Aplikace infračerveného teploměru ve výrobě ocelových válcovaných výrobků
Složení infračerveného teploměru
Infračervené teploměry, známé také jako teploměry s infračerveným zářením, zjišťují teplotu měřeného objektu měřením elektromagnetického záření objektu, které pochází z energie obsažené v objektu. Pro průmyslové aplikace se zabýváme infračerveným zářením od kratších vlnových délek viditelného světla po infračervené světlo až do 20 μm. Infračervený teploměr (radiační teploměr) je proto zařízení, které kvantifikuje energii záření a využívá výstup elektrického signálu k vyjádření jeho odpovídající teploty.
Infračervené teploměry lze obecně rozdělit do čtyř částí: jmenovitě optický systém, infračervený detektor, část zpracování signálu a část výstupu displeje.
1 Optický systém
Optický systém je důležitou součástí infračerveného teploměru. Jeho hlavní funkce jsou: konvergence zářivé energie, zaměření na cíl, který má být měřen, určení zorného pole teploměru a určitý těsnící účinek na vnitřní straně teploměru.
2 infračervené detektory
Infračervený detektor je základní částí infračerveného teploměru. Infračervený detektor přijímá zářivou energii měřeného objektu přes čočku objektivu, převádí energii záření na elektrický signál a nakonec následným zpracováním získá povrchovou teplotu měřeného objektu.
3 Zpracování signálu
Infračervený detektor převádí infračervené záření na elektrický signál, který je odeslán do části pro zpracování signálu a prostřednictvím předzesilovače a A/D převodu vstupuje do mikroprocesoru. Současně je do mikroprocesoru rovněž přiváděn signál kompenzace okolní teploty, který je mikroprocesorem linearizován. Po zpracování, kompenzaci prostředí a korekci emisivity se získá opravený výstupní signál.
4 výstup displeje
V praktických aplikacích se teplotní signál poskytovaný procesorem používá dvěma způsoby: jedním je zobrazení na displeji; druhý je poslat teplotní signál do průmyslového řídicího systému pro realizaci řízení výrobního procesu a existují také dva způsoby, jak jej použít současně.
Různé typy teploměrů dokážou zobrazovat hodnotu v reálném čase, maximální hodnotu, minimální hodnotu, průměrnou hodnotu, rozdíl a také mohou zobrazovat hodnotu nastavení emisivity, hodnotu nastavení alarmu atd. Po softwarovém zpracování umí zobrazit i teplotní křivku, teplotní mapu atd. Nejčastěji používané teploměry jsou 0-20mA nebo 4-20mA proudový výstup. Je-li požadován napěťový signál, lze také převést a škálovat proudový signál.
Výběr infračerveného teploměru
V průmyslových aplikacích se často mezi pyrometrem a měřeným cílem nachází nějaká média, která mohou zeslabit nebo dokonce zcela blokovat vyzařování povrchové energie měřeného cíle a pyrometr může měřit pouze cíl, který „vidí“. Naše běžně používané pevné teploměry zahrnují především následující kategorie:
① Širokopásmový teploměr, nebo širokopásmový teploměr, jeho rozsah spektrální odezvy je omezen optickým systémem, používaným hlavně k měření nízkých teplot, vybavený detektorem se širokým rozsahem spektrální odezvy.
② Vyberte pásmový teploměr, jeho vlnová délka je omezena filtrem a pásmo odezvy detektoru lze vybrat podle potřeb aplikace.
③ Krátkovlnný teploměr může snížit chybu měření při změně emisivity. Zde zmíněná krátká vlna je relativní a může to být vlnová délka 0,6 μm při teplotě 1500 K nebo vlnová délka 3 μm při teplotě 300 K.
④ Kolorimetrické teploměry, známé také jako dvoubarevné teploměry, mají lepší výsledky měření při použití ve „velmi špinavé atmosféře“.
Při výběru teploměru jsou pro přesný výběr teploměru kromě požadovaného teplotního rozsahu velmi důležité také dva parametry teploměru „procento změny teploty“ a „procento změny emisivity“:
① Procento změny teploty teploměru se vztahuje ke změně výstupní hodnoty objektu v důsledku změny teploty. U infračervených teploměrů platí, že čím větší je procento změny teploty, tím vyšší je jeho citlivost.
② Procento změny emisivity se vztahuje ke změně výstupní hodnoty přístroje, když se změní emisivita měřeného cíle. Vzhledem k tomu, že se emisivita ocelového plechu v průběhu procesu válcování oceli náhodně mění v určitém rozmezí při určité vlnové délce a teplotě, není změna výstupní hodnoty teploměru způsobená změnou emisivity skutečnou změnou teploty cíle. Proto je také nutné upravit procento změny emisivity.
