند.

مزایای پیرومتر نسبت به دماسنج تماسی

ماهیت غیر تماسی پیرومتری چندین مزیت عملی را فراتر از اجتناب از خطرات فیزیکی به ارمغان می آورد. پیرومترها می‌توانند اهداف متحرکی را که ترموکوپل نمی‌تواند دنبال کند، اندازه‌گیری کند، اهداف بسیار کوچک را بدون جذب گرما از آنها اندازه‌گیری کند، و تقریباً فوراً به تغییرات دما پاسخ دهد - زمان‌های واکنش میلی‌ثانیه‌ای در مقایسه با ثانیه‌ها برای ترموکوپل‌های تعبیه‌شده در یک ماده، رایج است.

پیرومترها همچنین خطر آلودگی مواد حساس را با تماس پروب که در ساخت نیمه هادی ها، فرآوری دارویی و تولید مواد غذایی بسیار مهم است، از بین می برد. آنها نیازی به نوک کاوشگر مصرفی یا لوله های محافظ ندارند و هزینه های نگهداری مداوم در محیط های تولیدی با حجم بالا را کاهش می دهند.

محدودیت برای درک

با وجود تطبیق پذیری، پیرومترها محدودیت های مهمی دارند. آنها فقط دمای سطح را اندازه می گیرند - نمی توانند دمای داخلی یک جسم را تعیین کنند. در کاربردهایی که شیب دمایی در ضخامت قابل توجه است، مانند آهنگری یا ریخته گری با مقطع ضخیم، روش های اندازه گیری تماس تکمیلی ممکن است همچنان مورد نیاز باشد.

دقت اندازه گیری به شدت به تنظیمات صحیح انتشار، مسیر نوری تمیز و اندازه هدف مناسب نسبت به میدان دید ابزار بستگی دارد. اگر هدف کوچکتر از نقطه اندازه گیری باشد، تشعشعات پس زمینه قرائت را آلوده می کند. در محیط‌هایی با آلودگی ذرات سنگین، بخار، یا شیشه‌های مداخله‌ای، سیگنال تشعشع ضعیف می‌شود و پیرومترهای تک طول موج دمای واقعی را کمتر می‌خوانند.

خلاصه

یک پیرومتر دمای اجسام و سطوح را با تشخیص تشعشعات حرارتی ساطع شده آنها بدون هیچ گونه تماس فیزیکی اندازه گیری می کند. پیرومترها بسته به نوع - نوری، مادون قرمز یا نسبت - می توانند دما را از زیر صفر تا بیش از 3000 درجه سانتیگراد در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی، علمی و نگهداری اندازه گیری کنند. دقت آنها به تنظیمات صحیح انتشار و دید واضح به هدف بستگی دارد، اما در این پارامترها آنها ابزاری منحصر به فرد برای هر موقعیتی هستند که دماسنج تماسی غیرعملی، غیرممکن یا ناامن است.