پیرومتر چیست؟
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 0.003 in را دارد. برای بیشتر کاربردها، رنج سایز target پیرومترهای مادون قرمز از 0.1 in در 2 in تا 2 in در 10 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 1500 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.
اندازه گیری دما از طریق تشعشع روش مناسبی تحت شرایط بد محیط مثل ترکیبات شیمیایی قوی و یا فشار و دمای بالا می باشد.
اصول کاری پیرومتر
یک پیرومترمدرن 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.
ترموویژن ها (دوربین های حرارتی) که نوع پیچیده تری از ترمومتر های غیر تماسی هستند نیز بر اساس تکنولوژی و قواعد فوق کار می کنند.
دوربین ترموویژن thermographic camera
ترموویژن ها اساسا ترمومتر های غیر تماسی هستند که به صفحه نمایش های گرافیکی و سنسور های دمانگار مجهز شده اند.ترموویژن ها در اصل دوربین ترموگرافی thermographic camera هستند که به تشخیص و واکاوی بهتر الگوی توزیع دمای سطحی اجسام کمک می کنند.
ترمومترهای غیر تماسی ترموگراف یا به عبارت صحیح تر دوربین های ترموویژن تشعشع های مادون قرمز گسیل شده از تجهیزات و نقاط داغ موجود را واکاوی کرده و روی صفحه نمایش گرافیکی خود و یا کامپیوتر نمایش می دهد و این مزیت بالقوه دوربین ترموویژن است که به کاربر خود اجازه می دهد بدون قطع تجهیزات و متصل کردن آن به تجهیزی خاصی دمای نقطه مورد نظر را قرائت و با دمای محیط مقایسه کند با ترموویژن در برق و صنایع وابسته می توان شرایط نقاط مهم مورد بررسی را سنجید و برای رفع عیب احتمالی اقدام کرد و از قطعی های محتمل به خصوص در زمان پیک بار جلوگیری به عمل آورد . با استفاده از دوربین های ترموویژن در صنعت برق بعد از رفع عیب نیز می توان تجهیز را وارسی کرد و از رفع عیب آن تجهیز اطمینان کامل حاصل کرد . در استفاده از دوربین ترموویژن بایستی دقت نمود تا نقاط گرم به صورت اشتباهی شناسایی نشود به عنوان مثل وجود حرارت در سیم پیچ ترانس امری بدیهی می باشد و یا با روشن بودن یک هیتر در تابلوی محوطه پست و شناسایی آن توسط دوربین حرارتی فرض را بر وجود اتصال در مدارات نگذاریم مناسبترین زمان برای انجام بازید ها توسط ترموویژن در پست های برق حدود غروب آفتاب است که میزان گرمای موثر آفتاب بر تجهیزات کمتر گشته و نور های اضافی روز مانع از دید دقیق حرارت بر روی دستگاه دوربین حرارتی نمی شود.
موارد کاربرد پیرومتر
1- سطح های ظریف و باریک (delicate surface) مانند کاغذ و ورقه های پلاستیکی
2- 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:
1- 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.
2- اندازه گیری دمای یک کوه آتشفشان در حال انفجار
3- فیبر نوری برای انتقال سیگنال در دمای بالا به کار می رود مانند درون یک مبدل کاتالیستی در اتومبیل.
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
1- 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 1 تا 0.2 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.
r-t=1- e
r : ضریب بازتاب
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.
