Technologia pirometrów
Monitorowanie temperatury w przypadku grzania indukcyjnego
Proces grzania indukcyjnego jest jedną z najbardziej efektywnych metod bezdotykowego podgrzewania elementów do spajania, lutowania i innych procesów. Moc jest precyzyjnie ustawiana na przetwornicy wysokiej lub średniej częstotliwości. Indywidualnie dopasowany induktor o zoptymalizowanej sprawności ogrzewa element lub określone obszary elementu.
Jednak w jaki sposób zagwarantować, że wymagana temperatura będzie utrzymywana na stałym poziomie?
Monitorowanie procesów i regulacja przy użyciu pirometrów w warunkach kontrolowanej temperatury
Temperatura jest mierzona bezdotykowo za pomocą pirometru i regulowana poprzez wstępnie ustawioną wartość zadaną. W tym celu zmierzona temperatura jest przesyłana do sterownika, którego oprogramowanie dokonuje jej analizy i w razie potrzeby ponownie reguluje moc przetwornicy.
Szczególną zaletą pirometru jest możliwość autonomicznej pracy instalacji grzejnictwa indukcyjnego bez konieczności monitorowania temperatury przez system sterowania instalacją. Dzięki temu integracja procesów jest łatwiejsza i bardziej opłacalna.
Obszary zastosowania pirometru
Spajanie
Technika spajania jest bardzo wydajna dzięki grzaniu indukcyjnemu. Ponieważ elementy obrabiane nie są już w pełni nagrzewane w piecach konwekcyjnych, można je również spajać po zakończeniu obróbki części.
Wymaga to jednak precyzyjnej kontroli, aby maksymalna temperatura nie została przekroczona. Instalacje indukcyjne z pirometrem są w związku z tym stosowane m.in. w procesach spajania obudów silników ze wstępnie zmontowanymi łożyskami lub w przypadku częściowo powlekanych elementów obudów.
Lutowanie
Grzanie indukcyjne umożliwia również szybsze i bardziej efektywne lutowanie niż w przypadku stosowania konwencjonalnych metod nagrzewania.
W tym przypadku należy jednak zapewnić odpowiednią temperaturę w celu zagwarantowania właściwego zwilżenia, a także nie przekraczać maksymalnej temperatury, aby nie uszkodzić materiałów wokół lutowanego miejsca.
Formowanie
Podczas formowania na gorąco i kucia elementów metalowych pirometryczny pomiar temperatury zapewnia niezbędne monitorowanie procesu w celu kontrolowania wymaganej temperatury docelowej. Dzięki temu można uruchomić kolejne etapy procesu.
Pozostałe zastosowania
W prawie wszystkich obszarach zastosowań pirometryczny pomiar temperatury może być wykorzystywany do monitorowania procesów lub regulacji w warunkach kontrolowanej temperatury. Wiele zastosowań w badaniach i przemyśle wymaga dokładnego monitorowania temperatury. Dzięki pirometrowi proces ten staje się zautomatyzowany i łatwiejszy, ponieważ może przebiegać bezdotykowo.
Fizyczne podstawy technologii pirometrów
Pirometryczny pomiar temperatury wykorzystuje fakt, że każde ciało emituje promieniowanie cieplne (promieniowanie podczerwone). Emitowane promieniowanie cieplne jest wykrywane przez pirometr, a następnie zostaje zdigitalizowane i podane jako wartość temperatury.
Fizyczne podstawy działania opierają się na widmie elektromagnetycznym promieniowania podczerwonego dla materiałów metalowych w zadaniach związanych z grzaniem indukcyjnym. Z doświadczenia wynika, że w tym przypadku wykorzystywane są pasma widmowe pirometrów od ok. 0,5 do 2,8 µm, ponieważ materiały metalowe mają wyższą wartość emisyjności przy krótkich długościach fal w zakresie bliskiej podczerwieni.
Z kolei prawo przesunięć Wiena opisuje natężenia promieniowania i zależności od temperatury. Im wyższa jest zmierzona temperatura, tym większe jest przesunięcie pasma widmowego pirometru w stronę krótszych długości fal.
Jednocześnie prawo promieniowania Kirchhoffa stanowi, że w przypadku rzeczywistych obiektów właściwości materialne są definiowane przez odbicie, absorpcję i transmisję. Pewna część padającego promieniowania jest odbijana od jasnych, gładkich powierzchni. W przypadku metali transmisja może mieć przypisaną wartość zerową, ponieważ pirometryczny pomiar temperatury odbywa się zwykle na powierzchni elementu metalowego w stałym stanie skupienia.
Zasadniczo prawo promieniowania Plancka jest charakterystycznym elementem bezdotykowego pomiaru temperatury. Opisuje moc promieniowania ciała doskonale czarnego jako funkcję temperatury i długości fali. Ciało doskonale czarne wg Plancka jest wykorzystywane w dzisiejszych standardach jakości jako źródło odniesienia do kalibracji pirometrów i tym samym spełnia najwyższe wymagania dotyczące certyfikacji pirometrów stosowanych w badaniach i przemyśle.
W praktyce istotną rolę odgrywa tzw. wartość emisyjności. Przy określaniu rzeczywistej temperatury i emisyjności najlepszym rozwiązaniem jest przeprowadzenie pomiaru porównawczego w tym samym punkcie pomiarowym za pomocą referencyjnego urządzenia pomiarowego do określania temperatury. W pirometrycznym pomiarze porównawczym w celu zwiększenia wartości emisyjności stosuje się lakier termochromowy. Za pomocą drugiego pirometru wykonywane są pomiary na czarnej powierzchni, podczas gdy na pierwszym pirometrze, który jest skierowany na pierwotną powierzchnię mierzonego obiektu, wartość emisyjności jest ustawiana w taki sposób, aby oba urządzenia wskazywały tę samą temperaturę. Następnie sprawdzana jest powtarzalność pomiaru porównawczego w żądanym zakresie temperatur.
