آشنایی با پیرومتر و کاربرد آن

درباره آشنایی با پیرومتر و کاربرد آن بیشتر بدانید ...

آشنایی با پیرومتر و کاربرد آن

واژه پیرومتر از دو واژه یونانی پیرو به معنای آتش و متر به معنای اندازه‌گیری تشکیل‌شده است. پیرومتر نوعی ترمومتر با حسگر راه دور است که برای اندازه‌گیری دمای سطح استفاده می‌شود. در کاربرد مدرن، دستگاهی است که از یک فاصله، دمای سطح را از طیف تشعشع حرارتی نشر شونده از آن، که به آن رادیومتری هم گفته می‌شود، اندازه می‌گیرد. ییرومترهای مدرن یا ترمومترهای اینفرارد (مادون قرمز)  دمای اشیای خنک‌تر را (زیر دمای اتاق) با شار تشعشعی مادون قرمز اندازه‌گیری می‌کنند. اساس کار پیرومتر بر مبنای انرژی ساطع شده از جسم می باشد.

سایز هدف می تواند خیلی بزرگ و یا در نهایت کوچکی باشد برای مثال یک میکروسکوپ مادون قرمز توانایی متمرکز کردن روی یک سطح با قطری به کوچکی ۰٫۰۰۳ in را دارد. برای بیشتر کاربردها، رنج سایز target پیرومترهای مادون قرمز از ۰٫۱ in در ۲ in تا ۲ in در ۱۰ in می باشد.

لزوم استفاده از پیرومتر

به طور کلی وسایل غیر تماسی هنگامی به کار می رود که استفاه از یک نوع تماسی مثل ترموکوپل عملی نباشد. فرآیند های متعددی در صنعت وجود دارد که اندازه گیری دمای آنها یک امر ضروری است مثل اندازه گیری دمای کوره های القایی و غیره که عدم کنترل دمای تجهیزات می تواند موجب خسارت های جبران ناپذیری شود. در چنین فرآیند هایی به دلیل بالا بودن دمای فرآیند ( بیش از ۱۵۰۰ درجه ) نمی توان از تجهیزات اندازه گیر دما با تماس مستقیم استفاده کرد چون که قرار دادن تجهیزات در چنین دمایی سبب ذوب شدن یا خراب شدن آنها خواهد شد. هم چنین در مواردی که تماس سنسور دما با پروسه امکان پذیر نیست مثل وقتی که پروسه متحرک باشد و یا دمای آن خیلی بالا باشد و یا هنگامی که فرآیند دارای مواد مخرب و زیان آور است از پیرومتر برای اندازه گیری دمای سطح اجسام استفاده می شود.

اصول کاری پیرومتر

   یک پیرومتر مدرن دارای سیستم نوری و یک ردیاب است. سیستم نوری، تشعشع حرارتی را روی ردیاب متمرکز می‌کند. سیگنال خروجی ردیاب (دمای T) با تشعشع حرارتی یا تابش j* شی‌ بواسطه قانون استفان-بولتزمن، ثابت تناسب σ (ثابت استفان-بولتزمن) و صدور شی ε وابسته می‌شود.

j*= ε σT4

   این خروجی برای برگرداندن دمای شی از یک فاصله استفاده می‌شود و هیچ نیازی به تماس حرارتی مانند دیگر ترمومترها (مثل ترموکوبل‌ها یا ردیاب‌های حرارتی مقاومتی (RTD) ها) نیست و به تعادل حرارتی دست می‌یابند.

موارد کاربرد پیرومتر:

۱- سطح های ظریف و باریک (delicate surface) مانند کاغذ و ورقه های پلاستیکی

۲- اجسامی که حرکت سریع دارند.

به علاوه برای اندازه گیری یک جسم با دمای بالا سنسورهای پیرومتر در دمای پائین هستند بر خلاف ترموکوپل که باید در تماس با جسم داغ باشد.

چند مثال از موارد کاربرد پیرومتر:

۱- می توان دمای یک جسم را که تحت فشار موانع قوی الکتریکی مثل کوره های القا گرمایی می باشد را به راحتی با پیرومتر اندازه گرفت.

۲- اندازه گیری دمای یک کوه آتشفشان در حال انفجار

۳- فیبر نوری برای انتقال سیگنال در دمای بالا به کار می رود مانند درون یک مبدل کاتالیستی در اتومبیل.

مزایای کارکرد تشعشعی پیرومتر:

اندازه گیری دما از طریق تشعشع روش مناسبی تحت شرایط بد محیط مثل ترکیبات شیمیایی قوی و یا فشار و دمای بالا می باشد.

پیروالکتریک ها

نوع دیگری از دی تکتورهای حرارتی پیروالکتریک ها می باشد. چون خروجی الکتریکی به سرعت تغییر دما بیشتر از دمای خود دی تکتور بستگی دادر این نوع پیرومترها سرعت بالایی در جواب دهی دارند.

معایب پیرومتر:

۱- یکی از عیب های پیرومترهای wide band خطایی است که ناشی از مقدار e می باشد چون e اغلب مواد ثابت نیستند با پهنای باند تغییر می کند بنابراین e به T بستگی دارد. اغلب پیرومترها شامل یک تنظیم کننده ها هستند که بازه اش از ۱ تا ۰٫۲ تغییر می کند.

پیچیدگی دیگری که در کار با پیرومتر وجود دارد، این است که انرژی ساطع شده از جسم سه قسمت می شود. جذب، عبور و بازتاب.

که r : ضریب بازتاب       =۱-r-t e

T : ضریب عبور        e : ضریب نشر

مقدار e، r و t  ثابت نمی باشد.

مثلاًٌ  Sodea- lim glass  در مقابل تابش خورشید به صورت جسم شفاف عمل می کند ولی در مقابل اشعه مادون قرمز مانند جسم کدر عمل می کند. بنابراین یک ماده می تواند به صورت جسم کدر و یا شفاف عمل کند که بستگی به طول موج تابیده شده دارد.