Hỏa kế quang học/ súng bắn nhiệt độ (Optical Pyrometer)

Định nghĩa: Súng bắn nhiệt độ (hoả kế quang học) là một thiết bị đo nhiệt độ kiểu không tiếp xúc. Nó hoạt động trên nguyên tắc so sánh độ sáng của một vật thể với độ sáng của bóng đèn dây tóc được đặt bên trong nhiệt kế. Hoả kế quang học được sử dụng để đo nhiệt độ của lò nung, kim loại nóng chảy và vật liệu hoặc chất lỏng quá nóng khác.

Không thể đo nhiệt độ của cơ thể được đốt nóng cao với sự trợ giúp của thiết bị loại tiếp xúc. Do đó, nhiệt kế không tiếp xúc được sử dụng để đo nhiệt độ của chúng.

Hỏa kế (pyrometer)

Pyrometer là một thiết bị được sử dụng để đo nhiệt độ của một đối tượng. Thiết bị này theo dõi và đo độ lớn thực tế của bức xạ nhiệt tỏa ra từ đối tượng cần đo. Bức xạ nhiệt tỏa ra từ đối tượng sẽ đi qua 1 hệ thống quang học bên trong pyrometer. Hệ thống quang học sẽ làm cho bức xạ nhiệt hội tụ tốt hơn và đi qua đầu dò. Đầu ra của đầu dò sẽ tỉ lệ với bức xạ nhiệt đầu vào . Ưu điểm lớn nhất của thiết bị này là, không giống như nhiệt điện trở RTD và cặp nhiệt điện TC, ở đây không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa pyrometer và đối tượng phát ra nhiệt.

Nguyên lý cơ bản

Các đối tượng có nhiệt độ lớn hơn 0° tuyệt đối (273,15K) đều phát ra hay tạo ra bức xạ. Bức xạ này phụ thuộc vào nhiệt độ. Nói chung các bức xạ hồng ngoại được xem là loại đo phần lớn các bức xạ nằm trong dải quang phổ điện tử của miền hồng ngoại. Miền này nằm trong quang phổ ánh sáng nhìn thấy. Năng lượng bức xạ từ vật thể được dùng để đo nhệt độ của nó thông qua việc dùng các thiết bị cảm biến có thể chuyển đổi tín hiệu nhận được thành tín hiệu điện. Các thiết bị đo hay hệ thống dựa trên nguyên tắc này được biết đến như hỏa kế quang học/súng nhiệt độ, hỏa kế bức xạ. Hỏa kế đo không tiếp xúc gồm hỏa kế quang học (optical pyrometer) và hỏa kế bức xạ (Radiation Pyrometer)

Hỏa kế quang học/ súng bắn nhiệt độ (Optical Pyrometer)

Hỏa kế quang học chế tạo dựa trên định luật Plăng:

Trong đó λ là bước sóng, C1,C2 là các hằng số. Nguyên tắc đo nhiệt độ bằng hỏa kế quang học là so sánh cường độ sáng của vật cần đo và độ sáng của một đèn mẫu ở trong cùng một bước sóng nhất định và theo cùng một hướng. Khi độ sáng của chúng bằng nhau thì nhiệt độ của chúng bằng nhau. Xem hình dưới đây có thể nhận thấy sự phụ thộc giữa I và λ không đơn trị, do đó người ta thường cố định bước sóng ở 0,65μm.

Cấu tạo của hoả kế quang học (súng bắn nhiệt độ)

Cấu tạo của hỏa kế quang học khá đơn giản. Nhiệt kế là hình trụ, bên trong có đặt thấu kính ở một đầu và thị kính ở đầu kia. Đèn được giữ giữa thị kính và thấu kính. Bộ lọc được đặt trước thị kính. Bộ lọc giúp nhận được ánh sáng đơn sắc. Đèn có dây tóc được nối với pin, ampe kế và bộ biến trở.

Hoạt động của Pyrometer Quang học

Nguyên tắc đo nhiệt độ bằng hỏa kế quang học là so sánh cường độ sáng của vật cần đo và độ sáng của một đèn mẫu ở trong cùng một bước sóng nhất định và theo cùng một hướng. Khi độ sáng của chúng bằng nhau thì nhiệt độ của chúng bằng nhau

Hoả kế quang học được hiển thị trong hình dưới đây. Nó bao gồm thấu kính tập trung năng lượng bức xạ từ vật thể bị nung nóng và nhắm mục tiêu nó vào đèn dây tóc điện. Cường độ của dây tóc phụ thuộc vào dòng điện chạy qua nó. Do đó dòng điện có thể điều chỉnh được chạy qua đèn.

Người ta điều chỉnh cường độ dòng điện cho đến khi độ sáng của dây tóc bằng độ sáng của vật. Khi độ sáng của dây tóc và độ sáng của vật bằng nhau thì đường viền của dây tóc bị biến mất hoàn toàn.

Dây tóc sáng khi nhiệt độ của chúng lớn hơn nhiệt độ của nguồn.

Dây tóc trông tối nếu nhiệt độ của chúng nhỏ hơn nhiệt độ cần thiết để có độ sáng bằng nhau

Ưu điểm của hoả kế quang học

• Hoả kế quang học có độ chính xác cao.
• Nhiệt độ được đo mà không cần tiếp xúc với cơ thể được làm nóng. Do tính chất này, nhiệt kế được sử dụng cho số lượng ứng dụng.

Nhược điểm của Quang kế

Sự làm việc của nhiệt kế phụ thuộc vào cường độ ánh sáng do vật nung nóng phát ra. Do đó, nhiệt kế được sử dụng để đo nhiệt độ có nhiệt độ hơn 700 độ C. Độ chính xác của nhiệt kế phụ thuộc vào việc điều chỉnh dòng điện của dây tóc. Ngoài ra, nhiệt kế không được sử dụng để đo nhiệt độ của khí sạch