КОЕФІЦІЄНТ ВИПРОМІНЮВАННЯ - АХІЛЛЕСОВА П'ЯТА ПІРОМЕТРІВ?

Пірометри вже багато років використовуються для вимірювання температури в агресивних термічних процесах, та їх технічні переваги загальновідомі:

1. Пірометри – це оптичний вимір температури без фізичного контакту.

2. Добре працюють у діапазоні високих температур – до 2200°C (3200°F)

3. Вони вимірюють реальну температуру продукту, а не температуру корпусу/кріплення датчика, наприклад, за допомогою термопар, термометрів опору або інших контактних методів.

4. Пірометри можуть працювати у дуже жорстких умовах, наприклад, за умов сильної вібрації або високих температур навколишнього середовища.

5. Технологія забезпечує надзвичайно швидкі вимірювання – час відгуку становить до мілісекунд для швидкоплинних процесів.

Завдяки всім цим перевагам пірометри можуть стати відмінним рішенням у порівнянні з традиційними «контактними» методами, проте, як і у випадку з будь-якою вимірювальною технікою, існують типові «обмеження» (часто засновані на фізичних принципах), які, якщо ними не керувати, можуть призвести до значних помилок вимірів.

То що щодо «ахіллесової п'яти»?

Згідно з грецькою міфологією, Ахілл був занурений у річку Стікс немовлям, і всі частини його тіла, які зазнали впливу води, стали безсмертними. Єдиною частиною, яка не була порушена водою, була його п'ята, за яку його тримала мати – ця частина тіла стала його єдиною слабкістю (або обмеженням, якщо хочете).

Як не дивно, ми можемо подивитись світ промислових вимірювань температури та побачити багато спільного з Ахіллом.

Як і Ахіллес, пірометри мають низку фундаментальних переваг. Будучи по суті безконтактним оптичним вимірюванням температури, вони можуть вимірювати до 10 000 разів на секунду, їх можна використовувати в жорстких умовах, наприклад, при виробництві напівпровідникових пластин або розплавленого скла, і вони можуть підтримувати точність ±1°C до температур 2000°C і більше.

Так у чому ж каверза?

Коли справа доходить до пірометрії, існує «обмеження» техніки, яке необхідно контролювати – ефект зміни випромінювальної здатності матеріалу (тобто як матеріал випромінює теплову енергію та як це змінюється). Ця фізична властивість має кожен матеріал, і коли вона змінюється, це кардинально впливає на продуктивність вимірювання будь-якого пірометра.

Для вимірювального приладу, точність якого може досягати ±1°C, похибки, спричинені змінами випромінювальної здатності, можуть перевищувати вказані в технічних характеристиках у 50 разів!

Таким чином, проблема полягає в тому, що випромінювальна здатність матеріалу, що позначається як "Ɛ", часто змінюється в залежності від температури, форми і шорсткості поверхні і повинна враховуватися за допомогою методів оптичної пірометрії, що не так просто.

То чи є випромінювальна здатність ахіллесової п'ятої пірометрії?

Коротше кажучи, відповідь — ні, це не так, але якщо цей ефект не контролювати дуже добре, він може стати великим головним болем для досягнення точності вимірювань, наближених до тієї, на яку здатна пірометрія.

Виробники оптичних пірометрів вже давно намагаються вирішити цю проблему з різним ступенем успіху. Більшість із них упоралися з цією проблемою, використовуючи так звані двокольорові або двохвильові рішення. Замість вимірювання на одній довжині хвилі ці пірометри намагаються зробити систему «імунної» до будь-яких змін випромінювальної здатності, обчислюючи температуру на основі співвідношення двох довжин хвиль, що використовуються (випромінювальна здатність матеріалу все ще змінюється — і пірометр не може сказати вам, наскільки — але мета полягає в тому, щоб дозволити пірометру ігнорувати зміни ().

На жаль, цей та інші пасивні методи, такі як налаштування довжини хвилі, можуть працювати лише за певних обставин та за своєю природою принципово обмежені.

«Активна» альтернатива…

Нещодавно Advanced Energy представила активний метод корекції змін випромінювальної здатності, при якому вимірюється не тільки температура зразка, але і його випромінювальна здатність. Використовуючи цю техніку, зміни можна тепер вимірювати і активно коригувати на частій основі, що дозволяє пірометру підтримувати точність вимірювань незалежно від змін температури, шорсткості поверхні або властивостей матеріалу.

Логіка цього методу полягає у вимірі відбивної здатності матеріалу, R (коефіцієнт випромінювання, Ɛ = 1 – R), в режимі реального часу, щоб пірометр міг підтримувати точність вимірювань навіть за умов процесу, що змінюються.

Отже, чи це «єдиною відповіддю» для всіх проблем вимірювання, пов'язаних із випромінювальною здатністю? На жаль, ні, не існує панацеї для всіх додатків, проте робота з постачальником, який надає як пасивні, так і активні методи корекції, дає користувачеві максимально можливу гнучкість для оптимізації продуктивності пірометра.

У наступній статті цієї серії ми продовжимо розглядати методи пасивної та активної корекції випромінювальної здатності, а також те, як їх краще застосовувати для досягнення надійних вимірювань температури.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник пірометрів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/pirometry