انسان از زمان کشف آتش، با مفهوم حرارت و اندازه گیری آن مواجه شد. لغت پیرومتر هم به همین سابقه دیرینه اشاره دارد. پیرومتر یک کلمه یونانی است که از دو بخش"Pyro" به معنای آتش و "Meter" به معنای اندازه گیری تشکیل شده است؛ این ابزار دقیق در زبان ایرانی با نام تف سنج شناخته می‌شود.
در واقع پیرومتر برای اندازه گیری دمای اجسامی به کار میرود که مثل آتش، نمی‌توان دمای آنها را به روش‌های تماسی اندازه گیری کرد. اگر اصطلاحات انگلیسی ابزار دقیق را به دقت یاد بگیریم، می‌توانیم مانند مثال بالا، حتی نحوه کاربرد یک ابزار دقیق را هم متوجه شویم.
برای شناخت بیشتر هر چه بیشتر پیرومتر با آمازون ابزار همراه باشید و بهترین تف سنج را خریداری کنید.
پیرومتر چیست؟
پیرومتر (Pyrometer) یا تف سنج یک ابزار دقیق است که برای اندازه‌گیری دمای سطوح بر اساس تابش حرارتی منتشر شده از آنها به‌کار میرود. این ابزار بر مبنای اصل تابش گرمایی عمل می‌کند زیرا هر جسمی متناسب با دمای خود، امواج الکترومغناطیسی منتشر می‌کند. پیرومتر این تابش را دریافت کرده و آن را به مقدار دما تبدیل می‌کند بدون اینکه نیاز به تماس مستقیم با سطح مورد نظر داشته باشد.
پیرومتر نوعی ابزار دقیق است که برای اندازه‌گیری دمای بالا از فاصله‌ای به نسبت دور و ایمن به کار میرود. برتری این وسیله نسبت به دماسنج‌های سنتی در این است که میتواند بدون تماس فیزیکی، دمای اجسام را تعیین کند. این ویژگی، تف سنج را به گزینه‌ای ایده‌آل برای سنجش دمای اجسام متحرک یا قرار گرفته در شرایط خطرناک تبدیل کرده است.
شاید نزدیک ترین برخورد اکثر انسان ها با دماسنج مادون قرمز، سنجش تب و دمای بدن در دوران همه گیری کرونا بوده است.
پیرومتر در جدول
تف سنج معادل کلمه پیرومتر است که واژه تَف از کلمه تفت الهام گرفته شده است و اشاره به حرارت دارد. گاها پاسخ پیرومتر در جدول با عبارات تف سنج یا حتی آذر سنج نیز دیده می‌شود.
پیرومتر چگونه کار می کند؟
پیرومتر بر اساس اندازه‌گیری طیف تابش گرمایی منتشر شده از سطح جسم موردنظر کار می‌کند. طبق قانون پلانک، همه اجسام گرم متناسب با دمای خود، امواج گرمایی منتشر می‌کنند. در این دستگاه، یک سیستم نوری (اپتیکال) این تابش را دریافت کرده و بر روی آشکارساز متمرکز می‌کند.
آشکارساز، شدت تابش را اندازه‌گیری کرده و با در نظر گرفتن ضریب گسیل جسم، آن را به مقدار دما تبدیل می‌کند. در نهایت، این اطلاعات پردازش شده و دمای اندازه‌گیری‌شده روی نمایشگر پیرومتر نمایش داده می‌شود.
در عمل، پیرومترها شدت تابش در طول‌موج مشخصی(λmax) را اندازه‌گیری کرده و با در نظر گرفتن ضریب گسیل، دما (T) را از این رابطه به‌دست می‌آورند:
T=b * λmax
که در این معادله، b ، ثابت جابجایی وین بوده و مقدار آن برابر با b=2.898×10^−3 متر-کلوین می‌باشد.
انواع پیرومتر صنعتی
پیرومترها بر اساس اصول کارکرد و همچنین کاربردهایشان، در 4 نوع طبقه بندی می‌شوند:
-
پیرومتر مادون قرمز(Infrared Pyrometer)
-
پیرومتر نوری (Optical Pyrometer)
-
پیرومتر تابشی (Radiation Pyrometer)
-
پیرومتر دو رنگ یا نسبتی (Ratio Pyrometer)
هر کدام از این پیرومترهای صنعتی، فناوری خاصی را برای اندازه گیری دما به کار می‌گیرند که در ادامه با این فناوری ها آشنا می‌شویم.
-
پیرومتر مادون قرمز (Infrared Pyrometer)
پیرومتر مادون قرمز یک دستگاه اندازه‌گیری دما است که از تابش حرارتی در محدوده مادون قرمز (Infrared) برای تعیین دمای اجسام بدون تماس مستقیم استفاده می‌کند. تف سنج لیزری، معمولاً در صنایع فولاد، شیشه‌سازی، خودروسازی و الکترونیک برای اندازه‌گیری دمای اجسام داغ و متحرک استفاده می‌شود.
پیرومتر مادون قرمز با دریافت و تحلیل تابش حرارتی ساطع‌شده از اجسام، دمای آنها را بدون نیاز به تماس مستقیم اندازه‌گیری می‌کند.
در پیرومتر مادون قرمز، یک لنز اپتیکی تابش حرارتی منتشر شده از سطح جسم را دریافت کرده و آن را روی یک آشکارساز (Detector) حساس به مادون قرمز متمرکز می‌کند.
در این ابزار دقیق، از یک پرتو لیزر برای هدف‌گیری دقیق محل اندازه‌گیری استفاده می‌شود. این پرتو لیزر فقط برای هدف‌گیری است و در اندازه‌گیری دما نقش ندارد. به همین جهت، این پیرومتر صنعتی، تف سنج لیزری هم نامیده می‌شود.
آشکارساز شدت این تابش را اندازه‌گیری کرده و آن را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. سپس مدارهای الکترونیکی این سیگنال را پردازش کرده و با در نظر گرفتن ضریب گسیل سطح جسم، دمای آن را بر اساس قانون پلانک محاسبه می‌کنند.
در نهایت، مقدار دمای اندازه‌گیری‌شده روی نمایشگر دیجیتال پیرومتر نمایش داده می‌شود و کاربر میتواند به‌صورت لحظه‌ای از دمای دقیق جسم آگاه شود.
برای خرید آنالایزر گاز از آمازون ابزار کافی است به لینک وارد شوید و انواع مختلفی از آنالایزر را یکجا ببینید.
ویژگی‌های پیرومتر لیزری
-
بدون تماس: ایده‌آل برای اندازه‌گیری دمای اجسام داغ، متحرک یا در محیط‌های خطرناک
-
سرعت بالا: دما را در کمتر از چند میلی‌ثانیه اندازه‌گیری می‌کند.
-
محدوده دمایی گسترده: قادر به اندازه‌گیری دما از چند ده درجه تا بیش از 3000 درجه سانتی‌گراد می‌باشد.
-
دقت بالا: می‌توانید ضریب گسیل را برای دقت بیشتر در اندازه‌گیری ، روی مقادیر مد نظرتان تنظیم کنید.
-
پیرومتر نوری (Optical Pyrometer)
پیرومتر نوری ابزاری برای اندازه‌گیری دماهای بالا بدون تماس مستقیم با جسم است که بر اساس شدت نور مرئی ساطع‌شده از جسم کار می‌کند. این دستگاه به ویژه برای دماهای بالای 700 درجه سانتی‌گراد (مانند فلزات گداخته، کوره‌ها و صنایع ریخته‌گری) استفاده می‌شود.
پیرومتر نوری با دریافت و مقایسه نور مرئی ساطع‌شده از اجسام داغ، دمای آنها را تعیین می‌کند. در این فرآیند، ابتدا یک لنز اپتیکی نور ساطع‌شده از جسم را جمع‌آوری کرده و آن را روی یک لامپ رشته‌ای مرجع متمرکز می‌کند.
سپس شدت نور دریافت‌شده از جسم با شدت نور لامپ مرجع مقایسه می‌شود. اپراتور میتواند شدت نور لامپ را تغییر دهد تا رنگ آن دقیقاً با رنگ نور ساطع‌شده از جسم یکسان شود.
زمانی که این تطابق رنگی حاصل شد، دمای لامپ مرجع معادل دمای جسم مورد نظر در نظر گرفته شده و مقدار آن بر روی نمایشگر دستگاه نشان داده می‌شود.
معایب پیرومتر نوری
-
نیاز به تنظیم دستی توسط اپراتور، که ممکن است موجب خطای انسانی شود.
-
فقط در محدوده نور مرئی کار می‌کند؛ بنابراین نمی‌تواند دماهای پایین‌تر را اندازه بگیرد.
-
در محیط‌های دارای نور زیاد یا بخارهای متراکم دقت آن کاهش می‌یابد.
-
پیرومتر تابشی (Radiation Pyrometer)
پیرومتر تابشی نوعی دماسنج بدون تماس است که از تابش گرمایی ساطع‌شده از سطح یک جسم برای اندازه‌گیری دمای آن استفاده می‌کند. این دستگاه بر اساس قانون تابش حرارتی پلانک عمل کرده و از طیف مادون قرمز یا طیف الکترومغناطیسی برای تعیین دما بهره می‌برد.
پیرومترهای تابشی معمولاً برای اندازه‌گیری دمای اجسام بسیار داغ مانند فلزات مذاب، کوره‌ها، توربین‌های گازی و تجهیزات صنعتی استفاده می‌شوند.
نحوه عملکرد پیرومتر تابشی مشابه پیرومتر لیزری است؛ ولی علاوه بر طیف مادون قرمز، میتواند طیف الکترومغناطیسی را هم اندازه گیری نماید.
ویژگی‌های پیرومتر تابشی
-
محدوده دمایی وسیع: میتواند دماهای چند صد تا چند هزار درجه سانتی‌گراد را اندازه‌گیری کند.
-
پایداری در شرایط سخت: در محیط‌های دارای دود، گردوغبار و بخار نیز عملکرد خوبی دارد.
-
پیرومتر دو رنگ یا نسبتی (Ratio Pyrometer)
پیرومتر دو رنگ که به آن تف سنج نسبتی (Ratio Pyrometer) نیز گفته می‌شود؛ نوعی پیرومتر بدون تماس است که برای اندازه‌گیری دمای اجسام داغ در شرایط سخت صنعتی استفاده می‌شود.
اساس کار تف سنج نسبتی، این است که با اندازه‌گیری نسبت شدت تابش در دو طول‌موج مختلف، دمای دقیق جسم را تعیین می‌کند. پیرومتر دو رنگ با اندازه‌گیری نسبت شدت تابش در دو طول موج مختلف از طیف مادون قرمز، دمای جسم را بدون نیاز به تماس مستقیم تعیین می‌کند.
ابتدا تابش ساطع‌شده از جسم توسط لنز اپتیکی جمع‌آوری شده و به آشکارساز منتقل می‌شود. سپس آشکارساز شدت تابش در دو طول‌موج مختلف را ثبت کرده و دستگاه نسبت این دو شدت را محاسبه می‌کند.
با استفاده از این نسبت و بر اساس قانون پلانک، دمای جسم محاسبه می‌شود. مهم‌ترین ویژگی این دستگاه این است که به دلیل استفاده از دو طول موج مختلف، تأثیر تغییرات ضریب گسیل جسم و موانع محیطی مانند دود، گردوغبار و بخار بر اندازه‌گیری کاهش می‌یابد؛ که موجب افزایش دقت در اندازه‌گیری دما در شرایط صنعتی دشوار می‌شود.
تفاوت تف سنج نوری و تابشی
تف سنج نوری و تابشی هر دو ابزارهای دقیقی برای اندازه‌گیری دما بدون تماس با سطح جسم هستند؛ اما نحوه عملکرد و کاربردهای آنها متفاوت است.
تف سنج نوری
بر اساس شدت نور مرئی ساطع‌شده از جسم عمل می‌کند و معمولاً برای دماهای بالا در محدوده 700 درجه سانتی‌گراد تا 3000 درجه سانتی‌گراد مناسب است. این ابزار نیاز به تنظیم دستی توسط اپراتور دارد و بیشتر در صنایع ریخته‌گری و فلزات گداخته به کار میرود.
تف سنج تابشی
از تابش گرمایی ساطع‌شده از سطح جسم استفاده می‌کند و معمولاً برای اندازه‌گیری دماهای بسیار بالا و در شرایط سخت صنعتی مثل کوره‌ها و توربین‌های گازی کاربرد دارد. این نوع پیرومتر تحت تأثیر کمتری از موانع محیطی مثل دود و بخار قرار می‌گیرد و دقت بالاتری دارد.
در نتیجه، انتخاب بین این دو ابزار بستگی به شرایط محیطی، نوع جسم و دقت مورد نیاز دارد.
جدول مقایسه انواع پیرومتر صنعتی
در جدول زیر، مقایسه‌ای بین چهار نوع پیرومتر صنعتی معرفی شده، انجام شده است:
|
ویژگی |
پیرومتر مادون قرمز (Infrared Pyrometer) |
پیرومتر نوری (Optical Pyrometer) |
پیرومتر تابشی (Radiation Pyrometer) |
پیرومتر دو رنگ (Ratio Pyrometer) |
|
محدوده طیفی |
مادون قرمز (IR) |
نور مرئی |
مادون قرمز (IR) |
دو طول‌موج مختلف در مادون قرمز |
|
نحوه عملکرد |
اندازه‌گیری تابش مادون قرمز ساطع‌شده از جسم |
مقایسه شدت نور مرئی ساطع‌شده از جسم با یک لامپ مرجع |
اندازه‌گیری شدت تابش گرمایی و تبدیل آن به دما |
اندازه‌گیری نسبت شدت تابش در دو طول‌موج مختلف |
|
دقت |
بالا، ولی وابسته به ضریب گسیل جسم |
بالا، نیاز به تنظیم دستی اپراتور |
بالا، تأثیرپذیری کمتر از ضریب گسیل |
بسیار دقیق، تأثیرپذیری کم از ضریب گسیل و موانع محیطی |
|
محدوده دمایی |
از چند درجه تا چند هزار درجه سانتی‌گراد |
معمولاً 700°C تا 3000°C |
چند صد درجه تا چند هزار درجه سانتی‌گراد |
600°C تا 3000°C |
|
کاربردها |
صنایع پزشکی، تجهیزات ایمنی، فرآیندهای صنعتی |
صنایع فولاد، شیشه و کوره‌ها |
صنایع سنگین، کوره‌ها، نیروگاه‌ها |
صنایع فولاد، نیروگاه‌ها، شیشه، تراشه‌سازی |
|
تأثیر ضریب گسیل |
بله، نیاز به تنظیم دقیق برای دقت بیشتر |
بله، نیاز به تطابق رنگ نور |
بله، نیاز به تنظیم ضریب گسیل |
کم، زیرا از نسبت دو طول‌موج استفاده می‌کند |
|
تاثیر موانع محیطی |
تحت تأثیر گردوغبار، دود، بخار |
تحت تأثیر موانع محیطی مانند دود و بخار |
تحت تأثیر موانع محیطی مانند دود و بخار |
کمترین تاثیر از موانع محیطی |
|
قابلیت اندازه‌گیری اجسام متحرک |
بله |
بله |
بله |
بله |
|
هزینه |
متوسط |
معمولاً ارزان‌تر |
گران‌تر از پیرومتر مادون قرمز |
گران‌ترین نوع |
|
دقت در اندازه‌گیری |
بالا، اما وابسته به شرایط محیطی |
بالا، وابسته به تنظیمات دستی |
بالا، دقت بالا در شرایط صنعتی سخت |
بسیار بالا، دقت مستقل از ضریب گسیل |
نتیجه گیری
در این مقاله، به معرفی انواع مختلف پیرومترها و نحوه عملکرد هر یک از آنها پرداخته شد. پیرومترها ابزارهای دقیقی برای اندازه‌گیری دماهای بالا بدون تماس با جسم هستند و در صنایع مختلف کاربردهای متعددی دارند.
در نهایت، انتخاب نوع تف سنج مناسب بستگی به محدوده دمایی، شرایط محیطی، دقت مورد نیاز و هزینه دستگاه دارد. شما می توانید برای آگاهی از مشخصات و خرید انواع پیرومتر، به قسمت تجهیزات اندازه گیری سایت آمازون ابزار مراجعه فرمایید.
سوالات پر تکرار
1. چرا کالیبراسیون منظم برای پیرومتر صنعتی ضروری است؟
با کالیبراسیون منظم پیرومتر صنعتی، می توان مطمئن بود که پیرومتر دماهای دقیق را اندازه‌گیری می‌کند. دقت و صحت عملکرد پیرومتر ممکن است تحت تأثیر عوامل محیطی و فرسایش قطعات کاهش یابد.
2. تفاوت عمده بین پیرومتر تابشی با پیرومتر نوری در چیست؟
تفاوت عمده بین پیرومتر تابشی و پیرومتر نوری در نحوه اندازه‌گیری دما و طیف تابش مورد استفاده است.سنجش غیر تماسی دما به وسیله پیرومتر تابشی برای اجسام دارای رفلکس نور (برگشت نور) مناسب نیستند و موجب خطا و دقت بسیار پایین میگردد در نتیجه برای اندازه گیری این فرآیند باید از ترمومترهای نوری استفاده گردد.
3. پیرومتر نسبتی از چه روشی برای افزایش دقت خود ، استفاده می‌کند؟
پیرومتر دو رنگ یا نسبتی، شدت تابش را در دو طول‌موج مختلف اندازه‌گیری کرده و دما را بر اساس نسبت آنها محاسبه می‌کند. این روش تأثیر تغییرات ضریب گسیل، گرد و غبار، دود یا موانع جزئی در مسیر دید را کاهش داده و آن را به گزینه‌ای قابل‌اعتمادتر در محیط‌های صنعتی سخت تبدیل می‌کند.
4. آیا پیرومترها در کاربردهای پزشکی قابل استفاده هستند؟
بله، پیرومترهای مادون قرمز به طور گسترده در تصویربرداری حرارتی پزشکی و اندازه‌گیری غیرتماسی دمای بدن (مانند تب سنج های پیشانی که در غربالگری‌های سلامت استفاده می‌شوند) کاربرد دارند.
۱۰ بهمن ۱۴۰۳ _ ۱۶:0۱
برچسب ها:
