Jak działa optyka pirometru?

Na samym początku systemu do bezdotykowych pomiarów temperatury znajduje się specjalny system optyczny, składający się zazwyczaj ze specjalistycznej soczewki skupiającej. Soczewka ma za zadanie odebrać promieniowanie podczerwone, emitowane przez obiekt oraz skupić je na powierzchni detektora podczerwieni.

Odległość i średnica obszaru pomiarowego

Optyka pirometrów stacjonarnych jest zazwyczaj opisywana parametrem stanowiącym stosunek odległości przeprowadzania pomiaru do średnicy na którym będzie on wykonywany (D:S – Distance to Spot Ratio). Stosunek ten wskazuje jak duży będzie obszar pomiarowy dla danej odległości. W celu zapobieżenia błędnym wynikom pomiarowym, obiekt pomiarowy powinien być większy lub równy średnicy plamki pomiarowej, uzyskanej przy pomocy pirometru.

Zasada działania optyki pirometru

Jeżeli obiekt którego temperaturę chcemy zmierzyć, stanowi tylko część całkowitej powierzchni na którą spogląda pirometr, zmiany temperatury zaobserwowane przez pirometr będą stanowiły wartość średnią, wyliczoną na podstawie wartości maksymalnej i minimalnej temperatur zaobserwowanych na danym obszarze. Dla przykładu, jeżeli na styku złącza elektrycznego skorodowany element charakteryzuje się wyższą rezystancją (przez co nagrzewa się szybciej) niż pozostała część złącza, a pirometr obejmuje swoim polem widzenia całe złącze, urządzenie wykryje jedyne podwyższenie temperatury (stanowiące wartość średnią dla całego obszaru), przez co potencjalnie niebezpieczne sytuacje mogą być trudne do wychwycenia.

Soczewki i osłony optyki

W zależności od współczynnika transmisyjności w określonym zakresie promieniowania, soczewki skupiające oraz szkła ochronne mogą być użytkowane tylko z określonym typem pirometrów, działających w specyficznym, wąskim zakresie promieniowania podczerwonego.

W przypadku pomiarów przeprowadzanych w zamkniętych przestrzeniach, np. wewnątrz reaktorów, pieców czy komór próżniowych, zwykle konieczne jest zastosowanie odpowiedniego okna pomiarowego, pozwalającego na instalację pirometru na zewnątrz. Wartości transmisyjności okna powinny być dostosowane do czułości widmowej czujnika. Najczęściej stosowane szkło kwarcowe (SiO2) nadaje się do stosowania w wysokich temperaturach otoczenia. W przypadku pomiarów przeprowadzanych w niskich temperaturach lub za pomocą pirometrów działających w standardowym zakresie promieniowania podczerwonego 8 … 14 mikrometrów, konieczne jest zastosowanie okien wykonanych z germanu (Ge), krzemu (Si) lub siarczku cynku (ZnS).

Podczas wyboru właściwego okna rewizyjnego niezwykle istotne jest zwrócenie uwagi na jego odporność na preferowaną temperaturę pracy, ciśnienie a także czynniki chemiczne. Dla okna o średnicy 25 mm, które ma wytrzymać ciśnienie równe 1 atmosferze, wystarczająca grubość wyniesie ok. 1,7 mm.

Okna z powłokami antyrefleksyjnymi charakteryzują się znacznie wyższą transmisyjnością (ok. 0.95). Straty wynikające z nieidealnej transmisyjności (równej 1.00) mogą być skompensowane w urządzeniu poprzez wprowadzenie odpowiedniej transmisyjności, zgodnie z wartościami podanymi przez producenta. Jeżeli producent szkła nie określił takiego parametru, można go wyznaczyć doświadczalnie (tak, jak emisyjność), poprzez przeprowadzenie pomiaru bez szkła i ze szkłem przed soczewką i korektę transmisyjności do czasu, kiedy wyniki zostaną ze sobą zrównane.