Pirometre

Pirometre çoğunlukla lazer termometre, temassız termometre ya da kızılötesi (IR) termometre olarak adlandırılır. Pirometre, yüzey sıcaklığını temassız olarak ölçmek için termal radyasyon olarak da bilinen kızılötesi radyasyonu kullanır. William Chandler Roberts-Austen, radyasyon termometresini icat etmiştir. Sıcaklığı 0 derece Kelvin (K) altındaki her nesne radyasyon yayar. Pirometre sadece görünür yüzeyin sıcaklığını ölçtüğünden camdan ölçüm alamaz. Ölçülecek nesne pirometreden daha soğuksa radyasyon akışı negatiftir. Pirometre, sıcaklığı, negatif akışı düzeltmek için ölçülen nesneye termal radyasyon göndererek ölçer. 

Pirometre pek çok avantaj sunar. Bunlardan biri, pirometre modeline göre ölçüm sonuçlarının 10 mikrosaniye ila 1 saniye gibi bir sürede elde edilebilmesidir. Bunun haricinde, pirometre, zayıf termal temas nedeniyle oluşan hataların da giderilmesini sağlar. Taşınabilir pirometrelerde bile çok az aşınma ya da yıpranma söz konusudur. Yüksek gerilim, elektromanyetik alanlar ve aşındırıcı malzemeler ölçüm işlemini etkilemez. Pirometre ile gerçekleştirilen ölçümlerde plastik film ya da kağıt ürünler gibi hassas nesnelerde hasar meydana gelmez. Önemli avantajlardan biri de ölçümler temassız gerçekleştirilebildiği için pirometrenin yüksek sıcaklık koşullarında kullanım için daha güvenli bir araç olmasıdır.

Pirometre ile dalga boyu ölçümü için ideal koşullar, malzemeye ve malzemenin sıcaklığına bağlıdır. Oda sıcaklığında en iyi ölçüm değerleri elde etmek için orta kızılötesi (MIR) dalga boyu aralığı önerilir. Bu amaçla, pirometrenin içinde yer alan piroelektrik dedektörler gibi termal sensörler kullanılır. 

Yaklaşık 350 °C (662 °F) olan sıcaklıklar, pirometre kullanılarak kızılötesi fotodiyotlarla yakın kızılötesi (NIR) dalga boyu aralığında belirlenebilir. Bu şekilde, germanyum fotodiyot, yaklaşık 1.9 µm’luk daha düşük bir alıcı dalga boyuna sahip olabilir. Görünür spektral aralıktaki yaklaşık 700 °C (1292 °F) olan sıcaklıklar fotodiyotlarla ölçülebilir. Pirometrelerin yüksek sıcaklıklar için alıcı dalga boyu aralığı genelde fotoreseptörler tarafından belirlenir. Örneğin, silikon fotodiyotların en küçük alıcı dalga boyu yaklaşık 1.1 µm’dur. 3000 K sıcaklığı bulunan bir nesne maksimum radyasyonundadır, bu nedenle, bununla yaklaşık 700 °C (1292 °F) olan sıcaklıklar ölçülebilir.

Belirtildiği gibi normal temaslı termometreye kıyasla pirometrenin en önemli avantajı, emisyonu kullanarak temassız ölçüm gerçekleştirilmesini sağlamasıdır. Bu da sadece birkaç saniye içinde, kapatılmadan kolay bir şekilde erişilemeyecek makine, motor ya da sistem parçalarının sıcaklığının belirlenebileceği anlamına gelir. Hatta, pirometre malzeme ya da nesnenin yüzeyinden (tüm nesneler sıcaklıklarına bağlı olarak enerji ve elektromanyetik dalga yayar) gelen emisyonu ölçtüğünden ve enerji, ölçülecek nesnenin sıcaklığına bağlı olduğundan nesnelerin yüzey sıcaklığı yakınlık ya da doğrudan temas olmadan ölçülebilir. Pirometre, kurulu yazılımı ve lazer görüşü sayesinde ölçülecek nesnenin emisyon katsayısını belirler ve hedeflenen alanın yüzey sıcaklığına ilişkin hassas değerler elde edilmesini sağlar.

Bu nedenle, pirometre, ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme (HVAC) sistemlerinin, parçalarının ve bileşenlerinin izlenmesi için ideal bir çözümdür. Pirometre, HVAC sistemlerini düzenli olarak izlemenin yanı sıra belirlenemeyen bir arızanın sebebini arama ve sorun giderme için kullanılabilir. HVAC sistemlerinin durumu, şirketlerde, fabrikalarda, depolarda, okullarda ya da evlerde son derece önemli bir rol oynar. Pirometre, hava kanallarını, boruları ve duvarları incelemek için kullanılabilir. HVAC sisteminin bakımı, HVAC sistemindeki bazı elemanların erişime ve incelemeye açık olmaması nedeniyle zor bir görevdir. Bu nedenle, HVAC sistemini test etme, ayarlama ve dengeleme (TAB) işlemleri ve doğrudan temas eden ölçüm cihazlarının kullanımı her zaman uygun ya da kolay olmayabilir. Çoğu zaman zorluklar, HVAC sistemi içindeki önemli ölçüm noktalarına sınırlı erişim oluşturan engellerin yanı sıra HVAC teknisyeni için potansiyel risk ve tehlikelerden de kaynaklanır. Bu durum şu örnekle açıklanabilir: HVAC sistemindeki bir bileşenin sıcaklığı ölçümün temaslı ve güvenli bir şekilde gerçekleştirilmesi için fazla ısındığında bu durum HVAC teknisyeni için zorluk yaratır.

Pirometre, HVAC muayene uzmanlarının merdiven ya da diğer yardımcı ekipmanlar kullanmadan havalandırma kanallarının, havalandırma deliklerinin, ısıtma elemanlarının ve soğutma borularının durumunu kontrol etmeyi kolaylaştırırak gerekli HVAC sistemi testlerini ve incelemelerini yerinde gerçekleştirmelerini sağlar.

Çoğu pirometre modeli boyut olarak küçüktür ki bu da pirometrenin taşınılmasını ve kullanılmasını kolaylaştırır. Ayrıca, çoğu pirometrenin hassasiyeti ve ölçüm sonuçları etkileyicidir. Pirometre, ekipman, makine ve sistemlerin plansız bir şekilde kapatılmasından kaynaklanan zaman, çaba ve maliyetten tasarruf edilmesine yardımcı olur. Temassız ölçümler pirometre yardımıyla gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilir ve önceden belirlenmiş sınırlara sahip pirometreler kullanıldığında çevre koşullarının izin verilen sınırları aşması durumunda bunun tespit edilmesi kolaydır (kural olarak, pirometre sesli ya da görsel alarm uyarı sinyali olarak bir ses çıkarır ya da renkli bir ışık yanıp söner).   

Pirometrelerin kullanıldığı bir diğer alan da tıptır. Örneğin, son derece bulaşıcı sağlık sorunları olduğundan şüphelenilen bir hasta karantinaya alınabilir ve bu hastanın vücut sıcaklığı özel bir pirometre teknolojisi kullanılarak yüksek hassasiyette ölçülebilir.

Pirometre, nesnenin yüzey sıcaklığını nesnenin yüzeyine dokunmadan ölçmek için kullanılır. Yüzey sıcaklığı ölçülecek nesne kauçuk lastikten fırın ısıtma elemanına kadar herhangi bir şey olabilir. Bu çeşitlilik, pirometreyi çeşitli endüstrilerdeki muayene uzmanları için son derece yararlı bir araç haline getirir. Ancak, hassas ölçüm sonuçlarının elde edilmesi için pirometrenin özelliklerinin uygulama gereklilikleri ile uyumlu olması gerekir.

Uygulamanız için en uygun olan pirometreyi nasıl belirleyebilirsiniz? Aşağıda yer alan metin, bilinçli bir satın alma kararı vermenize yardımcı olmak için oluşturulmuştur.

- Uygulamanız için ne tür bir pirometre (mobil ya da sabit) gerekli?

- Malzeme yüzeyinin sıcaklığını ölçmek için hangi emisyon değeri önerilir?

- Uygulamanız için hangi ölçüm noktasına uzaklık ya da hedefe uzaklık oranı gerekli?

- Görevinizin başarılı bir şekilde tamamlanması için hassasiyet ne olmalı?

- Nasıl bir hafıza boyutu ve veri aktarım arayüzü gerekli?

- Müşteri hizmetleri ve teknik desteğe ne kadar önem veriyorsunuz?

- Bütçeniz nedir?

Aşağıdaki kısımda pirometre seçerken düşünülmesi gereken kriterlerin daha detaylı bir analizi yer alır.

Bu sorunun cevabı büyük ölçüde kullanım amacına bağlıdır. Pirometre, kalite güvencesi için ölçüm değerlerini düzensiz olarak toplamak için kullanılacaksa mobil bir pirometre tercih edilmelidir. Devamlı ölçüm gerçekleştirmek ve proses kontrolü için ölçüm değerleri kullanılacaksa sabit bir pirometre seçmek daha iyi olacaktır. Sabit pirometre, ölçüm değerlerini bir proses kontrol sistemine ya da kontrol cihazına aktarmak için bir arayüz ile donatılmalıdır. Bu aktarım, analog ya da dijital olabilir.

Pirometrenin bazı dezavantajları olabilir. Bu dezavantajlardan biri, gereken emisyon değerini bilme ihtiyacıdır. Malzemenin emisyonu, yüzeyinin radyasyonla enerji yayma ya da absorbe emme bağıl kabiliyetidir. Emisyon, malzeme türü haricinde yüzey sıcaklığına ve pirometrenin dalga boyuna (µm) da bağlıdır. Pirometrenin bir diğer dezavantajı da metallerin emisyonlarının çok çeşitli olması ve bu nedenle hassas ölçümü zorlu bir hale getirmesidir. Örneğin, 25 °C’de yüksek oranda oksitlenmiş bakırın 0.78’lik bir emisyonu söz konusuyken aynı oksitlenmiş bakırın 527 °C’deki emisyonu 0.91; cilalı bakırın 327 °C’deki emisyonu 0.012’dir. 

Cam, seramik, plastik, ahşap ve organik malzemelerin çoğu orta kızılötesi aralıkta (MIR) ve uzak kızılötesi aralıkta (FIR) çok yüksek emisyonlara sahipken (yaklaşık 0.95) metallerin emisyonu MIR ve yakın kızılötesi aralıkta (NIR) çok daha düşüktür (örneğin, orta kızılötesi aralıkta cilalı altının emisyonu yaklaşık olarak 0.02‘dir). Ancak, metal eloksallandığında (alüminyum gibi) ya da yüksek oranda oksitlendiğinde orta kızılötesi aralıkta emisyonu yaklaşık 0.09 daha yüksek olacaktır. Boyalı metaller söz konusu olduğunda boyanın daha yüksek emisyonu sıcaklık ölçümü için çok önemlidir. Yoğunluk ve emisyon maksimum sıcaklığa bağlıdır.

Pek çok pirometrede emisyon ayarı özelliği bulunur. Emisyon genelde döner bir anahtar kullanılarak 0 ... 1 aralığında ayarlanır. Bazı pirometrelerde sıcaklık sensörü (ya da termokupl) bağlamak için ek bir ölçüm girişi mevcuttur. Emisyonu belirlemek için pirometrenin bilinmeyen bir malzeme için kalibre edilmesi istendiğinde sıcaklık bu sensör ile ölçülebilir. Pirometredeki emisyon ayarı, temassız ölçüm temas sensörü kullanılarak yapılan ölçüm ile aynı ölçüm sonucunu üretene kadar ayarlanır.

Her pirometrede belirli bir hedefe uzaklık ya da ölçüm noktasına uzaklık oranı olan lens bulunur. 2:1, 10:1 ya da 20:1 gibi özellikler uygun fiyatlı pirometreler arasında epey yaygın olan oranlardır. Yüksek kaliteli pirometrelerde bu oran 75:1’e kadar çıkabilir. Bu değerler, x:y olarak ifade edilebilir. Bu, yüzeye olan mesafe x olduğunda ölçüm noktasının y çapına sahip olduğunu belirtir. Örneğin, pirometrenin 20:1 hedefe uzaklık oranı olduğunda kullanıcı, hedeften 20 santimetre uzakta olabilir ve bir santimetrelik bir noktanın sıcaklığını ölçebilir. Bu, bir el fenerinden yayılan ışık konisine benzer. Duvara bir el feneri ile çok yakından yaklaştığınızda ışık konisi duvardan uzaktayken olduğundan daha küçük olacaktır. Gelişmiş pirometreler, uygulamanın gereksinimlerini karşılamak için bu ölçüm noktasının boyutunu azaltıp arttırabilir.

Her bir pirometrede ölçülen sıcaklık aralığına bağlı olarak kendi hassasiyet özellikleri mevcuttur. Tipik olarak, daha yüksek hassasiyetli bir ölçüm cihazı daha yüksek bir fiyata sahiptir. Bu nedenle, pratikliğin yanı sıra hassasiyetin de dikkate alınması gerekir.

Emisyona ek olarak yüzey kalınlığı, geometri (düz, içbükey, dışbükey), bitiş (cilalı, pürüzlü, oksitlenmiş, taşlanmış) ve geçirgenlik (ince plastik fimler) gibi faktörler, ölçüm açısı ve spektral aralık gibi ölçüm sonuçlarını etkileyebilir. Bu nedenle, pirometre ile karşılaştırmalı sıcaklık ölçümleri gerçekleştirirken en hassas ölçüm değerlerini elde etmek için mümkün olduğunca çok parametrenin etkilerini en aza indirecek bir kontrol oluşturmak hayati önem taşır.

Bazı pirometre modelleri, sıcaklık ölçüm değerlerini dahili hafızaya ya da SD hafıza kartına kaydeder. Hafıza boyutu, GB olarak ya da kaydedilen maksimum ölçüm değeri sayısı olarak gösterilebilir. Hafıza genelde sıcaklık ölçüm verilerinin USB girişi, RS-232 arayüzü ya da SD kart okuyucu kullanılarak bilgisayara indirilmesini sağlar. Çoğunlukla sıcaklık verilerini kaydetme özelliği bulunan pirometrelerde USB bağlantısı mevcuttur. Bazı durumlarda ölçüm verilerinin aktarılması için yazılım gerekir. 

Bu, göz önünde bulundurulması gereken bir diğer önemli noktadır. Üreticinin ne kadar bir süredir piyasada olduğunu öğrenin. Şirketin görev süresi ne kadar uzun olursa pirometre satın aldıktan birkaç yıl sonra yedek parça sipariş etme olasılığınız da o kadar yüksek olur. PCE Instruments, 1999 yılından beri faaliyet göstermektedir. (Daha detaylı bilgi için lütfen sitemizdeki Firmamız / PCE Instruments Özgeçmişi kategorisini ziyaret ediniz.) Bunun haricinde, pirometre için ne tür bir teknik desteğin sağlandığını da araştırın. PCE Instruments’ı arayarak satın almadan önce teknik destek ekibimiz ile iletişime geçin ve sağlanan servis seviyesini öğrenin.

Genelde bu bütçe pirometre fiyatı haricinde diğer pek çok şeyi de içerir. Pirometre kullanırken ortaya çıkabilecek maliyetlerden biri de kalibrasyon maliyetleridir. Örneğin, ISO kalite standardı gerekliliklerini sağlamanız gerekiyorsa düzenli kalibrasyon aralıklarına bağlı kalınması gerekir. ISO kalibrasyon maliyetleri, cihazı satın alma aşamasında söz konusu olabilir ve hassasiyet gereksinimlerinize ve pirometrenin kullanımına bağlı olarak yıllık ya da yarı yıllık olarak tekrarlanabilir. Zamanla pirometre ve sensörlerinde bir kayma söz konusu olabilir ve yeniden kalibrasyon gerçekleştirilmesi gerekli olabilir. Şarj edilebilir piller gibi sarf malzemelerin de göz önünde bulundurulması gerekir.