Zastosowanie termometru na podczerwień w produkcji walcowania stali
Skład termometru na podczerwień
Termometry na podczerwień, zwane również termometrami na podczerwień, określają temperaturę mierzonego obiektu poprzez pomiar promieniowania elektromagnetycznego obiektu, które pochodzi z energii zawartej w obiekcie. W zastosowaniach przemysłowych zajmujemy się promieniowaniem podczerwonym rozciągającym się od krótszych długości fal światła widzialnego do światła podczerwonego do 20 μm. Dlatego termometr na podczerwień (termometr promieniujący) jest urządzeniem, które określa ilościowo energię promieniowania i wykorzystuje sygnał elektryczny do wyrażenia odpowiedniej temperatury.
Termometry na podczerwień można ogólnie podzielić na cztery części: a mianowicie układ optyczny, detektor podczerwieni, część przetwarzającą sygnał i część wyjściową wyświetlacza.
1 Układ optyczny
Układ optyczny jest ważną częścią termometru na podczerwień. Jego główne funkcje to: konwergencja energii promieniowania, celowanie w mierzony cel, określanie pola widzenia termometru oraz pewien efekt uszczelniania wnętrza termometru.
2 detektory podczerwieni
Detektor podczerwieni jest podstawową częścią termometru na podczerwień. Detektor podczerwieni odbiera energię promieniowania mierzonego obiektu przez soczewkę obiektywu, przetwarza energię promieniowania na sygnał elektryczny i ostatecznie uzyskuje temperaturę powierzchni mierzonego obiektu poprzez późniejsze przetwarzanie.
3 Przetwarzanie sygnału
Detektor podczerwieni przetwarza promieniowanie podczerwone na sygnał elektryczny, który jest wysyłany do części przetwarzającej sygnał i wprowadzany do mikroprocesora przez przedwzmacniacz i przetwornik A/D. W tym samym czasie sygnał kompensacji temperatury otoczenia jest również wprowadzany do mikroprocesora, który jest linearyzowany przez mikroprocesor. Po przetworzeniu, kompensacji środowiskowej i korekcji emisyjności uzyskuje się skorygowany sygnał wyjściowy.
4 wyjścia wyświetlacza
W praktycznych zastosowaniach sygnał temperaturowy dostarczany przez procesor jest wykorzystywany na dwa sposoby: jeden to wyświetlanie go na wyświetlaczu; drugim jest wysłanie sygnału temperatury do przemysłowego systemu sterowania w celu realizacji kontroli procesu produkcyjnego, a istnieją również dwa sposoby wykorzystania go w tym samym czasie.
Różne typy termometrów mogą wyświetlać wartość w czasie rzeczywistym, wartość maksymalną, wartość minimalną, wartość średnią, różnicę, a także mogą wyświetlać wartość ustawienia emisyjności, wartość ustawienia alarmu itp. Po przetworzeniu programowym może również wyświetlać krzywą temperatury, mapę termiczną itp. Najczęściej używanymi termometrami są wyjścia prądowe 0-20mA lub 4-20mA. Jeśli wymagany jest sygnał napięciowy, sygnał prądowy może być również konwertowany i skalowany.
Wybór termometru na podczerwień
W zastosowaniach przemysłowych często między pirometrem a mierzonym celem znajdują się media, które mogą osłabić lub nawet całkowicie zablokować promieniowanie energii powierzchniowej mierzonego celu, a pirometr może mierzyć tylko ten cel, który „widzi”. Nasze powszechnie używane termometry stałe obejmują głównie następujące kategorie:
① Termometr szerokopasmowy lub termometr szerokopasmowy, którego zakres odpowiedzi widmowej jest ograniczony przez układ optyczny, używany głównie do pomiaru niskiej temperatury, wyposażony w detektor o szerokim zakresie odpowiedzi widmowej.
② Wybierz termometr pasmowy, jego długość fali odpowiedzi jest ograniczona przez filtr, a pasmo odpowiedzi detektora można wybrać zgodnie z potrzebami aplikacji.
③ Termometr krótkofalowy może zmniejszyć błąd pomiaru, gdy zmienia się emisyjność. Wspomniana tutaj fala krótka jest względna i może mieć długość 0,6 μm w temperaturze 1500 K lub długość fali 3 μm w temperaturze 300 K.
④ Termometry kolorymetryczne, znane również jako termometry dwukolorowe, dają lepsze wyniki pomiarów, gdy są używane w „bardzo brudnej atmosferze”.
Przy doborze termometru, oprócz wymaganego zakresu temperatur, bardzo ważne są również dwa parametry termometru „procent zmiany temperatury” i „procent zmiany emisyjności” dla dokładnego doboru termometru:
① Procent zmiany temperatury termometru odnosi się do zmiany wartości wyjściowej obiektu w wyniku zmiany temperatury. W przypadku termometrów na podczerwień im większy procent zmiany temperatury, tym wyższa jest jego czułość.
② Zmiana procentowa emisyjności odnosi się do zmiany wartości wyjściowej instrumentu, gdy zmienia się emisyjność mierzonego celu. Ponieważ emisyjność blachy stalowej zmienia się losowo w pewnym zakresie przy określonej długości fali i temperaturze podczas procesu walcowania stali, zmiana wartości wyjściowej termometru spowodowana zmianą emisyjności nie jest rzeczywistą zmianą temperatury celu. Dlatego konieczne jest również dostosowanie procentowej zmiany emisyjności.
