داغ است، دست نزنید!
تمام جانداران و اجسام بی جان اعم از جامد، مایع و گاز، انرژی گرمایی را از خود به شکل امواج الکترومغناطیسی با محیط اطراف مبادله می کنند.
در واقع این امواج الکترومغناطیسی در محدوده 7/0 تا 100میکرون گسترده شده اند و به آن مادون قرمز اتلاق می شود.
حال اگر در شرایط خاصی نیاز به اندازه گیری دمای جسمی بدون تماس با آن باشد، نیاز به کاربرد نوعی دماسنج با عنوان فروسرخ خواهیم داشت که می تواند در زمانی معادل کسر ثانیه دمای جسم موردنظر را از طریق اشعه مادون قرمز ساطع شده از جسم محاسبه کند.
بر این اساس ، چند تن از دانش آموختگان دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق به ساخت دماسنج فروسرخ با حساسیت منهای 50تا 1800درجه سانتیگراد شده اند.
به این بهانه ما نیز با ابوذر حیدرزاده ، مجری طرح ساخت این دماسنج به گفتگو نشسته ایم.
صحبت از ساخت دماسنج فروسرخ است، ابتدا برایمان بگویید که پرتوی فروسرخ چه ویژگی هایی در طیف الکترومغناطیس دارد؛
تمامی مواد اعم از جاندار و بی جان ، جامد، مایع و گاز انرژی گرمایی را از خود به شکل امواج الکترومغناطیس مبادله می کنند.
این شکل از موج الکترومغناطیسی در طیف وسیعی در محدوده طول موجی 7/0 میکرون تا 100 میکرون گسترده شده است و به آن مادون قرمز گفته می شود. شدت این طیف تابشی ارتباط تنگاتنگی با دمای جسم دارد.
به عنوان مثال اگر جسم از محیط اطراف سردتر باشد (دمای کمتر داشته باشد)، در تماس با آن گرم می شود (دمایش بالا می رود) و بعکس.
همچنین اگر با محیط اطراف هم دما باشد، در تبادل با محیط به مقدار مساوی می رسد بنابراین برآیند تبادل صفر می شود.
دماسنج فروسرخ چه سیستمی است و چه پارامترهایی در طراحی و ساخت آن مدنظر قرار می گیرد؛
حرارت سنج فروسرخ ویا به عبارتی پیرومتر مادون قرمز(Infrared pyrometer) دستگاهی است که بدون تماس با جسم می تواند دمای آن را از طریق تشعشع فروسرخ ساطع شده از جسم در مدت زمان کسر ثانیه اندازه گیری کند.
این سیستم از چند بخش مختلف تشکیل شده است. یک قسمت اپتیکی برای ورود و هدایت تشعشع یک بخش اپتوالکترونیکی ، برای آشکارسازی تابش و تقویت آن و در نهایت یک بخش الکترونیکی برای تحلیل سیگنال های دریافتی و تبدیل آن به خروجی های مناسب موردنیاز.
یک لیزر 650نانومتر 5میلی وات برای هدفگیری دستگاه در نظر گرفته شده است. این دستگاه همچنین دارای قابلیت اتصال به کامپیوتر و مجهز به نرم افزاری برای رسم دیاگرام دمایی است.
نوع عملکرد این دماسنج در عملیات حرارتی چگونه است؛
این دستگاه از نظر بازه دمایی به 3دسته و از نظر نوع کاربرد نیز به 3دسته تقسیم بندی می شود.
از نظر بازه دمایی انواع دستگاه 3بازه دمایی 50تا 200، 200تا 700و 500تا 1800درجه سانتیگراد را شامل می شوند که سیستم اپتیکی و آشکارسازی هر یک از این سه نوع با هم متفاوت هستند.
همچنین از نظر نوع کاربرد طبقه بندی دستگاه شامل:
1-نمونه پرتابل که قابل حمل بوده وتغذیه آن قابل شارژ است
2-نمونه ثابت که پکیج سنسور مقابل جسم نصب شده و نمایشگر دما تا فاصله 50متر دور دمای قطعه را به اپراتور نشان می دهد.
3-نمونه ثابت با خروجی 4تا 20میلی آمپلی است.از این نوع دستگاه درچند شرایط می توان استفاده کرد:
جسم مورد اندازه گیری در حال حرکت باشد.
جسم در میدان الکترومغناطیسی قوی برای تولید حرارت القایی قرار گرفته است. (کوره های القایی).
جسم در خلا یا شرایط جوی کنترل شده قرار دارد.
پاسخهایی بسیار سریع مورد نیاز است.
جسم خارج از دسترس است و امکان دسترسی به آن وجود ندارد.
این نوع دماسنج چه شباهت ها و تفاوت هایی با سیستم های مشابه خود دارد؛
به طور کلی سیستم های اندازه گیری غیرتماسی دما به دو دسته رنگی و مادون قرمز تقسیم می شوند. سیستم های رنگی که یک دیتا بیس مشخص از رنگ آلیاژهای مختلف در دماهای مختلف دارند و به کمک مقایسه رنگ جسم با دیتا بیس دمای آن را تشخیص می دهند.
سیستم های دماسنجی تشعشعی که با استفاده از تحلیلی تابش مادون قرمز جسم دما را محاسبه می کنند و به رنگ جسم ارتباطی ندارند.
این دستگاه از نوع دوم است.مشابهت این سیستم با برخی از نمونه های خارجی مشابه امکان تنظیم ضریب گسیل (emissivity) جسم است که البته در این دستگاه قابلیت کالیبره شدن ضریب گسیل با آلیاژهای مختلف به آن افزوده شده است.از دیگر تفاوت ها و در واقع مزیتهای دماسنج مزبور امکان تنظیم فاصله به صورت دستی است.
این کار خطای اندازه گیری را بسیار پایین آورده و زمان نمونه گیری را برای اپراتور بهینه می کند.
جایگاه این نوع دماسنج در مقایسه با دیگر انواع از جنبه های مختلف عملکرد چگونه ارزیابی می شود؛
چون این دستگاه 6 ماه است که در چندین کارخانه ریخته گری، غلتک سازی و نورد نصب شده وکارایی مناسبی داشته است، همچنین به دلیل قیمت بسیار مناسب تر نسبت به نمونه های خارجی و خدمات پس از فروش سهل الوصول تر، پیش بینی می شود، بتواند قسمت عمده ای از نیازهای صنعت داخل کشور در این زمینه را برطرف کند.
از چه سنسوری در این دماسنج استفاده شده و در چه طیفی بیشترین حد جذب را دارد؛
در این نوع دماسنج از سنسورهای پیروالکتریک استفاده می شود که انواع مختلف دارد و بسته به کاربرد ، حساسیت طول موجی متفاوت دارند.
برای دماهای بالای 700درجه سانتیگراد در طول موج یک میکرون و زیر 700درجه در طول موج 4میکرون بیشترین پاسخ را دارند.
خطای سیستم ، بیشتر در کدام قسمتها اتفاق می افتد؛
دقت دستگاه یک درصد مقدار اندازه گیری شده است و برای تمام شرایط قابلیت کالیبراسیون برای حصول دقتهای بالاتر را دارد.
بهترین بازه ای که خطا نداریم ، کدام بازه است؛
دقت دستگاه ثابت است. ولی بیشترین استفاده صنعتی دستگاه در بازه 500تا 1800درجه سانتیگراد است.
موارد کاربرد سیستم در صنایع مختلف چه می تواند باشد؛
این نوع دماسنج محدوده کاربردی بسیار وسیعی در صنعت را در برمی گیرد. در عملیات حرارتی فلزات برای حصول مشخصات فنی بالاتر، کنترل تولید آلیاژهای مختلف مواد، ریخته گری هایی دقیق با روشهایی مخصوص ، صنایع چدن و فولاد، آبکاری های صنعتی ، کوره های القایی و گرم و پیش گرم القایی ، جوشکاری های دقیق و استاندارد، تولید سیمان و سرامیک ، شیشه و بلورسازی ، تولید محصولات پتروشیمی و تولید محصولات صنایع نظامی ، استفاده از دماسنج غیرتماسی اجتناب ناپذیراست.
در صنایع مرتبط با نفت و گاز نیز با توجه به لزوم رعایت استانداردهای ارائه شده از سوی وزارت نفت برای این صنایع و سطح بالای استانداردها، تجهیز لوازم اندازه گیری و کنترلی ، این شرکتها را ملزم به استفاده از این دماسنج غیرتماسی خواهد کرد.
گفت و گو
