Почему инфракрасные пирометры дают неточные показания температуры при индукционном нагреве

Как излучательная способность, Отражения и условия измерения влияют на точность пирометра

Инфракрасные пирометры обычно используются для контроля температуры поверхности заготовки во время индукционного нагрева.. Они обеспечивают быстрое, бесконтактные измерения, но отображаемая температура не всегда может отражать фактическую температуру предполагаемой поверхности..

Неожиданные показания могут быть результатом изменений в излучательной способности металла., отраженное излучение, неправильное расположение пятна или помехи на оптическом пути. Эти проблемы особенно актуальны, когда нагрев локализован., детали движутся или состояние поверхности меняется во время цикла нагрева.

Перед регулировкой процесса индукционного нагрева, инженерам необходимо установить, действительно ли изменилась температура или измерения стали недостоверными.

1. Почему инфракрасные пирометры могут неправильно определять температуру металла

Инфракрасный пирометр оценивает температуру по тепловому излучению, полученному от цели.. Расчет зависит от излучения, испускаемого поверхностью, и допущений, используемых прибором..

Две металлические поверхности при одинаковой температуре могут излучать разные инфракрасные сигналы.. Это одна из причин, по которой измерение температуры стали и других металлов с помощью инфракрасного излучения требует особого внимания. состояние поверхности.

Излучательная способность и состояние металлической поверхности

Коэффициент излучения описывает, насколько эффективно поверхность излучает тепловое излучение по сравнению с идеальным черным телом при той же температуре..

Для обычного одноволнового пирометра, неправильная настройка коэффициента излучения может привести к существенной погрешности температуры.. Фактическая излучательная способность зависит от материала., отделки поверхности, окисления, температура, направление наблюдения и длина волны измерения.

Рассмотрим полированную стальную поверхность и окисленную поверхность той же стали.. Даже при той же температуре, они могут излучать различное количество инфракрасного излучения в пределах диапазона измерения прибора..

Таким образом, использование одинаковых настроек излучательной способности для обеих поверхностей может привести к получению разных показаний температуры..

Направление ошибки имеет значение. Для горячей цели, окруженной более прохладной средой, 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.

Например, изменение отображаемой температуры может частично отражать изменение характеристик поверхностного излучения, а не эквивалентное изменение фактической температуры..

Эффект не всегда в одном направлении. Это зависит от материала, оксидный слой, длина волны и окружающее излучение.

Это становится актуальным при сравнении температурных рекордов заготовок с разной отделкой поверхности., условия оксида или методы получения.

Повторяемая настройка пирометра не обязательно обеспечивает сопоставимые измерения, если измеряемые поверхности различны..

Имеет ли значение длина волны измерения??

Да. Поскольку излучательная способность металла зависит от длины волны, два пирометра, работающие в разных спектральных диапазонах, могут по-разному реагировать на одну и ту же поверхность..

Пирометры с более короткой длиной волны могут снизить чувствительность к определенным ошибкам излучения при измерении достаточно горячих металлов., хотя соответствующая длина волны зависит от диапазона температур и применения.

Двухцветный, или соотношение, пирометры могут компенсировать некоторые изменения коэффициента излучения или оптического пропускания, если лежащие в их основе предположения об измерениях остаются верными.. Они не застрахованы от ошибок, вызванных изменением спектральных характеристик., неподходящие цели или неблагоприятные оптические условия.

Ни один из типов приборов не исключает необходимости проверки схемы измерения..

2. Как отражения и оптические условия вызывают ошибки измерений

Даже при подходящей настройке коэффициента излучения, пирометр может получать излучение, которое не исходит полностью из предполагаемой зоны измерения.

Три практические проблемы связаны с отраженным излучением., размер пятна измерения и состояние оптического пути.

Reflections from surrounding hot surfaces

Metal surfaces reflect some radiation from their surroundings. On a relatively low-emissivity surface, this reflected component can represent a significant portion of the signal reaching the pyrometer.

If radiation from a hotter nearby surface is reflected toward the sensor, the displayed temperature may be higher than the actual target temperature.

Changing the viewing angle can help investigate a suspected reflection, but it also changes the measurement geometry and may affect the observed emissivity. A changed reading after repositioning the sensor does not, говорит вам сама по себе, confirm that reflection was the cause.

The surrounding thermal environment should be considered when selecting a measurement position, особенно там, где открытые горячие компоненты находятся в отражающей среде цели.

Размер пятна измерения и выравнивание цели

Пирометр измеряет излучение на конечной площади., не бесконечно малая точка.

Точка измерения зависит от оптики прибора., фокус и расстояние от цели. Если предполагаемая горячая область не заполняет это место должным образом, излучение от соседнего материала может повлиять на показания.

Это распространенная проблема при локализованном индукционном нагреве..

Узкая нагретая полоса может быть окружена гораздо более холодной сталью.. Если точка измерения выходит за пределы горячей зоны, отображаемая температура может не соответствовать температуре предполагаемого региона.

Та же проблема может возникнуть при смещении движущейся детали относительно неподвижного датчика..

Лазерный индикатор прицеливания, где установлен, не обязательно показывает всю точку измерения. Оптические характеристики следует проверять на фактическом расстоянии установки., с достаточным учетом движения цели и изменения позиционирования.

Для небольших целей или резких температурных границ, Излучение, полученное за пределами номинального пятна, также может влиять на результат из-за эффекта размера источника прибора..

Оптические окна, дым и загрязнение

Излучение должно пройти оптический путь, прежде чем достичь детектора..

Пыль, курить, выбросы пара и других технологических процессов могут повлиять на принимаемый сигнал посредством поглощения или рассеяния. Степень ошибки зависит от присутствующего материала и используемой длины волны..

Защитные окна представляют собой еще одно соображение.. Окно, не подходящее для спектрального диапазона пирометра, или тот, который покрыт отложениями, может уменьшить или иным образом изменить передаваемое излучение.

Таким образом, датчик может работать нормально, в то время как его отображаемая температура становится ненадежной из-за изменения оптического пути..

Обсуждение Келлером ошибок измерений пирометра идентифицирует потери передачи и фоновое излучение среди важных факторов, влияющих на измерение инфракрасной температуры.

3. Почему показания колеблются во время индукционного нагрева

Колебание температурного сигнала не обязательно является свидетельством нестабильной мощности нагрева..

Во время индукционного нагрева, наблюдаемая поверхность может двигаться, его состояние может измениться, а температура в зоне измерения может повыситься. неоднородный. Эти эффекты могут вызывать колебания, даже если электрический выходной сигнал стабилен..

Быстрый нагрев и реакция прибора

Индукционный нагрев может вызвать быстрые изменения локальной температуры поверхности..

Если время отклика пирометра или усреднение сигнала слишком медленное для процесса, отображаемое значение может отставать от фактической температуры или сглаживать кратковременные пики.

Увеличение скорости реагирования может выявить более быстрые изменения., но это также может сделать изменения сигнала более очевидными.. Сглаживание сигнала не гарантирует точности измерения..

Настройки реагирования должны отражать изменения температуры, которые необходимо отслеживать..

Перемещение и вращение заготовок

В сканирующий индукционный нагрев, фиксированный пирометр может наблюдать различные участки поверхности по мере прохождения заготовки через поле измерения..

Если пятно пересекает градиент температуры, указанная температура может меняться, даже если условия нагрева остаются неизменными.

Вращающиеся компоненты может представлять аналогичную проблему. Периодические изменения могут быть результатом фактической разницы температур по окружности., изменения излучательной способности поверхности или перемещение наблюдаемой области.

Первый полезный вопрос: соответствуют ли колебания положению или вращению заготовки?.

Сигнал, который неоднократно меняется в одном и том же месте, заслуживает другого исследования, чем тот, который меняется непредсказуемо..

А как насчет электромагнитных помех??

Индукционное нагревательное оборудование генерирует переменные электромагнитные поля.. При некоторых условиях установки, помехи могут повлиять на чувствительную электронику датчика, сигнальные кабели или системы связи.

Однако, электромагнитные помехи не должны быть причиной нестабильных показаний по умолчанию..

Оптическое выравнивание, также следует проверить состояние поверхности и реальные колебания температуры..

Если есть подозрение на вмешательство, сравните время возникновения помех с работой индукционной мощности и проверьте электрическую установку в соответствии с инструкциями производителя прибора..

Технологические приборы Fluke обсуждает электромагнитные помехи наряду с излучательной способностью., отражения и оптические проблемы как возможные причины неверных показаний инфракрасной температуры.

4. Как проверить достоверность показаний пирометра

Когда пирометр сообщает неожиданную температуру, проверьте условия измерения перед изменением мощности нагрева или настроек процесса. Цель состоит в том, чтобы отделить реальные изменения температуры заготовки от ошибок измерения..

Начните с цели и оптического пути

Убедитесь, что пирометр наблюдает за намеченной поверхностью и что мишень адекватно заполняет точку измерения на установленном расстоянии..

Для перемещения или вращения заготовок, проверить, не меняется ли наблюдаемая область во время работы. Осмотрите линзу и защитное окно на предмет загрязнения., и ищем возможные отражения, курить, пар или периодические препятствия.

Просмотрите коэффициент излучения и настройки прибора.

Проверьте фактическое состояние поверхности, включая оксидирование и отделку, в зависимости от настроенной излучательной способности и длины волны измерения.

Не регулируйте коэффициент излучения просто для того, чтобы дисплей соответствовал ожидаемой температуре.. Любая корректировка должна быть подтверждена соответствующим эталонным или проверенным методом измерения..

Также ознакомьтесь с диапазоном измерений, время отклика и настройки усреднения, особенно при быстром нагреве.

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.

Калибровка прибора подтверждает работоспособность в заданных эталонных условиях.. Не установлено, что установленный датчик точно измеряет намеченную поверхность заготовки..

Надежное считывание с поверхности также имеет ограничения.: он не обеспечивает прямую внутреннюю температуру или равномерный нагрев по всему компоненту..

Где измерения пирометра используются для управления с обратной связью, неточный сигнал может повлиять на реакцию контроллера. Разница между измерением температуры и контролем мощности индукции описана в разделе Контроль температуры индукционного нагрева: Контроль мощности против. Обратная связь по температуре.

Часто задаваемые вопросы

Нажмите на вопрос, чтобы развернуть ответ.

Why does my pyrometer show a different temperature than the actual workpiece surface?

The reading depends on emissivity, отраженное излучение, measurement spot size and the optical path. A change in any of these conditions can shift the displayed temperature without a corresponding change in the actual surface temperature. Verify these conditions before changing the heating process.

Do I need to change the emissivity setting when the steel oxidizes during heating?

Oxidation changes the surface’s spectral emissivity, so a setting established before heating may become less accurate later in the cycle. Re-check the setting against the actual oxidized surface, ideally with a suitable reference, rather than adjusting it only to match an expected temperature.

Is a two-color (ratio) pyrometer always more accurate?

Не обязательно. Двухцветный пирометр может компенсировать некоторые изменения коэффициента излучения и оптического пропускания, если его предположения верны., но не застрахован от ошибок от изменения спектральных характеристик, неподходящие цели или неблагоприятные оптические условия. Схема измерения все еще требует проверки..

Почему показания колеблются, даже если мощность индукции стабильна?

Наблюдаемая поверхность может двигаться, вращаться или иметь неоднородную температуру, и состояние поверхности может измениться в процессе нагрева. Эти эффекты могут вызывать колебания даже при стабильном электрическом выходе.. Проверьте, соответствуют ли изменения положению или вращению заготовки., и просмотрите настройки времени отклика и усреднения.