Применение промышленных пирометров в промышленности

Ссылка на страничку сайта Магазина Gtest(R) с номенклатурой пирометров (ИК термометров), а также рекомендуемые приборы и статьи для дальнейшего самообразования - в самом конце этого Раздела

Спектральный диапазон пирометра

При выборе инфракрасного пирометра для конкретного применения спектральный диапазон пирометра является одним из наиболее важных параметров, которые следует учитывать. Спектральный диапазон определяет длины волн, на которые реагирует пирометр.

Основы

Бесконтактное измерение температуры включает измерение пирометром температуры конкретного материала на основе инфракрасного излучения (ИК), испускаемого материалом. Спектральный диапазон пирометра — это очень небольшая часть в инфракрасной области электромагнитного спектра с длинами волн длиннее, чем у видимого света, и короче, чем радиоволны.

Все материалы испускают инфракрасное излучение (ИК), но они испускают излучение неравномерно по всем длинам волн. Выбор определенного спектрального диапазона оптимизирует пирометр для реагирования на длины волн, подходящие для материала и/или способа применения пирометра. 

Обычные спектральные диапазоны

Хотя полезная часть инфракрасного спектра лежит в диапазоне длин волн приблизительно от 0,7 до 39 мкм (иногда всего лишь 0,55 мкм), большинство пирометров на рынке предлагаются со спектральными диапазонами приблизительно от 0,8 до 14 мкм (мкм = микроны). Вот несколько примеров общедоступных спектральных диапазонов:

• 0,8–1,1 мкм, обычно называемый «пирометром на 1 мкм»

• Узкополосный 1,5 мкм или 1,6 мкм, который обычно имеет ширину полосы пропускания приблизительно 0,2 мкм

• Широкополосный спектральный диапазон от 8 до 14 мкм

Важность спектрального диапазона для бесконтактного измерения температуры побудила HEITRONICS опубликовать спектральные кривые отклика стандартных спектральных диапазонов, предлагаемых в руководстве пользователя пирометра. Спектральная кривая отклика спектрального диапазона определяет относительную чувствительность пирометра (или тепловизионной камеры) во всем диапазоне длин волн.

Пример спектральной кривой отклика HEITRONICS показан ниже; этот вариант относится к спектральному диапазону 8 -14 микрон:

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ДЛИНЕ ВОЛНЫ

Ниже приведен пример кривой спектрального отклика HEITRONICS для спектрального диапазона 5 микрон:

Модели HEITRONICS

Номера моделей пирометров HEITRONICS обычно создаются для обозначения спектрального диапазона модели. В номере модели первые четыре символа представляют серию пирометра (например, KT15 и CT18). Две цифры после десятичной точки обозначают спектральный диапазон. Например, модель «KT19.82» является одной из серии пирометров HEITRONICS KT19, которая имеет спектральный диапазон 8 … 14 мкм.

Дополнительные примеры моделей HEITRONICS:

CT18.03 = 1 μm

CT18.04 = 1.6 μm

KT15.42 = 4.9 … 5.5 μm

Приложения для измерения низких, средних и высоких температур

Физика бесконтактного измерения температуры путем сбора испускаемого инфракрасного излучения от цели показывает связь между спектральным диапазоном и измеряемой температурой. Обычно более высокие температуры измеряются с помощью приборов с более короткими длинами волн, а более низкие температуры измеряются с помощью приборов с более длинными длинами волн.

Существует множество случаев, когда оптимальное решение для измерения температуры не будет соответствовать этой классификации низких/средних/высоких температур. Например, высокотемпературную керамику лучше всего измерять с помощью длинноволновых пирометров из-за типичных характеристик пропускания инфракрасного (ИК) излучения керамикой на средних и коротких длинах волн ИК-диапазона. Общей целью выбора наиболее подходящего спектрального диапазона является избежание длин волн, которые проходят через цель. Целью является минимизация отражательной способности и, таким образом, максимизация эффективной излучательной способности (Излучательная способность + Отражательная способность + Пропускающая способность = 1,0). 

Наше определение интервалов низких, средних и высоких температур обычно оценивается следующим образом:

• Низкотемпературные приложения могут находиться в диапазоне от -100 до 500 ⁰C

• Среднетемпературные приложения могут находиться в диапазоне от 200 до 1000 ⁰C

• Высокотемпературные приложения находятся в диапазоне от 500 до 3000 ⁰C

Более подробную информацию о длинах волн и спектральных диапазонах см. здесь.

Свяжитесь с нами для получения помощи в выборе спектрального диапазона или заполните форму «Требования к заявке клиента» и отправьте ее на win@wintron.com для рассмотрения одним из наших экспертов. 

Руководство по выбору пирометра 

Измерение низких температур с помощью длинноволновых спектральных диапазонов

Инфракрасные пирометры HEITRONICS используются для широкого спектра низкотемпературных измерений и поддерживают требования к измерениям, которые варьируются от общих до специальных и сложных. Эти низкотемпературные инфракрасные пирометры измеряют температуру различных материалов, таких как бумага, толстый пластик, резина, текстиль, асфальт, дерево, строительные материалы, сельское хозяйство, продукты питания, морская/водная поверхность, снег, лед, земля, облака/небо, окрашенные металлы, сильно окисленная сталь и низкотемпературное стекло.

Нижние пределы измерения для моделей низкотемпературных пирометров HEITRONICS включают: -100, -50, -30 или 0 oC

Диапазоны измерения этих моделей включают следующее:

• -100 … 200 °C
• -50 … 200 °C
• -50 … 1000 °C
• -30 … 500 °C
• 0 … 3000 °C 

Пирометры низкой температуры

Измерение средней температуры с помощью средне- и длинноволнового спектрального диапазона

Пирометры HEITRONICS средне- и длинноволнового спектрального диапазона измеряют температуру в приложениях измерения средней температуры, которые включают измерение температуры металлов, огнеупорных кирпичей, углерода/графита или наблюдение через горячие газы сгорания и пламя, а также во многих других приложениях.

Нижние пределы измерения для моделей пирометров средней температуры HEITRONICS включают: 100, 140, 250 или 300 °C

Диапазон измерений этих пирометров включает следующее:

• 100 … 1400 °C
• 140 … 1000 °C
• 250 … 1400 °C
• 300 … 1500 °C 

Пирометры средней температуры

Измерение высоких температур с помощью коротковолнового спектрального диапазона

Пирометры коротковолнового спектрального диапазона HEITRONICS измеряют температуру для высокотемпературных приложений.

В зависимости от модели пирометра нижний предел измерения может составлять 200 °C, а верхний — 3000 °C. Модель CT18.04 может быть изготовлена с двумя диапазонами температур, охватывающими от 200 °C до 2900 °C в одном пирометре.

Следующие модели могут использоваться для измерения различных металлов: стальной стержень и проволока, ковка, прокатка, индукционный нагрев и термообработка; огнеупорные кирпичи, углерод/графит, наблюдение через горячие дымовые газы и пламя и многие другие приложения.

Стандартное применение Спектральный диапазон Модели HEITRONICS 

Сталь, графит 1 µm CT18.03

Сталь огнеупорная 1.6 µm CT18.04

Высокотемпературные пирометры

В следующих моделях используется оптоволоконный кабель для определения местоположения небольшой линзы на расстоянии до 5 метров от корпуса электроники пирометра. Оптоволоконный кабель и линза выдерживают температуру окружающей среды до 180 °C, могут устанавливаться в ограниченном пространстве и выдерживают удары и вибрацию гораздо лучше, чем электроника.

Стандартное приложение Спектральный диапазон Модели HEITRONICS 

Углеродистая сталь, графит 1 µm CT18.03LL

Стали для более низких температур 1.6 µm CT18.04LL

Высокотемпературные пирометры - с использованием оптоволоконного кабеля

Инфракрасные пирометры для специальных применений 

Решения для измерения температуры стекла

Существует множество различных приложений и процессов в стекольной промышленности, в которых используются пирометры для бесконтактного измерения температуры. Приложения включают: 

В целом, более короткие спектральные диапазоны длин волн проникают в поверхность стекла для измерения под поверхностью. Спектральные диапазоны более 5 микрон используются для измерения поверхности стекла. Оптимальный спектральный диапазон для измерения температуры поверхности стекла при просмотре через горячий газ сгорания или пламя составляет 5 микрон.

Узкополосный спектральный диапазон около 8 микрон предназначен для наименьшего проникновения в поверхность и, таким образом, для измерения самого тонкого стекла. Узкополосный спектральный диапазон около 8 микрон также находится там, где отражательная способность стекла самая низкая. Спектральный диапазон 8..14 микрон обычно используется для самых низких приложений измерения температуры поверхности, но следует учитывать 15% отражательной способности, связанной с фоновой температурой, отражающейся от поверхности стекла. 

Решения для стекольной промышленности

Решения для измерения тонкопленочных полимеров

Существует множество полимеров, используемых для создания тонкопленочных пластиков. «Тонкий» обычно означает толщину менее 20...40 мил для измерения температуры с помощью ИК-термометра.

Углеводородные полимеры, такие как полиэтилен, полипропилен и полистирол, лучше всего излучают инфракрасное излучение при 3,43 мкм и в меньшей степени при 6,8 мкм. Полиэфиры, ПТФЭ и полиимиды лучше всего излучают инфракрасное излучение около 8 мкм.

Десятилетия успешного применения инфракрасных термометров для измерения тонких пленок включают литье пленки, растяжение, экструзию, экструзионное покрытие, покрытие, ламинирование, термоформование и конвертирование. 

Решения для измерения тонкопленочных полимеров

Измерение температуры дымовых газов

Пирометры используются для измерения температуры газа с целью обеспечения соответствия экологическим нормам, а также для контроля зоны возгорания/горения в котле или мусоросжигательной печи. Кроме того, инфракрасные пирометры позволяют оптимизировать температуру для снижения оксидов азота (NOx) в системах селективного некаталитического нейтрализации (SNCR). 

Пирометрические решения HEITRONICS устанавливаются на объектах твердых бытовых отходов (ТБО)/отходов в энергию (WTE) и биомассы WTE, на мусоросжигательных заводах для опасных отходов и в котлах для коммунальных нужд на ископаемом топливе.

Горячий газ сгорания излучает инфракрасное излучение на определенных длинах волн в зависимости от температуры, сжигаемых материалов и результирующей концентрации побочных продуктов сгорания. Во всех случаях высокотемпературный газ измеряется инфракрасным пирометром с использованием инфракрасной энергии, полученной из глубины или столба газов в пределах траектории обзора. 

Измерение температуры дымовых газов

Оборудование для калибровки инфракрасного излучения

Стандарты передачи

Почти все производители инфракрасных приборов для измерения температуры будут использовать термометры переноса излучения для получения температуры излучения от источника излучения. Полученная температура источника излучения затем используется для калибровки других тестируемых приборов. Просто полагаться на температуру, отображаемую на контроллере типичного коммерчески доступного источника излучения, добавит неопределенности. Использование сертифицированного и квалифицированного эталона переноса дает возможность снизить неопределенность при правильном применении в методе калибровки по схеме II.

Клиентские пользователи, у которых есть резонаторные черные тела или пластинчатые источники излучения, исторически отправляли их на калибровку или повторную сертификацию. Транспортировка источника излучения добавляет риск из-за ударов и вибрации во время транспортировки. Худший сценарий может возникнуть после того, как источник излучения был повторно сертифицирован, а затем подвергся ударам и вибрации во время обратной транспортировки.

Если удары и вибрации изменяют расположение нагревательных элементов или расположение внутреннего датчика температуры, используемого для контроля, температуры могут быть смещены без ведома клиента. Использование эталона переноса устраняет такой риск. Эталон переноса гораздо лучше подходит для транспортировки, когда требуется калибровка. Источник излучения лучше всего хранить в лаборатории, постоянно. Использование эталона переноса, имеющего тот же или близкий к тому же спектральный диапазон, что и тестируемый прибор, обычно обеспечивает возможность получения наилучшей результирующей неопределенности.

В области инфракрасной калибровки необходимо учитывать множество параметров и условий. Wintronics готова предоставить подробную консультацию по инфракрасной калибровке для вашего конкретного промышленного применения.

Источники излучения черного тела

Инфракрасные калибраторы, сконструированные с использованием полости с высокой излучательной способностью

HEITRONICS предлагает абсолютно черные тела, сконструированные с полостью. Правильно подобранная по размеру и форме полость обеспечивает возможность достижения наивысшей излучательной способности. Чем выше излучательная способность полости, тем лучше будет неопределенность для этого компонента расчета общей неопределенности. HEITRONICS не производит пластинчатые источники излучения, которые обычно имеют большой размер области источника.

Пластинчатые источники излучения обычно имеют излучательную способность 0,95 ... 0,96. Они являются лучшим выбором для калибровки недорогих портативных термометров 8 ... 14 микрон из-за широкого поля зрения (FOV) таких недорогих термометров.