การวัดอุณหภูมิบนพื้นผิวโลหะโดยไม่สัมผัสด้วยเซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรด

การวัดอุณหภูมิบนพื้นผิวโลหะโดยไม่สัมผัสด้วยเซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรด

การวัดอุณหภูมิบนพื้นผิวโลหะโดยไม่สัมผัสด้วยเซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรด
1
การควบคุมอุณหภูมิ เป็นขั้นตอนและปัจจัยกำหนดคุณภาพในเกือบทุกขั้นตอนของการผลิตภาคอุตสาหกรรมโลหะ การตรวจสอบและควบคุมอุณหภูมิของกระบวนการอย่างเหมาะสม มีตัวแปรที่สำคัญ คือ ค่าการแผ่รังสี (Emissivity) และ การสะท้อน (Reflection) รวมถึงสาเหตุที่ทำให้การตรวจวัดมีความผิดพลาด บทความนี้จะแสดงถึงปัจจัยที่ส่งผลกับการตรวจวัดอุณหภูมิบนพื้นผิวโลหะและแสดงให้เห็นว่าเหตุใดการตรวจวัดจึงเชื่อถือได้

แถบรังสีอินฟราเรด

     วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์องศาสัมบูรณ์ 0 K (-273.15 ° C) จะปลดปล่อยรังสีอินฟราเรดออกมาจากพื้นผิวซึ่งเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิที่แท้จริง แถบรังสีอินฟราเรดจะครอบคลุมบางส่วนภายในแถบรังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 0.7 ถึง 14 ไมครอน ซึ่งมีความสำคัญสำหรับการวัดอุณหภูมิอินฟราเรด หากความยาวคลื่นที่มากกว่านั้นจะมีระดับพลังงานต่ำ ทำให้เครื่องตรวจจับไม่ไวพอที่จะตรวจจับอุณหภูมิ
 รังสีที่แผ่จากวัตถุจะถูกขยายเป็นสัญญาณไฟฟ้าและประมวลผลด้วยสัญญาณดิจิตอลแบบต่อเนื่อง แปลงเป็นสัญญาณ output ตามสัดส่วนของอุณหภูมิวัตถุ และสามารถส่งค่าการตรวจวัดไปยังระบบควบคุมโดยแปลงเป็นสัญญาณ output มาตรฐานในรูปแบบสัญญาณเชิงเส้น 0/4-20 mA, 0-10 V นอกจากนี้เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดที่ใช้ในปัจจุบัน มีการเชื่อมต่อด้วยสัญญาณดิจิตอล เช่น USB, RS232, RS485 เพื่อให้เข้าถึงตัวแปรต่างๆ ของอุปกรณ์ได้
 วัตถุสีดำ
     วัตถุสีดำเป็นวัตถุที่ดูดซับรังสี (Absorption) ที่เกิดขึ้นทั้งหมด จะไม่มีการสะท้อน (Reflection) (ρ = 0) หรือการส่งผ่าน (Transmission)
(τ = 0)  ในทางตรงกันข้าม วัตถุสีดำจะแผ่รังสี (Emissivity (ε)) พลังงานสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับในแต่ละความยาวคลื่น
  ε + ρ + τ = 1   

การตรวจวัดอุณหภูมิบนพื้นผิวโลหะ
     ค่าการแผ่รังสีของโลหะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ ได้แก่อุณหภูมิ และความยาวคลื่น โดยมีหลายเหตุผลว่า เหตุใดจึงควรตรวจวัดอุณหภูมิอินฟราเรดของโลหะในช่วงความยาวคลื่นที่สั้น ประการแรกคือพื้นผิวของโลหะมีอุณหภูมิสูงซึ่งให้ความยาวคลื่นที่สั้น (2.3 μm; 1.6 μm; 1.0 μm) มีการแผ่รังสีสูงที่สุด ประการที่สองคือ มีการปรับค่า Emissivity ออกไซด์ของโลหะเพื่อให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิ และการใช้เครื่องตรวจวัดที่ใช้ความยาวคลื่นสั้นจะช่วยลดข้อผิดพลาดในการตรวจวัดด้วยการชดเชยค่า Emissivity

 เมื่อการแผ่รังสีของวัตถุน้อย เครื่องตรวจวัดอุณหภูมิอินฟราเรดก็จะได้รับค่าการสะท้อนจากสิ่งแวดล้อมมาก และเนื่องจากโลหะ ไม่มีค่าการส่งผ่านรังสีในช่วงของอินฟราเรด
ดังสมการ

  ε + ρ  = 1  

ในกรณีนี้ ε คือการแผ่รังสี และ ρ คือค่าการสะท้อน การแผ่รังสีอินฟราเรดซึ่งวิเคราะห์ด้วยการแปลงค่าเป็นอุณหภูมิ ได้รับผลกระทบจาการแผ่รังสีในบริเวณโดยรอบ (TAmbient)  เช่น ส่วนประกอบอื่นๆ ภายในเตาเผา

   การตรวจวัดอุณหภูมิอินฟราเรดในกระบวนการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ
   การตรวจวัดอุณหภูมิที่พื้นผิวโลหะในกระบวนการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ  โลหะจะถูกให้ความร้อนด้วยกระแสไฟฟ้าและลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็วเพื่อเพิ่มความแข็ง โดยกำหนดระยะเวลาและการให้อุณหภูมิที่เหมาะสมด้วยเครื่องตรวจวัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรด ซึ่งมีส่วนสำคัญ ดังนี้
   – ส่วนหัวของเซ็นเซอร์ต้องแยกออกจากกล่องอิเล็กทรอนิกส์ และไม่ส่งผลกระทบต่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งใช้ในการตรวจวัด
   – ความยาวคลื่น (1.0 μm; 1.6 μm; 2.3 μm) ที่จำเพาะกับพื้นผิวโลหะ
   – การชดเชยอุณหภูมิโดยรอบ (TAmbient)
   – การวัดอุณหภูมิของโลหะที่เชื่อถือได้ตั้งแต่ 50°C ถึง 1800°C
   – ควบคุมอุณหภูมิของโลหะได้อย่างรวดเร็วผ่านการตรวจวัดภายใน 1 มิลลิวินาที
   – การวัดชิ้นส่วนขนาดเล็กผ่านความละเอียดสูง (ขนาดชิ้นส่วนเริ่มต้นที่ 0.7 มม.)

1
 ทางบ.เอ็นเทค อินดัสเทรียล โซลูชั่น จำกัด จึงขอแนะนำผลิตภัณฑ์ Optris กลุ่มเครื่องมือสำหรับงานตรวจสอบ วัดค่าอุณหภูมิสูงบนพื้นผิวโลหะ โดยหลักการทำงานแบบอินฟราเรด ดังนี้
1
 – การตรวจวัดอุณหภูมิสูงบนโลหะ
 เซนเซอร์ตรวจวัดอุณหภูมิสูงแบบอินฟราเรด เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิสูงบนพื้นผิวโลหะ มีดังนี้
  Pyrometer optris CT 1M / 2M   : 250°C … 2,200 °C  
  Pyrometer optris CTlaser 1M / 2M with innovative double laser     : 250°C … 2,200 °C
  Handthermometer optris P20 1M / 2M   : 385°C … 1,800 °C
  Ratio pyrometer optris CTratio 1M   : 700°C … 1,800 °C
 – การตรวจวัดอุณหภูมิต่ำบนโลหะ
 เซนเซอร์ตรวจวัดอุณหภูมิต่ำแบบอินฟราเรด เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิต่ำบนพื้นผิวโลหะ มีดังนี้
  Pyrometer optris CT 3M   : 50 °C … 1,800 °C  
  Pyrometer optris CTlaser 3M with innovative double laser     : 50 °C … 1,800 °C
 – การตรวจวัดโลหะหลอมเหลว
 เซนเซอร์ตรวจวัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรด ใช้สำหรับการตรวจวัดในช่วงความยาวคลื่นที่สั้นมากๆ มีดังนี้
  Pyrometer optris CTlaser 05M   : 1,000 °C … 2,000 °C  
  Handthermometer optris P20 05M     : 1,000 °C … 2,000 °C
 – กล้องถ่ายภาพความร้อนอุณหภูมิสูงแบบต่อเนื่อง
 โดยหลักการทำงานแบบอินฟราเรด สำหรับอุตสาหกรรมโลหะ ยี่ห้อ Optris รุ่น PI สำหรับการตรวจวัดอุณหภูมิบนผิวโลหะ ชึ่งคลอบคลุมช่วงอุณหภูมิต่อไปนี้
  Infrarotkamera optris PI 1M   : 450 °C … 1800 °C  
  Infrarotkamera optris PI 05M     : 900 °C … 2000 °C
1
 สนใจผลิตภัณฑ์ติดต่อได้ที่ : คุณกิตติพงศ์  โทร. 092-248-8899  อีเมล์ kittipong@entech.co.th