Yenilikçi panoramik pirometrelerin prensibi, avantajları ve olası uygulamaları
Giriş
Hareketli nesnelerin sıcaklık ölçümü

Abb. 1 Tel ölçüm alanı içinde salınım yaptığı sürece doğru bir ölçüm mümkündür.
Bu nedenle, yıllar önce tamamen optik olarak dikdörtgen bir ölçüm alanı oluşturan cihazlarla denemeler yapılmıştır. Özel bir silindirik mercek, ölçüm alanını bir ayna kabininden bilindiği gibi bir eksen yönünde yayıyordu. Prensip olarak bu bir çözüm sağladı. Ancak, sensörün ölçüm yüzeyindeki eşit olmayan hassasiyet dağılımı bir sorun olarak ortaya çıktı. Bir diğer dezavantaj ise bu özel lensin yüksek maliyetiydi. Ayrıca cihazlar sadece sabit bir ölçüm mesafesi için kullanılabiliyordu. Bir diğer zorluk da lensin içinden geçen görüşteki optik görüntünün bozularak cihazın hizalanmasını zorlaştırmasıydı.
Dikdörtgen bir ölçüm alanının kullanımı özellikle bir oran pirometresi ile birlikte ilginçtir. Bir oran pirometresi, bir ölçüm nesnesinin termal radyasyonunu iki farklı dalga boyu aralığında kaydeder. İki spektral radyansın bölümü sıcaklıkla orantılı olarak değişir. Bu ölçüm prensibi, ölçüm nesnesinin ölçüm alanından daha küçük olmasını sağlar. Tek kanallı bir pirometrenin aksine, soğuk bir arka planın önündeki sıcak bir ölçüm nesnesi için doğru sıcaklık hala belirlenir.
Yapısı ve çalışma şekli

Abb. 2 Panoramik pirometrenin optik kurulumunun blok diyagramı: ölçüm nesnesi (1), odaklanabilir değiştirilebilir lens (2), açıklık sistemi (3), saptırıcı ayna ve sensör (4), ölçüm alanı işaretleyici (5), mercek veya video kamera (6)
Panoramik pirometrenin geliştirilmesi sırasında başka bir optik zorluğun çözülmesi gerekiyordu. Optik görüntüleme hataları ve ölçüm yüzeyindeki homojen olmayan hassasiyet dağılımı nedeniyle, oran pirometreleri genellikle ölçüm alanındaki ölçüm nesnesinin konumunun ölçülen sıcaklık üzerinde belirgin bir etkiye sahip olma özelliğine sahiptir. Ölçüm alanının kenarında, 1000 °C'lik bir nesne sıcaklığında gösterge 30 °C'nin üzerinde yükselebilir (Şekil 3).
Üretim nedenleriyle ölçüm nesnesinin çapı değişirse ve bu nedenle ölçüm alanı farklı şekilde doldurulursa, geleneksel oran pirometrelerinde de sıcaklık göstergesinde dalgalanmalar meydana gelebilir.

Şek. 3 Sıcak nesne ölçüm alanının kenarında bulunuyorsa oran pirometrelerinde hatalı sıcaklık artışı.
Çok çeşitli görsel varyasyon seçenekleri

Abb. 4 Elektronik, değiştirilebilir lensler ve isteğe bağlı ek lenslerden oluşan pirometrenin modüler tasarımı.
Basit hizalama ve yüksek operasyonel güvenilirlik

Abb. 5 Dikdörtgen bir ölçüm alanına sahip panoramik pirometrenin küçük nesnelere ve büyük ölçüm mesafelerine hizalanması çok kolaydır.

Abb. 6 Kaynaklı dikişin dalgalanan konumunda bile güvenilir sıcaklık ölçümü.

Abb. 7 Taşınabilir bir panoramik pirometre kullanarak döküm sırasında sıcaklığın ölçülmesi.
Tipik uygulama alanları
Tipik bir örnek, malzemenin büküldüğü ve birbirine kaynaklandığı sonsuz boruların üretimidir. Malzeme bir indüksiyon bobini kullanılarak ısıtılır. Küçük kaynak noktasının konumu dalgalanabilir, bu nedenle geleneksel cihazlarla kaynak dikişi bazen ölçüm alanının dışında kalabilir ve bu durumda ölçüm artık mümkün değildir (Şekil 6).
Cam şişe üretiminde, kesme sırasında cam damlanın konumu ve şekli değişir. Burada da panoramik bir pirometre daha fazla ölçüm güvenilirliği sağlar. Malzemenin sıcaklık etkisi ve kısmen şeffaf camın rengi de bir rol oynar. Bu etki, panoramik pirometrenin bölüm ölçüm yöntemi ile büyük ölçüde azaltılır.
Tel çekme sistemlerinde, tel daha sonra ısıl işleme tabi tutulur. Tel yüksek hızda bir indüksiyon bobininin içinden geçer. Telin kılavuz makaralar arasında salınması kaçınılmazdır. İnce teller söz konusu olduğunda, dalgalanma tel çapının birkaç katı olabilir. Bu koşullar altında hassas bir ölçüm yapmak neredeyse imkansızdır.
Kalıba dökme sırasında erimiş metalin manuel temassız sıcaklık ölçümü güvenli bir mesafeden gerçekleştirilir. Yuvarlak bir ölçüm alanına sahip geleneksel bir cihazla, özellikle de jetin konumu potanın eğim açısına bağlı olarak değişebileceğinden, pirometreyi dökme jeti ile hizalamak zordur. Dikdörtgen ölçüm alanına sahip bir cihazın kullanımı çok daha kolaydır (Şekil 7).
Bir X-ışını tüpündeki bir filaman veya bir ısıtma elemanı gibi en küçük nesnelerin sıcaklığının ölçülmesi, cihazlara en yüksek optik talepleri yükler. Çoğunlukla, bu tür uygulamalar daha önce sadece yoğunluk karşılaştırma pirometreleri ile çözülebiliyordu. Bu cihazlarda sıcaklık, operatör tarafından dahili bir referans radyatörün ve ölçülecek nesnenin parlaklığı görsel olarak karşılaştırılarak manuel olarak ölçülür.
Elektronik ölçüm cihazlarının kullanılmasındaki zorluk, cihazların ölçülecek son derece küçük nesnelere mekanik olarak hizalanmasında yatmaktadır. Bu tür ölçüm görevleri panoramik pirometre ile çok daha kolay bir şekilde çözülebilir.
Metrolojik sınırlar
Bu değer, diğer şeylerin yanı sıra ölçüm nesnesinin emisivitesine ve mutlak sıcaklığa bağlıdır. Ölçüm aralığının başlangıcında, ışıma enerjisi aynı sıcaklıktaki bir kara cisim radyatörünün ışımasının %10'u kadarsa, bir oran pirometresi güvenilir bir ölçüm değeri sağlayabilir. Ölçüm sıcaklığı arttıkça, daha da fazla sinyal zayıflamasına izin verilir. Zayıflama, emisivite, kısmi aydınlatma derecesi, ölçülecek nesnenin şekli ve ölçüm alanındaki buhar, toz ve duman gibi görsel engellerden etkilenir. Örnek olarak emisivitesi 0,6 olan bir çelik tel alınmıştır. Yuvarlak bir ölçüm nesnesi söz konusu olduğunda, pirometre tarafından algılanan radyasyonun kısmen çok düz bir açıyla yayıldığı da dikkate alınmalıdır. Bu durumda 1,5 güvenlik faktörü de yaklaşık bir değer olarak dahil edilir. Kısmi aydınlatma derecesi, ölçüm alanının genişliği ve maksimum ölçüm mesafesi aşağıdaki formüllerden hesaplanabilir.
Kısmi aydınlatma derecesi = (minimum analiz edilebilir sinyal gücü ÷ emisivite) × güvenlik faktörü
Yukarıdaki örneğe göre, pirometrenin ölçülen bir değeri belirleyebilmesi için ölçüm alanının en az %10 ÷ 0,6 × 1,5 = %25 dolu olması gerekir. Ölçülen değerin güvenilirliğinin bir göstergesi olarak sinyal gücü pirometre ekranında gösterilebilir.
5 mm'lik bir tel çapı için bu, ölçüm aralığının başlangıcı için maksimum 5 mm ÷ 0,25 = 20 mm'lik bir ölçüm alanı genişliği ile sonuçlanır.
Panoramik bir pirometre ile optik çözünürlük, DW (genişlik) genişliği ve DH (yükseklik) yüksekliği için mesafe oranı (ölçüm mesafesi ÷ ölçüm alanı boyutu) ile belirlenir. Örneğin DW = 40 : 1 mesafe oranına göre, bu 40 × 20 mm = 800 mm'lik bir maksimum ölçüm mesafesi ile sonuçlanır. Ya da başka bir şekilde bakıldığında, örneğin 500 mm'lik bir ölçüm mesafesi için, DW ≥ 500 mm ÷ 20 mm, yani ≥ 25 : 1 mesafe oranına sahip bir lens kullanılmalıdır, böylece ölçüm alanı ölçülecek nesne tarafından yeterince aydınlatılır.
Panoramik pirometre, ölçüm alanı nesneye uzunlamasına hizalanacak şekilde de çalıştırılabilir. Bu, pirometrenin yuvarlak ölçüm alanına sahip bir cihaza kıyasla ölçülecek nesnenin daha geniş bir alanını yakalamasını sağlar, böylece 0,1 mm çapındaki teller için kullanılabilir.
Cihaz sürümleri

Abb. 8 LED pilot ışıklı kompakt panoramik pirometre.