Pirometre, nesneden yayılan radyona bağlı olarak nesnenin yüzey sıcaklığını temas etmeden ölçebilen bir cihazdır. Sıcaklık ölçümü, yüksek derecede hassasiyet gerektirir. Bu yüzden pirometreler, birçok endüstride kritik bir önem sahiptir.
Pirometre, enerjiyi absorbe etme ve herhangi bir dalga boyunda, elektromanyetik dalga yoğunluğunu ölçme özelliğinden dolayı fotodedektör görevi görür. Yüksek sıcaklıkları ölçmek için kullanılan pirometre kısa dalga ve uzun dalga aralıklı olmak üzere farklı spektral aralıklarda mevcuttur. Sıcaklık ölçümü sırasında nesneden yayılan radyasyonu ölçmek için renkli pirometreler kullanılır. Renkli pirometreler, nesnenin sıcaklığını çok doğru bir şekilde ölçebilir. Dolayısıyla bu cihazlarda ölçüm hataları çok düşüktür. Renkli pirometreler, iki spektral aralıkla iki radyasyon yoğunluğunun oranını belirlemek için kullanılır. Bunlar Metis M3 ve H3 serilerinde ve farklı versiyonlarda Capella C3 serisinde portatif olarak mevcuttur. Yüksek hızlı pirometreler, M3 cihazlarına göre daha hızlı ve daha hızlı sıcaklık sağlamak için kullanılır. Bunlar, 1 renkli ve 2 renkli pirometrelerle kombinasyon halinde mevcuttur. Bu cihazlar, hızlı hareket eden nesnelerin net sıcaklık profillerini oluşturma konusunda oldukça yeteneklidirler.
Sıcaklık ölçümü denildiğinde her ne kadar akla genellikle termometre gelse de, termometreler temaslı ölçüm cihazlarıdır bu yüzden endüstriyel uygulamalar için uygun değildir. Pirometre, temassız sıcaklık ölçümü, erişilmesi zor yerlerde kolay ölçüm, hassas ve güvenilir sıcaklık ölçüm teknolojisi birçok endüstri uygulamasında tercih edilmektedir.
Pirometre Nasıl Çalışır?
Pirometre hakkında bilgiler verirken, farklı spektral aralıklarda mevcut olduğundan bahsetmiştik. Pirometreler, spektral aralığa bağlı olarak, 1 renkli pirometreler, 2 renkli pirometreler ve yüksek hızlı pirometreler olarak sınıflandırılır.
Pirometrenin çalışma prensibi, cisme temas etmeden cisimden yayılan ısı/radyasyonu algılayarak cismin sıcaklığını ölçmektir. Yayılan radyasyonun yoğunluğuna bağlı olarak sıcaklık seviyesini kaydeder.
Pirometre nasıl çalışır? Adım adım inceleyelim.
- Pirometre, yüzey sıcaklığı ölçüşecek nesneden yayılan enerjiyi yakalar.
- Radyasyon, detektöre gönderilir.
- Dedektörün çıkışı, radyasyon nedeniyle nesnenin sıcaklık seviyesini ifade eder.
- Radyasyon seviyesi kullanılarak analiz edilen dedektörün sıcaklığının, nesnenin sıcaklığı ile doğru orantılıdır.
Gerçek sıcaklığı ile hedeflenen her nesneden yayılan radyasyon, mutlak sıcaklığın (-273.15 santigrat derece) ötesine geçer. Yayılan bu radyasyon, elektromanyetik spektrumdaki görünür kırmızı ışığın üzerinde olan kızılötesi olarak adlandırılır. Yayılan enerji, nesnenin sıcaklığını algılamak için kullanılır ve bir dedektör yardımıyla elektrik sinyallerine dönüştürülür.
Pirometre Çeşitleri
Pirometreler, çalışma prensiplerine göre iki tipte sınıflandırılabilir.
- Optik Pirometreler
- Kızılötesi / Radyasyon Pirometreleri
1. Optik Pirometre
Optik pirometrenin parçalarına göz atalım.
- Sol tarafta bir göz merceği veya gözlemci ve sağ tarafta bir optik mercek bulunur.
- Bir güç kaynağı ve reostat kullanarak referans sıcaklık üreten bir lamba vardır.
- Sıcaklığı hesaplamak için akımı ölçmek için bir ampermetreye sahiptir.
- Mercek ve referans lambası arasına bir emme ekranı yerleştirilmiştir.
- Referans lambası ile göz merceği veya gözlemci arasında kırmızı bir filtre vardır.
Sıcaklığı mutlak sıfır olan herhangi bir nesne radyasyon yayar veya üretir. Bu emisyon, nesnenin sıcaklığına bağlıdır. Optik pirometre, nesnenin sıcaklığını ölçmek için bu radyasyonu kullanır. Ölçülen nesnenin parlaklığı, referans sıcaklıktaki lambanın parlaklığı ile karşılaştırılır. Referans sıcaklığı, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi reostat kullanılarak parlaklığı ayarlanabilen lamba tarafından üretilir.
Kaynaktan gelen radyasyon optik lens tarafından yakalanır. Lens, termal radyasyonun lambaya odaklanmasına yardımcı olur. Gözlemci, lamba filamanının parlaklığını gözlemlemeye başlar. Referans lambasının filamanı, kaynağın sıcaklığının üzerine bindirilir. Gözlemci reostat değerini değiştirmeye başlar.
- A) Filament, koyuyken; kaynak, nesne referans sıcaklığından daha sıcaktır veya filament sıcaklığının kaynak sıcaklığından daha soğuktur.
- B) Filament parlakken; kaynak, nesne referans sıcaklığından daha soğuktur veya filament sıcaklığının kaynak sıcaklığından daha sıcaktır.
- C) Filament kaybolduğunda; kaynak, nesnenin sıcaklığı ile referans sıcaklığının aynıdır.
Avantajlar
- Montajı basittir ve taşınabilir.
- ±5 ºC tolerans ile çok yüksek doğruluk sağlar.
- Sıcaklığı ölçülen nesne ile doğrudan temas halinde olmanıza gerek yoktur.
- Hareketli nesnelerin sıcaklık ölçümü için kullanışlıdır.
Dezavantajlar
- Ölçüm tamamen ışık yoğunluğuna dayalıdır, sadece nispeten yüksek sıcaklıkları ölçmek faydalı olabilir.
1. Kızılötesi / Radyasyon Pirometreleri
Kızılötesi/radyasyon pirometrenin parçalarına incelendiğinde, optik lens, ayna ve ayarlanabilir göz merceği gibi bir optik sisteme sahip olduğu görülür. Isı enerjisi optik lens aracılığıyla aynaya aktarılır. Ayna bu enerjiyi dedektöre odaklar.
Dedektör termopil veya fotoçoğaltıcı tüpler olabilir. Fotoçoğaltıcı tüpler, termopilden çok daha hızlıdır. Bu nedenle, fotoçoğaltıcı tüpler kullanıldığında sıcaklık ölçümü çok daha hızlıdır. Dedektör, toplanan ısı enerjisini bir elektrik akımı sinyaline dönüştürür ve bunu kontrol ünitesine veya sıcaklık göstergesine yönlendirir.
Avantajlar
- Yüksek performansa ve orta maliyete sahiptir.
- Hızlı tepki verir.
- İyi bir stabiliteye sahiptir.
- Ölçülen nesne ile fiziksel temas halinde olmanıza gerek yoktur.
Dezavantajlar
- Radyasyon pirometresinin tasarımı karmaşıktır.
- Hedef malzemenin emisyonu ölçümü etkileyebilir.
Pirometrelerin Kullanım Alanları
Pirometrelerin kullanım alanları şunlardır:
- Fırın sıcaklık ölçümünde kullanılır.
- Metalurji ve eritme endüstrilerinde kullanılır
- Sıvı metallerin ve yüksek derecede ısıtılmış malzemelerin sıcaklığını ölçmek için tercihe edilir.
- Buhar kazanlarının sıcaklığını ölçmek için kullanılır.
- Gaz türbinli motorlar ve sıcak hava balonlarında kullanılır.
- Hareket eden nesnelerin veya sabit nesnelerin sıcaklığını daha uzak bir mesafeden ölçmek için tercih edilir.
