כיצד מסדרים ועובדים מדחומים ללא מגע?

מדי חום או פירומטרים ללא מגע הם כיום מכשירים נוחים למדידת טמפרטורה מרחוק של חפצים, נוזלים או מוצקים שונים. הם נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית הכוח לבקרה תפעולית על הטמפרטורה של אזורים חשובים, בתעשיית הכוח החשמלי כדי להבטיח בטיחות אש, בתנאי מעבדה, בארגונים, בבנייה לחישוב הפסדי חום, בחיי היומיום, במערכות אבטחה ועוד ועוד.

המכשיר הראשון כזה הומצא עוד בשנת 1731 על ידי הפיזיקאי ההולנדי פיטר ואן מושנברוק, והמדידות בוצעו באופן חזותי, ניתן היה לשפוט את הטמפרטורה של גוף חם-אדום. אולם סוגים מודרניים של פירומטרים הרחיבו מאוד את תחום היישום שלהם, ואף ניתן למדוד טמפרטורה הקרובה לאפס מעלות צלזיוס ומתחת. עם זאת, העיקרון נותר זהה בדרך כלל - נמדדת עוצמת הקרינה התרמית הנובעת מהאובייקט, ומסקנה לגבי הטמפרטורה שלו נובעת מכך. המדידות מבוצעות בטווח הספקטרלי האינפרא אדום והנראה לעין.

בשנת 1967 הציגה חברת ווהל האמריקאית את הפירומטר הנייד הראשון, מכיוון שבשנות ה -60 נעשו התגליות המדעיות החשובות ביותר, שהניחו את הבסיס להתפתחות התפתחות הפירומטרים התעשייתיים עם מאפיינים גבוהים מספיק עם ממדים קטנים. העיקרון המבוסס על בניית הקבלות השוואה, באמצעות מקלט אינפרא אדום המסוגל לקבוע את כמות האנרגיה התרמית הנפלטת מהאובייקט, הרחיב משמעותית את טווח מדידות הטמפרטורה הן לגופים נוזליים והן למוצקים.

נכון לעכשיו הפירומטרים פופולריים מאוד, והם משמשים באופן נרחב למדידה ללא מגע, במרחק של הטמפרטורה של חפצים בחיי היומיום, בענף הדיור וכלי השירות, במפעלים, בכל מקום בו נדרשת בקרת טמפרטורה בתהליכים שונים בשלבי הייצור ובמהלך הפעלת מכשירים רבים. פירומטרים מאפשרים למדוד בבטחה את הטמפרטורה של אפילו גוף חם-אדום, ללא צורך במגע פיזית.

פירומטרים הם אופטיים, קרינה וצבע. הראשונים מאפשרים השוואה חזותית של צבע הגוף המחומם עם צבע חוט ההתייחסות, ובכך לקבוע את הטמפרטורה שלו. קרינה מחשבת מחדש את עוצמת הקרינה התרמית, ויכולה למדוד טווח טמפרטורות רחב למדי. צבע משווה בין הקרינה התרמית של האובייקט בספקטרומים שונים ואז מחשבים את הטמפרטורה שלו, לפירומטרים כאלה יש מגוון רחב של מדידות.

ניתן לחלק את כל הפירומטרים גם לטמפרטורה נמוכה וטמפרטורה גבוהה. טמפרטורה נמוכה אפילו מאפשרת לך למדוד טמפרטורות מתחת לאפס, ובטמפרטורה גבוהה יש גבול מדידה עליון גבוה.

בהתאם לסוג הביצוע, הפירומטרים נבדלים זה מזה בנייד וייצוב. האחרונים משמשים במפעלים תעשייתיים גדולים לבקרה מדויקת ורציפה מאוד של התהליך הטכנולוגי, למשל בייצור פלסטיקה מותכת ומתכות. פירומטרים ניידים פופולריים בחיי היומיום וכמטרומטרים ניידים בתעשיות שונות הם מציגים בבירור מידע על הטמפרטורה בתצוגה בטקסט או בצורה גרפית.

ניתן לתאר את המכשיר והפעלתו של פירומטר אינפרא אדום מודרני כדלקמן. קרן החום שמקבלת המכשיר ממוקדת על ידי המערכת האופטית ואז נופלת חיישן טמפרטורה (זהו המתמר הפירומטרי העיקרי) מתקבל אות חשמלי בפלט המתמר הפירומטרי, שערכו פרופורציונלי לערך הטמפרטורה של האובייקט הנחקר. האות שמתקבל מהחיישן עובר הלאה דרך המתמר האלקטרוני (זהו מתמר פירומטרי משני), ונכנס למכשיר המדידה והחישוב ומעובד בו. תוצאת החישוב מוצגת בתצוגה, בדגמים הפופולריים ביותר - בצורה של מספרים.

כך, בכדי לקבל את הערך המדויק של טמפרטורת פני השטח של האובייקט הנחקר, המשתמש צריך רק להפעיל את המכשיר, לכוון אותו אל האובייקט הנלמד ולחץ על כפתור ההתחלה. תוצאת המדידה תוצג על גבי התצוגה בצורה של מספרים או בצורה גרפית בצורה של תמונה רב-צבעונית, שם ספציפית האזורים של טמפרטורות נמוכות, בינוניות וגבוהות יודגשו בצבעים שונים.

המאפיינים הטכניים העיקריים של פירומטרים:

• רזולוציה אופטית (זמינים דגמים ברזולוציה של 2: 1 עד 600: 1);

• טווח טמפרטורות נמדד (מקסימום - מ- -50 ° C ל- + 4000 ° C);

• רזולוציית מדידה - הערכים האופייניים הם 0.1 ° C או 1 ° C;

• דיוק מדידה (± 1.5% נחשב אופטימלי);

• מהירות (פירומטרים מודרניים דורשים לא יותר משנייה);

• emissivity - יכול להיות מותאם אישית או קבוע;

• שיטת מיקוד - מעצב לייזר או הנחיה אופטית.

הפרמטרים החשובים ביותר של הפירומטרים הם קביעת דרגת השחור של האובייקט והרזולוציה האופטית (אינדיקטור הראייה) של המכשיר. הרזולוציה האופטית של הפירומטר מאופיינת ביחס המרחק מהפירומטר למשטח הגוף לקוטר של נקודה עגולה על פני הגוף (שטח המדידה המדויק של הטמפרטורה מוגבל על ידי נקודה זו), אשר הטמפרטורה שלו נמדדת.

כך שאם נדרשות מדידות טמפרטורה ממרחק קצר, יש להשתמש בפירומטר ברזולוציה קטנה, למשל, 4: 1, ואם מתוכננים מדידות ממספר מטרים, הרזולוציה צריכה להיות גדולה יותר כך שאובייקטים זרים לא ייפלו לשדה הראייה של המכשיר. לעתים קרובות, פירומטרים מצוידים במעצב יעד לייזר כדי להפנות בצורה מדויקת יותר את הכלי אל העצם הנחקר.

מידת השחור או הנפלטות של החומר מאפיינת את ההשתקפות של החומר עצמו, שטמפרטורתו נמדדת מרחוק על ידי פירומטר. עבור מדחום אינפרא אדום, שהם הפירומטרים הפופולריים כיום, מחוון זה חשוב ביותר. הוא קובע את היחס בין האנרגיה הנפלטת על ידי המשטח הנחקר לאנרגיה הנפלטת על ידי גוף שחור לחלוטין באותה טמפרטורה, והערך של פרמטר זה נע בין 0 ל 1. לפיכך, לפלדה מחמצנת יש אפלות של 0.85, ומלוטשת - 0.075.

באתרי סחר מקוונים רבים, ובחנויות אלקטרוניקה, יש כיום ייצוג נרחב של פירומטרים ניידים המכוונים בלייזר, שהם מושלמים לצרכים ביתיים, כמו גם פירומטרים רפואיים מיוחדים להחלפת מדחום כספית. למטרות תעשייתיות משתמשים בפירומטרים מדויקים ויקרים יותר, שיש בהם, בין היתר, אמצעי עזר להעברת מידע ויכולת חיבור למחשב ולמכשירים מיוחדים.

ראה גם: חיישני טמפרטורה - תרמיסטורים