Por qué los pirómetros infrarrojos dan lecturas de temperatura inexactas en el calentamiento por inducción

Cómo la emisividad, Las reflexiones y las condiciones de medición afectan la precisión del pirómetro

Pirómetros infrarrojos Se utilizan comúnmente para monitorear la temperatura de la superficie de la pieza de trabajo durante el calentamiento por inducción.. Proporcionan rápido, mediciones sin contacto, pero es posible que la temperatura mostrada no siempre represente la temperatura real de la superficie deseada.

Una lectura inesperada puede resultar de cambios en la emisividad del metal., radiación reflejada, posicionamiento incorrecto del punto o interferencia a lo largo de la trayectoria óptica. Estos problemas son particularmente relevantes cuando el calentamiento está localizado, Las piezas de trabajo se mueven o las condiciones de la superficie cambian durante el ciclo de calentamiento..

Antes de ajustar el proceso de calentamiento por inducción, Los ingenieros necesitan establecer si la temperatura realmente ha cambiado o si la medición se ha vuelto poco confiable..

1. Por qué los pirómetros infrarrojos pueden leer mal las temperaturas del metal

Un pirómetro infrarrojo estima la temperatura a partir de la radiación térmica recibida de un objetivo.. El cálculo depende de la radiación emitida por la superficie y de las suposiciones utilizadas por el instrumento..

Dos superficies metálicas a la misma temperatura pueden producir señales infrarrojas diferentes. Esta es una de las razones por las que la medición de temperatura infrarroja del acero y otros metales requiere una atención cuidadosa. condición superficial.

Emisividad y condición de la superficie del metal.

La emisividad describe la eficacia con la que una superficie emite radiación térmica en comparación con un cuerpo negro ideal a la misma temperatura..

Para un pirómetro convencional de longitud de onda única, un ajuste de emisividad incorrecto puede producir un error de temperatura sustancial. La emisividad real depende del material., acabado superficial, oxidación, la temperatura, Dirección de visualización y longitud de onda de medición..

Considere una superficie de acero pulido y una superficie oxidada del mismo acero.. Incluso a la misma temperatura, pueden emitir diferentes cantidades de radiación infrarroja dentro de la banda de medición del instrumento.

Por lo tanto, el uso de un ajuste de emisividad idéntico para ambas superficies puede producir diferentes temperaturas indicadas..

La dirección del error importa. Para un objetivo caliente rodeado de un ambiente más fresco, establecer la emisividad por encima de su valor real generalmente produce una lectura demasiado baja en la medición de una sola longitud de onda. La radiación reflejada y otras condiciones pueden complicar esta relación..

Las tablas de emisividad de materiales son referencias útiles., pero sus valores no deben ser tratados como escenarios universalmente aplicables..

Sistemas de pirómetro Keller explica la relación entre la emisividad, Condición de la superficie y precisión de la medición..

¿Por qué la oxidación puede cambiar la lectura durante el calentamiento?

Una superficie de acero puede oxidarse a medida que aumenta su temperatura.. La capa de óxido en desarrollo puede cambiar su emisividad espectral., por lo que un ajuste del pirómetro establecido antes del calentamiento puede volverse menos representativo más adelante en el ciclo..

Por ejemplo, un cambio en la temperatura mostrada puede reflejar en parte un cambio en las características de radiación de la superficie en lugar de un cambio equivalente en la temperatura real.

El efecto no siempre va en la misma dirección. Depende del material, capa de óxido, longitud de onda y radiación circundante.

Esto resulta relevante al comparar registros de temperatura de piezas con diferentes acabados superficiales., condiciones de óxido o métodos de preparación.

Un ajuste repetible del pirómetro no proporciona necesariamente mediciones comparables si las superficies medidas son diferentes.

¿La longitud de onda de la medición hace alguna diferencia??

Sí. Porque la emisividad del metal varía con la longitud de onda., Dos pirómetros que operan en diferentes bandas espectrales pueden responder de manera diferente a la misma superficie..

Los pirómetros de longitud de onda más corta pueden reducir la sensibilidad a ciertos errores de emisividad al medir metales suficientemente calientes, aunque la longitud de onda adecuada depende del rango de temperatura y la aplicación.

bicolor, o proporción, Los pirómetros pueden compensar algunos cambios en la emisividad o la transmisión óptica cuando sus supuestos de medición subyacentes siguen siendo válidos.. No son inmunes a los errores causados ​​por el cambio de características espectrales., objetivos inadecuados o condiciones ópticas desfavorables.

Ningún tipo de instrumento elimina la necesidad de verificar la disposición de medición..

2. Cómo los reflejos y las condiciones ópticas causan errores de medición

Incluso con un ajuste de emisividad adecuado, El pirómetro puede recibir radiación que no se origina enteramente en el área de medición prevista..

Tres preocupaciones prácticas son la radiación reflejada., Tamaño del punto de medición y condición de la trayectoria óptica..

Reflejos de las superficies calientes circundantes.

Las superficies metálicas reflejan parte de la radiación de su entorno.. En una superficie de emisividad relativamente baja, Este componente reflejado puede representar una porción significativa de la señal que llega al pirómetro..

Si la radiación de una superficie cercana más caliente se refleja hacia el sensor, la temperatura mostrada puede ser más alta que la temperatura objetivo real.

Cambiar el ángulo de visión puede ayudar a investigar un reflejo sospechoso, pero también cambia la geometría de medición y puede afectar la emisividad observada.. Una lectura modificada después de reposicionar el sensor no, por sí mismo, Confirmar que la reflexión fue la causa..

Se debe tener en cuenta el entorno térmico circundante al seleccionar una posición de medición., particularmente cuando los componentes calientes expuestos se encuentran dentro del entorno reflectante del objetivo.

Tamaño del punto de medición y alineación del objetivo

Un pirómetro mide la radiación de un área finita., no es un punto infinitamente pequeño.

El punto de medición depende de la óptica del instrumento., enfoque y distancia del objetivo. Si la región caliente prevista no llena adecuadamente ese lugar, La radiación del material adyacente puede influir en la lectura..

Esta es una preocupación común en el calentamiento por inducción localizado..

Una banda estrecha y calentada puede estar rodeada de acero mucho más frío.. Si el punto de medición se extiende más allá de la banda caliente, La temperatura mostrada puede no representar la temperatura de la región deseada..

El mismo problema puede ocurrir cuando una pieza de trabajo en movimiento se desplaza con respecto a un sensor fijo..

Un indicador de puntería láser, donde está instalado, no necesariamente muestra todo el punto de medición. Las especificaciones ópticas deben verificarse a la distancia de instalación real., con suficiente margen para el movimiento del objetivo y la variación de posicionamiento.

Para objetivos pequeños o límites de temperatura definidos, La radiación recibida desde fuera del punto nominal también puede influir en el resultado a través del efecto del tamaño de la fuente del instrumento..

Ventanas ópticas, humo y contaminación

La radiación debe atravesar el camino óptico antes de llegar al detector..

Polvo, fumar, El vapor y otras emisiones del proceso pueden afectar la señal recibida mediante absorción o dispersión.. El alcance del error depende del material presente y de la longitud de onda utilizada..

Las ventanas protectoras introducen otra consideración. Una ventana que no es adecuada para el rango espectral del pirómetro, o uno cubierto de depósitos, puede reducir o alterar de otro modo la radiación transmitida.

Por lo tanto, un sensor puede funcionar normalmente mientras la temperatura mostrada deja de ser confiable debido a que la trayectoria óptica ha cambiado..

La discusión de Keller sobre los errores de medición del pirómetro identifica las pérdidas de transmisión y la radiación de fondo entre las influencias importantes en la medición de temperatura por infrarrojos.

3. Por qué las lecturas fluctúan durante el calentamiento por inducción

Una señal de temperatura fluctuante no es necesariamente evidencia de una potencia de calefacción inestable.

Durante el calentamiento por inducción, la superficie observada puede moverse, su condición puede cambiar y la temperatura dentro del área de medición puede ser no uniforme. Estos efectos pueden producir fluctuaciones incluso cuando la salida eléctrica es estable..

Calentamiento rápido y respuesta del instrumento.

El calentamiento por inducción puede producir cambios rápidos en la temperatura de la superficie local..

Si el tiempo de respuesta del pirómetro o el promedio de señal es demasiado lento para el proceso, el valor mostrado puede retrasarse con respecto a la temperatura real o suavizar los picos de corta duración.

Aumentar la velocidad de respuesta puede revelar cambios más rápidos, pero también puede hacer que las variaciones de la señal sean más evidentes. Suavizar una señal no establece que la medición sea precisa.

La configuración de respuesta debe reflejar los cambios de temperatura que deben monitorearse..

Mover y rotar piezas de trabajo

En calentamiento por inducción de escaneo, Un pirómetro fijo puede observar diferentes regiones de la superficie a medida que la pieza de trabajo viaja a través del campo de medición..

Si la mancha cruza un gradiente de temperatura, la temperatura indicada puede cambiar incluso cuando las condiciones de calefacción permanecen sin cambios.

Componentes giratorios puede presentar un problema similar. Pueden producirse variaciones periódicas debido a diferencias reales de temperatura circunferencial., cambios en la emisividad de la superficie o movimiento del área observada.

La primera pregunta útil es si las fluctuaciones corresponden a la posición o a la rotación de la pieza..

Una señal que cambia repetidamente en el mismo lugar merece una investigación diferente que una que cambia de manera impredecible..

¿Qué pasa con la interferencia electromagnética??

El equipo de calentamiento por inducción genera campos electromagnéticos alternos. Bajo algunas condiciones de instalación, la interferencia puede afectar a los componentes electrónicos sensibles del sensor, cables de señal o sistemas de comunicación.

Sin embargo, La interferencia electromagnética no debería ser la explicación predeterminada para las lecturas inestables..

Alineación óptica, También se deben examinar el estado de la superficie y la variación genuina de la temperatura..

Si se sospecha interferencia, compare el momento de la perturbación con el funcionamiento con energía de inducción y verifique la instalación eléctrica de acuerdo con las instrucciones del fabricante del instrumento.

Instrumentos de proceso Fluke analiza la interferencia electromagnética junto con la emisividad, Reflexiones y problemas ópticos como posibles causas de indicaciones incorrectas de temperatura por infrarrojos..

4. Cómo comprobar si la lectura del pirómetro es fiable

Cuando un pirómetro informa una temperatura inesperada, Verifique las condiciones de medición antes de cambiar la potencia de calefacción o la configuración del proceso.. El objetivo es separar los cambios reales de temperatura de la pieza de los errores de medición..

Comience con el objetivo y la ruta óptica.

Confirme que el pirómetro observe la superficie prevista y que el objetivo llene adecuadamente el punto de medición a la distancia instalada..

Para mover o girar piezas de trabajo, comprobar si el área observada cambia durante la operación. Inspeccione la lente y la ventana protectora en busca de contaminación., y buscar posibles reflejos, fumar, vapor u obstrucciones intermitentes.

Revisar la emisividad y la configuración del instrumento.

Verifique el estado real de la superficie, incluyendo oxidación y acabado, contra la emisividad configurada y la longitud de onda de medición.

No ajuste la emisividad simplemente para que la pantalla coincida con una temperatura esperada. Cualquier ajuste debe estar respaldado por una referencia adecuada o un método de medición validado..

Revise también el rango de medición., tiempo de respuesta y configuración promedio, especialmente cuando el calentamiento es rápido.

Separe las lecturas del sensor de la transmisión de señales

Si el controlador muestra una temperatura diferente a la del pirómetro, examinar la escala de la señal, configuración de cableado y comunicación.

Para lecturas fluctuantes, comparar la perturbación con el movimiento de la pieza de trabajo, Cambios de superficie y operación de energía de inducción.. Investigar interferencias eléctricas donde la evidencia sugiere que pueden estar involucradas..

Verificar medidas inciertas

Si la lectura sigue siendo cuestionable, compararlo con una referencia independiente adecuada en condiciones representativas.

El método de referencia debe tener en cuenta el material., ubicación de medición, rango de temperatura y tiempo de respuesta. Un sensor de contacto no es automáticamente más preciso en una superficie que se calienta rápidamente, y la concordancia entre dos pirómetros no prueba que ninguno sea correcto.

La calibración del instrumento confirma el rendimiento en condiciones de referencia específicas.. No establece que el sensor instalado esté midiendo con precisión la superficie prevista de la pieza de trabajo..

Una lectura superficial fiable también tiene límites: No establece directamente la temperatura interna ni el calentamiento uniforme en todo el componente..

Dónde se utilizan mediciones de pirómetro para el control de circuito cerrado, una señal inexacta puede influir en la respuesta del controlador. La distinción entre medir la temperatura y controlar la potencia de inducción se trata en Control de temperatura de calentamiento por inducción: Control de potencia frente a. Comentarios de temperatura.

Preguntas frecuentes

Haga clic en una pregunta para ampliar la respuesta.

¿Por qué mi pirómetro muestra una temperatura diferente a la de la superficie real de la pieza de trabajo??

La lectura depende de la emisividad., radiación reflejada, Tamaño del punto de medición y trayectoria óptica.. Un cambio en cualquiera de estas condiciones puede cambiar la temperatura mostrada sin un cambio correspondiente en la temperatura real de la superficie.. Verifique estas condiciones antes de cambiar el proceso de calentamiento..

¿Necesito cambiar la configuración de emisividad cuando el acero se oxida durante el calentamiento??

La oxidación cambia la emisividad espectral de la superficie., por lo que una configuración establecida antes del calentamiento puede volverse menos precisa más adelante en el ciclo.. Vuelva a comprobar el ajuste con respecto a la superficie oxidada real., idealmente con una referencia adecuada, en lugar de ajustarlo solo para que coincida con la temperatura esperada.

es bicolor (relación) Pirómetro siempre más preciso?

No necesariamente. Un pirómetro de dos colores puede compensar algunos cambios de emisividad y transmisión óptica cuando se cumplen sus suposiciones., pero no es inmune a errores causados ​​por cambios en las características espectrales., objetivos inadecuados o condiciones ópticas desfavorables. Aún es necesario verificar la disposición de las mediciones..

¿Por qué la lectura fluctúa incluso cuando la potencia de inducción es estable??

La superficie observada puede moverse, rotar o tener una temperatura no uniforme, y la condición de la superficie puede cambiar durante el calentamiento. Estos efectos pueden producir fluctuaciones incluso con una salida eléctrica estable.. Comprobar si las variaciones corresponden a la posición o rotación de la pieza, y revise el tiempo de respuesta y la configuración de promedio.