لماذا تعطي البيرومترات بالأشعة تحت الحمراء قراءات غير دقيقة لدرجة الحرارة في التسخين التعريفي

كيف الابتعاثية, تؤثر الانعكاسات وظروف القياس على دقة البيرومتر

البيرومترات بالأشعة تحت الحمراء تستخدم عادة لمراقبة درجة حرارة سطح قطعة العمل أثناء التسخين التعريفي. أنها توفر بسرعة, قياسات عدم الاتصال, ولكن درجة الحرارة المعروضة قد لا تمثل دائمًا درجة الحرارة الفعلية للسطح المقصود.

يمكن أن تنتج قراءة غير متوقعة عن التغيرات في انبعاثية المعدن, الإشعاع المنعكس, وضع موضعي غير صحيح أو تداخل على طول المسار البصري. هذه المشاكل ذات أهمية خاصة عندما تكون التدفئة موضعية, تتحرك قطع العمل أو تتغير ظروف السطح أثناء دورة التسخين.

قبل ضبط عملية التسخين التعريفي, يحتاج المهندسون إلى تحديد ما إذا كانت درجة الحرارة قد تغيرت بالفعل أو أن القياس أصبح غير موثوق به.

1. لماذا يمكن للبيرومترات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء أن تخطئ في قراءة درجات حرارة المعادن

يقوم البيرومتر بالأشعة تحت الحمراء بتقدير درجة الحرارة من الإشعاع الحراري الوارد من الهدف. ويعتمد الحساب على الإشعاع المنبعث من السطح والافتراضات التي يستخدمها الجهاز.

يمكن لسطحين معدنيين عند نفس درجة الحرارة إنتاج إشارات مختلفة للأشعة تحت الحمراء. وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل قياس درجة حرارة الفولاذ والمعادن الأخرى بالأشعة تحت الحمراء يتطلب اهتمامًا دقيقًا حالة السطح.

الابتعاثية وحالة سطح المعدن

تصف الابتعاثية مدى فعالية الإشعاع الحراري الذي يصدره السطح مقارنة بجسم أسود مثالي عند نفس درجة الحرارة.

للبيرومتر التقليدي ذو الطول الموجي الواحد, يمكن أن يؤدي إعداد الابتعاثية غير الصحيح إلى حدوث خطأ كبير في درجة الحرارة. الابتعاثية الفعلية تعتمد على المادة, الانتهاء من السطح, الأكسدة, درجة الحرارة, عرض الاتجاه وقياس الطول الموجي.

فكر في سطح فولاذي مصقول وسطح مؤكسد من نفس الفولاذ. حتى في نفس درجة الحرارة, وقد تنبعث منها كميات مختلفة من الأشعة تحت الحمراء داخل نطاق قياس الجهاز.

وبالتالي فإن استخدام إعداد ابتعاثي متطابق لكلا السطحين يمكن أن ينتج درجات حرارة مختلفة محددة.

اتجاه الخطأ مهم. لهدف ساخن محاط ببيئة أكثر برودة, setting the emissivity higher than its actual value generally produces a reading that is too low in single-wavelength measurement. Reflected radiation and other conditions can complicate this relationship.

Material emissivity tables are useful references, but their values should not be treated as universally applicable settings.

Keller Pyrometer Systems explains the relationship between emissivity, surface condition and measurement accuracy.

Why oxidation can change the reading during heating

A steel surface may oxidize as its temperature rises. The developing oxide layer can change its spectral emissivity, so a pyrometer setting established before heating may become less representative later in the cycle.

على سبيل المثال, قد يعكس التغير في درجة الحرارة المعروضة جزئيًا تغيرًا في خصائص الإشعاع السطحي بدلاً من التغير المعادل في درجة الحرارة الفعلية.

التأثير ليس دائما في نفس الاتجاه. ذلك يعتمد على المادة, طبقة الأكسيد, الطول الموجي والإشعاع المحيط.

يصبح هذا مناسبًا عند مقارنة سجلات درجات الحرارة من قطع العمل ذات التشطيبات السطحية المختلفة, ظروف الأكسيد أو طرق التحضير.

لا يوفر إعداد البيرومتر القابل للتكرار بالضرورة قياسات قابلة للمقارنة إذا كانت الأسطح المقاسة مختلفة.

هل قياس الطول الموجي يشكل فرقا؟?

نعم. لأن انبعاثية المعدن تختلف باختلاف الطول الموجي, قد يستجيب جهازان من البيرومترين يعملان في نطاقات طيفية مختلفة بشكل مختلف لنفس السطح.

Shorter-wavelength pyrometers can reduce sensitivity to certain emissivity errors when measuring sufficiently hot metals, although the appropriate wavelength depends on the temperature range and application.

Two-color, or ratio, pyrometers can compensate for some changes in emissivity or optical transmission when their underlying measurement assumptions remain valid. They are not immune to errors caused by changing spectral characteristics, unsuitable targets or unfavorable optical conditions.

Neither instrument type eliminates the need to verify the measurement arrangement.

2. كيف تسبب الانعكاسات والظروف البصرية أخطاء في القياس

Even with a suitable emissivity setting, the pyrometer may receive radiation that does not originate entirely from the intended measurement area.

Three practical concerns are reflected radiation, measurement spot size and the condition of the optical path.

انعكاسات من الأسطح الساخنة المحيطة

تعكس الأسطح المعدنية بعض الإشعاعات من محيطها. على سطح منخفض الانبعاثية نسبيا, يمكن أن يمثل هذا المكون المنعكس جزءًا كبيرًا من الإشارة التي تصل إلى البيرومتر.

إذا انعكس الإشعاع من سطح قريب أكثر سخونة باتجاه المستشعر, قد تكون درجة الحرارة المعروضة أعلى من درجة الحرارة المستهدفة الفعلية.

يمكن أن يساعد تغيير زاوية المشاهدة في التحقق من الانعكاس المشتبه به, ولكنه يغير أيضًا هندسة القياس وقد يؤثر على الابتعاثية المرصودة. لا تتغير القراءة بعد تغيير موضع المستشعر, في حد ذاته, تأكيد أن الانعكاس هو السبب.

ينبغي مراعاة البيئة الحرارية المحيطة عند اختيار موضع القياس, خاصة عندما تكون المكونات الساخنة المكشوفة ضمن البيئة العاكسة للهدف.

قياس حجم البقعة ومحاذاة الهدف

يقيس البيرومتر الإشعاع الصادر من منطقة محدودة, ليست نقطة صغيرة بلا حدود.

تعتمد نقطة القياس على بصريات الجهاز, التركيز والمسافة من الهدف. إذا كانت المنطقة الساخنة المقصودة لا تملأ تلك البقعة بشكل كاف, الإشعاع من المواد المجاورة يمكن أن يؤثر على القراءة.

هذا هو مصدر قلق شائع في التدفئة التعريفي الموضعية.

قد يكون الشريط الساخن الضيق محاطًا بفولاذ أكثر برودة. إذا كانت بقعة القياس تمتد إلى ما هو أبعد من النطاق الساخن, قد لا تمثل درجة الحرارة المعروضة درجة حرارة المنطقة المقصودة.

يمكن أن تحدث نفس المشكلة عندما تتغير قطعة العمل المتحركة بالنسبة إلى المستشعر الثابت.

مؤشر تصويب بالليزر, حيث تركيبها, لا تظهر بالضرورة بقعة القياس بأكملها. يجب التحقق من المواصفات البصرية على مسافة التثبيت الفعلية, مع السماح الكافي لحركة الهدف واختلاف تحديد المواقع.

للأهداف الصغيرة أو حدود درجات الحرارة الحادة, قد يؤثر الإشعاع المستلم من خارج البقعة الاسمية أيضًا على النتيجة من خلال تأثير حجم مصدر الجهاز.

نوافذ بصرية, الدخان والتلوث

يجب أن يمر الإشعاع عبر المسار البصري قبل الوصول إلى الكاشف.

تراب, دخان, قد يؤثر البخار وانبعاثات العمليات الأخرى على الإشارة المستقبلة من خلال الامتصاص أو التشتت. يعتمد مدى الخطأ على المادة الموجودة والطول الموجي المستخدم.

تقدم النوافذ الواقية اعتبارًا آخر. نافذة غير مناسبة للنطاق الطيفي للبيرومتر, أو واحدة مغطاة بالودائع, قد يقلل أو يغير الإشعاع المنقول.

وبالتالي يمكن أن يعمل المستشعر بشكل طبيعي بينما تصبح درجة الحرارة المعروضة غير موثوقة بسبب تغير المسار البصري.

مناقشة كيلر لأخطاء قياس البيرومتر يحدد خسائر الإرسال والإشعاع الخلفي من بين التأثيرات المهمة على قياس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء.

3. لماذا تتقلب القراءات أثناء التسخين التعريفي؟

لا تعتبر إشارة درجة الحرارة المتقلبة بالضرورة دليلاً على قوة التسخين غير المستقرة.

أثناء التسخين التعريفي, قد يتحرك السطح المرصود, قد تتغير حالتها وقد تكون درجة الحرارة داخل منطقة القياس غير موحدة. يمكن أن تنتج هذه التأثيرات تقلبات حتى عندما يكون الإخراج الكهربائي مستقرًا.

التسخين السريع والاستجابة للأداة

Induction heating can produce rapid changes in local surface temperature.

If the pyrometer’s response time or signal averaging is too slow for the process, the displayed value may lag behind the actual temperature or smooth out short-duration peaks.

Increasing the response speed may reveal faster changes, but it can also make signal variations more apparent. Smoothing a signal does not establish that the measurement is accurate.

The response settings should reflect the temperature changes that need to be monitored.

Moving and rotating workpieces

في scanning induction heating, a fixed pyrometer may observe different surface regions as the workpiece travels through the measurement field.

If the spot crosses a temperature gradient, يمكن أن تتغير درجة الحرارة المشار إليها حتى عندما تظل ظروف التسخين دون تغيير.

مكونات دوارة يمكن أن تقدم مشكلة مماثلة. قد تنتج التغيرات الدورية عن اختلافات درجة الحرارة المحيطية الفعلية, التغيرات في الانبعاثية السطحية أو حركة المنطقة المرصودة.

السؤال المفيد الأول هو ما إذا كانت التقلبات تتوافق مع موضع قطعة العمل أو دورانها.

إن الإشارة التي تتغير بشكل متكرر في نفس الموقع تستحق تحقيقًا مختلفًا عن الإشارة التي تتغير بشكل غير متوقع.

ماذا عن التداخل الكهرومغناطيسي؟?

تولد معدات التسخين التعريفي مجالات كهرومغناطيسية متناوبة. في ظل بعض ظروف التثبيت, يمكن أن يؤثر التداخل على إلكترونيات الاستشعار الحساسة, كابلات الإشارة أو أنظمة الاتصالات.

ومع ذلك, لا ينبغي أن يكون التداخل الكهرومغناطيسي هو التفسير الافتراضي للقراءات غير المستقرة.

المحاذاة البصرية, وينبغي أيضًا فحص حالة السطح والتغير الحقيقي في درجة الحرارة.

إذا كان هناك شك في حدوث تداخل, قارن توقيت الاضطراب مع تشغيل الطاقة التعريفي وتحقق من التركيبات الكهربائية وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة للأداة.

أدوات عملية فلوك يناقش التداخل الكهرومغناطيسي إلى جانب الابتعاثية, الانعكاسات والمشاكل البصرية هي الأسباب المحتملة لمؤشرات درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء غير الصحيحة.

4. كيفية التحقق من موثوقية قراءة البيرومتر

عندما يبلغ البيرومتر عن درجة حرارة غير متوقعة, تحقق من شروط القياس قبل تغيير طاقة التسخين أو إعدادات العملية. الهدف هو فصل التغيرات الحقيقية في درجة حرارة قطعة العمل عن أخطاء القياس.

ابدأ بالهدف والمسار البصري

تأكد من أن البيرومتر يلاحظ السطح المقصود وأن الهدف يملأ مكان القياس بشكل مناسب على المسافة المثبتة.

لتحريك أو تدوير قطع العمل, تحقق مما إذا كانت المنطقة المرصودة تتغير أثناء التشغيل. افحص العدسة والنافذة الواقية بحثًا عن التلوث, وابحث عن الانعكاسات المحتملة, دخان, البخار أو العوائق المتقطعة.

مراجعة الابتعاثية وإعدادات الصك

التحقق من حالة السطح الفعلية, بما في ذلك الأكسدة والانتهاء, ضد الابتعاثية تكوينها وقياس الطول الموجي.

لا تقم بضبط الانبعاثية لمجرد جعل الشاشة تتوافق مع درجة الحرارة المتوقعة. وينبغي أن يكون أي تعديل مدعوماً بمرجع مناسب أو بطريقة قياس معتمدة.

راجع أيضًا نطاق القياس, زمن الاستجابة وإعدادات المتوسط, خاصة عندما يكون التسخين سريعًا.

Separate sensor readings from signal transmission

If the controller shows a different temperature from the pyrometer display, examine signal scaling, wiring and communication settings.

For fluctuating readings, compare the disturbance with workpiece movement, surface changes and induction power operation. Investigate electrical interference where the evidence suggests it may be involved.

Verify uncertain measurements

If the reading remains questionable, compare it with a suitable independent reference under representative conditions.

The reference method must account for the material, measurement location, temperature range and response time. A contact sensor is not automatically more accurate on a rapidly heated surface, and agreement between two pyrometers does not prove either is correct.

تؤكد معايرة الأداة الأداء في ظل ظروف مرجعية محددة. لا يثبت أن المستشعر المثبت يقيس بدقة سطح قطعة العمل المقصودة.

القراءة السطحية الموثوقة لها حدود أيضًا: فهو لا يحدد بشكل مباشر درجة الحرارة الداخلية أو التسخين الموحد في جميع أنحاء المكون.

حيث يتم استخدام قياسات البيرومتر للتحكم في الحلقة المغلقة, قد تؤثر الإشارة غير الدقيقة على استجابة وحدة التحكم. تمت تغطية التمييز بين قياس درجة الحرارة والتحكم في قوة الحث التحكم في درجة حرارة التدفئة التعريفي: التحكم في الطاقة مقابل. ردود فعل درجة الحرارة.

الأسئلة المتداولة

انقر فوق سؤال لتوسيع الإجابة.

لماذا يُظهر البيرومتر درجة حرارة مختلفة عن سطح قطعة العمل الفعلية؟?

القراءة تعتمد على الانبعاثية, الإشعاع المنعكس, قياس حجم البقعة والمسار البصري. يمكن أن يؤدي التغيير في أي من هذه الظروف إلى تغيير درجة الحرارة المعروضة دون تغيير مماثل في درجة حرارة السطح الفعلية. تحقق من هذه الشروط قبل تغيير عملية التسخين.

هل أحتاج إلى تغيير إعداد الابتعاثية عندما يتأكسد الفولاذ أثناء التسخين؟?

الأكسدة تغير الانبعاثية الطيفية للسطح, لذا فإن الإعداد الذي تم تحديده قبل التسخين قد يصبح أقل دقة في وقت لاحق من الدورة. أعد التحقق من الإعداد مقابل السطح المؤكسد الفعلي, من الناحية المثالية مع مرجع مناسب, بدلاً من تعديله فقط ليتناسب مع درجة الحرارة المتوقعة.

هو ذو لونين (نسبة) البيرومتر دائما أكثر دقة?

ليس بالضرورة. يمكن للبيرومتر ثنائي اللون أن يعوض بعض تغيرات الانبعاث والنقل البصري عندما تكون افتراضاته صحيحة, ولكنها ليست محصنة ضد الأخطاء الناجمة عن تغيير الخصائص الطيفية, unsuitable targets or unfavorable optical conditions. لا يزال ترتيب القياس بحاجة إلى التحقق.

لماذا تتقلب القراءة حتى عندما تكون قوة الحث مستقرة؟?

قد يتحرك السطح المرصود, تدوير أو الحصول على درجة حرارة غير موحدة, وقد تتغير حالة السطح أثناء التسخين. يمكن أن تنتج هذه التأثيرات تقلبات حتى مع وجود خرج كهربائي مستقر. تحقق مما إذا كانت الاختلافات تتوافق مع موضع قطعة العمل أو دورانها, ومراجعة وقت الاستجابة وإعدادات المتوسط.