Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hỏa kế quang học, súng bắn nhiệt độ (Optical Pyrometer)
23 thg 5, 2016 | 15:41

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hỏa kế quang học, súng bắn nhiệt độ (Optical Pyrometer)


Kỹ thuật hỗ trợ việc đo nhiệt độ của các đối tượng mà không cần chạm trực tiếp vào chúng được gọi là Hỏa kế (Pyrometer). Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau.


 Hỏa kế (pyrometer)
Pyrometer là một thiết bị được sử dụng để đo nhiệt độ của một đối tượng. Thiết bị này theo dõi và đo độ lớn thực tế của bức xạ nhiệt tỏa ra từ đối tượng cần đo. Bức xạ nhiệt tỏa ra từ đối tượng sẽ đi qua 1 hệ thống quang học bên trong pyrometer. Hệ thống quang học sẽ làm cho bức xạ nhiệt hội tụ tốt hơn và đi qua đầu dò. Đầu ra của đầu dò sẽ tỉ lệ với bức xạ nhiệt đầu vào . Ưu điểm lớn nhất của thiết bị này là, không giống như nhiệt điện trở RTD và cặp nhiệt điện TC, ở đây không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa pyrometer và đối tượng phát ra nhiệt.


Nguyên lý cơ bản
Các đối tượng có nhiệt độ lớn hơn 0° tuyệt đối (273,15K) đều phát ra hay tạo ra bức xạ. Bức xạ này phụ thuộc vào nhiệt độ. Nói chung các bức xạ hồng ngoại được xem là loại đo phần lớn các bức xạ nằm trong dải quang phổ điện tử của miền hồng ngoại. Miền này nằm trong quang phổ ánh sáng nhìn thấy. Năng lượng bức xạ từ vật thể được dùng để đo nhệt độ của nó thông qua việc dùng các thiết bị cảm biến có thể chuyển đổi tín hiệu nhận được thành tín hiệu điện. Các thiết bị đo hay hệ thống dựa trên nguyên tắc này được biết đến như hỏa kế quang học/súng nhiệt độ, hỏa kế bức xạ.

Hỏa kế đo không tiếp xúc gồm hỏa kế quang học (optical pyrometer) và hỏa kế bức xạ (Radiation Pyrometer)

Ở bài viết này chúng ta sẽ chỉ tìm hiểu về hỏa kế quang học (optical pyrometer)


Hỏa kế quang học/ súng bắn nhiệt độ (Optical Pyrometer)

Hỏa kế quang học chế tạo dựa trên định luật Plăng:


Trong đó λ là bước sóng, C1,C2 là các hằng số.

Nguyên tắc đo nhiệt độ bằng hỏa kế quang học là so sánh cường độ sáng của vật cần đo và độ sáng của một đèn mẫu ở trong cùng một bước sóng nhất định và theo cùng một hướng. Khi độ sáng của chúng bằng nhau thì nhiệt độ của chúng bằng nhau. Xem hình dưới đây có thể nhận thấy sự phụ thộc giữa I và λ không đơn trị, do đó người ta thường cố định bước sóng ở 0,65μm.


Hoạt động của Hỏa kế quang học được thể hiện như hình dưới:



"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"


Như thể hiện trong hình, một hỏa quang kế có các thành phần chính như sau:
1. Một mắt kính (quan sát) ở bên trái và một thấu kính quang học ở bên phải.
2. Một bóng đèn tham chiếu (bóng đèn mẫu), được cấp nguồn bởi pin.
3. Một biến trở để thay đổi dòng điện và từ đó thay đổi cường độ sáng .
4. Để tăng dải nhiệt độ đo được, một màn ngăn được lắp ráp giữa thấu kính quang học và bóng đèn tham chiếu.
5. Một tấm lọc màu đỏ (Red filter) đặt giữa kính mắt và sóng đèn than chiếu giúp thu hẹp dải của bước sóng ánh sáng.


Hoạt động của hỏa kế quang học
Bức xạ nhiệt từ nguồn phát ra và được ống kính quang học thu lại. Ống kính giúp tập trung bức xạ nhiệt vào bóng đèn tham chiếu. Người theo dõi quan sát quá trình thông qua kính mắt và điều chỉnh nó theo cách làm sao cho dây tóc bóng đèn sắc nét ở trung tâm và dây tóc chồng lên hình ảnh nguồn nhiệt. người quan sát bắt đầu thay đổi giá trị bóng điện và dòng điện trong bóng đèn tham chiếu cũng thay đổi. điều này làm thay đổi cường độ của nó. sự thay đổi dòng điện này có thể được theo dõi theo 3 cách khác nhau :
1. Dây tóc bóng đèn sẫm màu, có nghĩa là nhiệt độ của nó thấp hơn nguồn nhiệt.
2. Dây tóc sáng màu, có nghĩa là nhiệt độ của nó lớn hơn nguồn nhiệt.
3. Dây tóc biến mất, như vậy, cường độ ánh sáng giữa bóng đèn và nguồn nhiệt là tương đương. Tại thời điểm này, dòng điện đo được chạy trong bóng đèn tham chiếu, giá trị của nó như là thước đo nhiệt độ của ánh sáng bức xạ trong nguồn nhiệt khi đã được hiệu chuẩn.



"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"



Sai số khi đo:


Sai số do độ đen của vật đo . khi đó T đo được xác định bởi công thức:



Công thức hiệu chỉnh; Tđo = Tđọc + ΔT
Giá trị của ΔT cho theo dõi đồ thị.

Ngoài ra sai số phép đo còn do ảnh hưởng của khoảng cách đo, tuy nhiên sai số này thường nhỏ. khi môi trường có bụi làm bẩn ống kính, kết quả đo cũng sẽ bị ảnh hưởng.


Video mô tả hoạt động của hỏa kế quang học




Ưu điểm;
1. Sự lắp đặt đơn giản của thiết bị cho phép dễ dàng sử dụng nó.
2. Cung cấp độ chính xác rất cao với +/-5 độ C.
3. Không cần bất kỳ sự tiếp xúc giữa hỏa quang kế và đối tượng cần đo. Do đó, nó có thể được ứng dụng rộng rãi và đa dạng.
4. Đối với các đối tượng có kích thước lớn, vẫn có thể đo được bằng hỏa quang kế, khoảng cách giữa chúng không phải là vấn đề. do đó thiết bị có thể được dùng để nhận biết từ xa.
5. Thiết bị này có thể không chỉ được dùng để đo nhiệt độ, nhưng có thể được dùng để phát hiện nhiệt lượng được sản sinh bởi các đối tượng, nguồn nhiệt. do đó hỏa kế quang học có thể được dùng để đo và nhìn thấy các bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng 0,65 microns . Nhưng một hỏa kế bức xạ (Radiation Pyrometer) có thể được dùng cho ứng dụng nhiệt độ cao hơn và có thể đo bước sóng từ 0,7 microns đến 20 microns.
6. Có thể đo đối tượng chuyển động.
7. Trong ngành điện thì nó rất hữu ích khi đo được nhiệt độ mà không cần tiếp xúc với các đối tượng phát ra nhiệt như máy biến áp, thanh cái, dây dẫn phát nóng.bởi vì những đối tượng này thường mang điện. nên rất nguy hiểm khi con người và thiết bị tiếp xúc trực tiếp với nó.
8. Thiết bị đo có thể được dùng cho những nơi có điều kiện vật lý khắc nghiệt.


Nhược điểm:
1. Phép đo dựa vào cường độ ánh sáng nên thiết bị chỉ có thể đo nhiệt độ thấp nhất là 700 độ C.
2. Thiết bị không khả dụng để thu các giá trị liên tục của nhiệt độ tại khoảng nhỏ.


Ứng dụng:
1. Dùng để đo nhiệt độ của chất lỏng kim loại hay liệu sấy ở nhiệt độ cao.
2. Có thể được dùng để đo nhiệt độ lò nung.









Chúc các bạn thành công!



Các bạn có thể tham khảo thêm Tài liệu về Pyrometer ở đây.
CTV Thuy Cot (EBOOKBKMT)


Kỹ thuật hỗ trợ việc đo nhiệt độ của các đối tượng mà không cần chạm trực tiếp vào chúng được gọi là Hỏa kế (Pyrometer). Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau.


 Hỏa kế (pyrometer)
Pyrometer là một thiết bị được sử dụng để đo nhiệt độ của một đối tượng. Thiết bị này theo dõi và đo độ lớn thực tế của bức xạ nhiệt tỏa ra từ đối tượng cần đo. Bức xạ nhiệt tỏa ra từ đối tượng sẽ đi qua 1 hệ thống quang học bên trong pyrometer. Hệ thống quang học sẽ làm cho bức xạ nhiệt hội tụ tốt hơn và đi qua đầu dò. Đầu ra của đầu dò sẽ tỉ lệ với bức xạ nhiệt đầu vào . Ưu điểm lớn nhất của thiết bị này là, không giống như nhiệt điện trở RTD và cặp nhiệt điện TC, ở đây không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa pyrometer và đối tượng phát ra nhiệt.


Nguyên lý cơ bản
Các đối tượng có nhiệt độ lớn hơn 0° tuyệt đối (273,15K) đều phát ra hay tạo ra bức xạ. Bức xạ này phụ thuộc vào nhiệt độ. Nói chung các bức xạ hồng ngoại được xem là loại đo phần lớn các bức xạ nằm trong dải quang phổ điện tử của miền hồng ngoại. Miền này nằm trong quang phổ ánh sáng nhìn thấy. Năng lượng bức xạ từ vật thể được dùng để đo nhệt độ của nó thông qua việc dùng các thiết bị cảm biến có thể chuyển đổi tín hiệu nhận được thành tín hiệu điện. Các thiết bị đo hay hệ thống dựa trên nguyên tắc này được biết đến như hỏa kế quang học/súng nhiệt độ, hỏa kế bức xạ.

Hỏa kế đo không tiếp xúc gồm hỏa kế quang học (optical pyrometer) và hỏa kế bức xạ (Radiation Pyrometer)

Ở bài viết này chúng ta sẽ chỉ tìm hiểu về hỏa kế quang học (optical pyrometer)


Hỏa kế quang học/ súng bắn nhiệt độ (Optical Pyrometer)

Hỏa kế quang học chế tạo dựa trên định luật Plăng:


Trong đó λ là bước sóng, C1,C2 là các hằng số.

Nguyên tắc đo nhiệt độ bằng hỏa kế quang học là so sánh cường độ sáng của vật cần đo và độ sáng của một đèn mẫu ở trong cùng một bước sóng nhất định và theo cùng một hướng. Khi độ sáng của chúng bằng nhau thì nhiệt độ của chúng bằng nhau. Xem hình dưới đây có thể nhận thấy sự phụ thộc giữa I và λ không đơn trị, do đó người ta thường cố định bước sóng ở 0,65μm.


Hoạt động của Hỏa kế quang học được thể hiện như hình dưới:



"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"


Như thể hiện trong hình, một hỏa quang kế có các thành phần chính như sau:
1. Một mắt kính (quan sát) ở bên trái và một thấu kính quang học ở bên phải.
2. Một bóng đèn tham chiếu (bóng đèn mẫu), được cấp nguồn bởi pin.
3. Một biến trở để thay đổi dòng điện và từ đó thay đổi cường độ sáng .
4. Để tăng dải nhiệt độ đo được, một màn ngăn được lắp ráp giữa thấu kính quang học và bóng đèn tham chiếu.
5. Một tấm lọc màu đỏ (Red filter) đặt giữa kính mắt và sóng đèn than chiếu giúp thu hẹp dải của bước sóng ánh sáng.


Hoạt động của hỏa kế quang học
Bức xạ nhiệt từ nguồn phát ra và được ống kính quang học thu lại. Ống kính giúp tập trung bức xạ nhiệt vào bóng đèn tham chiếu. Người theo dõi quan sát quá trình thông qua kính mắt và điều chỉnh nó theo cách làm sao cho dây tóc bóng đèn sắc nét ở trung tâm và dây tóc chồng lên hình ảnh nguồn nhiệt. người quan sát bắt đầu thay đổi giá trị bóng điện và dòng điện trong bóng đèn tham chiếu cũng thay đổi. điều này làm thay đổi cường độ của nó. sự thay đổi dòng điện này có thể được theo dõi theo 3 cách khác nhau :
1. Dây tóc bóng đèn sẫm màu, có nghĩa là nhiệt độ của nó thấp hơn nguồn nhiệt.
2. Dây tóc sáng màu, có nghĩa là nhiệt độ của nó lớn hơn nguồn nhiệt.
3. Dây tóc biến mất, như vậy, cường độ ánh sáng giữa bóng đèn và nguồn nhiệt là tương đương. Tại thời điểm này, dòng điện đo được chạy trong bóng đèn tham chiếu, giá trị của nó như là thước đo nhiệt độ của ánh sáng bức xạ trong nguồn nhiệt khi đã được hiệu chuẩn.



"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"



Sai số khi đo:


Sai số do độ đen của vật đo . khi đó T đo được xác định bởi công thức:



Công thức hiệu chỉnh; Tđo = Tđọc + ΔT
Giá trị của ΔT cho theo dõi đồ thị.

Ngoài ra sai số phép đo còn do ảnh hưởng của khoảng cách đo, tuy nhiên sai số này thường nhỏ. khi môi trường có bụi làm bẩn ống kính, kết quả đo cũng sẽ bị ảnh hưởng.


Video mô tả hoạt động của hỏa kế quang học




Ưu điểm;
1. Sự lắp đặt đơn giản của thiết bị cho phép dễ dàng sử dụng nó.
2. Cung cấp độ chính xác rất cao với +/-5 độ C.
3. Không cần bất kỳ sự tiếp xúc giữa hỏa quang kế và đối tượng cần đo. Do đó, nó có thể được ứng dụng rộng rãi và đa dạng.
4. Đối với các đối tượng có kích thước lớn, vẫn có thể đo được bằng hỏa quang kế, khoảng cách giữa chúng không phải là vấn đề. do đó thiết bị có thể được dùng để nhận biết từ xa.
5. Thiết bị này có thể không chỉ được dùng để đo nhiệt độ, nhưng có thể được dùng để phát hiện nhiệt lượng được sản sinh bởi các đối tượng, nguồn nhiệt. do đó hỏa kế quang học có thể được dùng để đo và nhìn thấy các bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng 0,65 microns . Nhưng một hỏa kế bức xạ (Radiation Pyrometer) có thể được dùng cho ứng dụng nhiệt độ cao hơn và có thể đo bước sóng từ 0,7 microns đến 20 microns.
6. Có thể đo đối tượng chuyển động.
7. Trong ngành điện thì nó rất hữu ích khi đo được nhiệt độ mà không cần tiếp xúc với các đối tượng phát ra nhiệt như máy biến áp, thanh cái, dây dẫn phát nóng.bởi vì những đối tượng này thường mang điện. nên rất nguy hiểm khi con người và thiết bị tiếp xúc trực tiếp với nó.
8. Thiết bị đo có thể được dùng cho những nơi có điều kiện vật lý khắc nghiệt.


Nhược điểm:
1. Phép đo dựa vào cường độ ánh sáng nên thiết bị chỉ có thể đo nhiệt độ thấp nhất là 700 độ C.
2. Thiết bị không khả dụng để thu các giá trị liên tục của nhiệt độ tại khoảng nhỏ.


Ứng dụng:
1. Dùng để đo nhiệt độ của chất lỏng kim loại hay liệu sấy ở nhiệt độ cao.
2. Có thể được dùng để đo nhiệt độ lò nung.









Chúc các bạn thành công!



Các bạn có thể tham khảo thêm Tài liệu về Pyrometer ở đây.
CTV Thuy Cot (EBOOKBKMT)

M_tả
M_tả

Chuyên mục:

Không có nhận xét nào: