top of page
  • hexanasemestaid

Pengukuran suhu non-kontak pada permukaan logam melalui Inframerah

Mematuhi suhu tertentu merupakan faktor penentu proses dan kualitas di hampir semua tahap produksi industri. Termometer inframerah pengukur nirsentuh terkenal untuk pengukuran suhu. Hal ini juga berlaku untuk pengukuran logam. Pemantauan dan pengendalian suhu proses yang tepat memerlukan panduan yang sangat baik dari produsen atau pengetahuan dasar mengenai teknik pengukuran dari pihak pelanggan. Parameter penting, seperti emisivitas dan refleksi serta penyebab kesalahan pengukuran, akan dijelaskan dalam artikel berikut. Pengaruh terhadap pengukuran logam juga akan diperlihatkan dan akan dijelaskan mengapa pengukuran yang andal dan direproduksi dapat dilakukan.


Selain itu, suhu adalah properti fisik yang paling sering diukur. Alat pengukur suhu infra merah menentukan suhu melalui radiasi infra merah yang dihantarkan oleh benda - tanpa bersentuhan dengan benda tersebut. Namun bagaimana cara kerja pengukuran suhu non-kontak? Apa saja tantangan dalam mengukur permukaan logam?


Rangkaian Radiasi Infra Merah


Setiap benda, dengan suhu di atas nol mutlak 0 K (-273,15°C) memancarkan radiasi elektromagnetik dari permukaannya yang sebanding dengan suhu intrinsiknya. Rangkaian radiasi infra merah hanya mencakup sebagian kecil dari rangkaian radiasi elektromagnetik total. Ini dimulai pada kisaran tampak sekitar 0,78 μm dan berakhir pada panjang gelombang sekitar 1000 μm. Panjang gelombang berkisar antara 0,7 hingga 14 μm penting untuk pengukuran suhu inframerah. Di atas panjang gelombang ini, tingkat energinya sangat rendah, sehingga detektor tidak cukup sensitif untuk mendeteksinya seperti yang Anda lihat pada ilustrasi di bawah.




Radiasi tubuh menembus atmosfer dan dapat difokuskan pada elemen detektor menggunakan lensa. Elemen detektor menghasilkan sinyal listrik sebanding dengan radiasi. Sinyal ini diperkuat dan, dengan menggunakan pemrosesan sinyal digital berturut-turut, diubah menjadi sinyal keluaran yang sebanding dengan suhu objek. Nilai pengukuran dapat ditampilkan pada layar atau dilepaskan sebagai sinyal.


Output terstandar untuk meneruskan hasil pengukuran ke sistem kontrol tersedia dalam bentuk linier 0/4-20 mA, 0-10 V dan sebagai sinyal termokopel. Selain itu, sebagian besar termometer inframerah yang digunakan saat ini menawarkan antarmuka digital (USB, RS232, RS485) untuk pemrosesan sinyal digital lebih lanjut dan agar dapat mengakses parameter perangkat.


Perilaku radiasi infra merah pada permukaan logam dibahas lebih rinci pada paragraf berikut. Sebelumnya akan disajikan detektor dan konversi sinyal menjadi suhu suatu benda.


Perhitungan suhu melalui radiasi infra merah


Detektor sebagai penjemput radiasi mengidentifikasi elemen terpenting dari setiap termometer inframerah. Sebuah sinyal berasal dari munculnya radiasi elektromagnetik yang sepenuhnya dapat dievaluasi. Sinyal detektor U dihubungkan dengan suhu benda TObject sebagai berikut :



Sinyal detektor yang dihasilkan dari radiasi yang dipancarkan suatu benda dalam susunan radiasi total, meningkat sebanding dengan pangkat empat suhu absolut benda tersebut. Artinya: Jika suhu benda ukur menjadi dua kali lipat, sinyal detektor akan meningkat sebesar faktor 16.


Rumusnya berubah, karena emisivitas ε benda dan radiasi lingkungan yang memantulkan permukaan benda Tambien serta radiasi diri termometer inframerah TPyro juga perlu diperhitungkan:



Selain itu, termometer inframerah tidak berfungsi dalam keseluruhan rangkaian radiasi. Eksponennya bergantung pada panjang gelombang. N berarti panjang gelombang dari 1 hingga 14 μm dalam kisaran 17…2, untuk alat pengukur gelombang pendek untuk menentukan suhu logam (1,0 hingga 2,3 μm) kisarannya antara 15…17:



Suhu suatu benda muncul karena adanya pergeseran rumus yang disebutkan terakhir. Hasil perhitungan ini disimpan sebagai rangkaian kurva dalam EEPROM termometer inframerah untuk semua suhu yang terjadi:



Oleh karena itu termometer inframerah menerima sinyal yang cukup untuk pengukuran suhu. Dari rumus tersebut dapat dilihat bahwa selain rentang panjang gelombang (susunan radiasi), radiasi lingkungan yang dipantulkan serta emisivitas merupakan hal yang penting untuk pengukuran suhu yang akurat. Pentingnya parameter ini akan diturunkan dan dijelaskan selanjutnya.


Benda hitam sebagai referensi penting


Sekitar tahun 1900 Planck, Stefan, Boltzmann, Wien dan Kirchhoff mendefinisikan spektrum elektromagnetik secara lebih rinci dan menetapkan koherensi kualitatif dan kuantitatif untuk deskripsi energi inframerah. Benda hitam menjadi dasar pemahaman dasar fisik teknologi pengukuran suhu non-kontak dan untuk kalibrasi termometer inframerah.


Di satu sisi, benda hitam merupakan benda yang menyerap semua radiasi yang terjadi. Baik refleksi (ρ = 0) maupun transmisi (τ = 0) tidak muncul pada benda. Di sisi lain, benda hitam memancarkan energi maksimum yang mungkin untuk setiap panjang gelombang, bergantung pada suhunya sendiri. Konstruksi benda hitam itu sederhana. Benda berongga termal memiliki lubang kecil di salah satu ujungnya. Jika tubuh dipanaskan dan mencapai suhu tertentu, di dalam ruangan berongga suhu yang seimbang akan menyebar.


Hukum radiasi Planck menunjukkan korelasi dasar untuk pengukuran suhu non-kontak: Hukum ini menggambarkan radiasi spesifik spektral Mλs benda hitam ke dalam setengah ruang bergantung pada suhu T dan panjang gelombang λ (c: kecepatan cahaya, h: Plank Konstanta):




Diagram menunjukkan untuk setiap contoh suhu secara logaritmik emisi spektral Mλs benda hitam sepanjang panjang gelombang.


Beberapa koherensi dapat diturunkan tetapi hanya dua yang akan disebutkan selanjutnya. Dengan mengintegrasikan intensitas radiasi spektral untuk semua panjang gelombang dari 0 hingga tak terbatas, Anda dapat memperoleh nilai radiasi yang dipancarkan suatu benda secara keseluruhan. Korelasi ini disebut Hukum Stefan-Boltzmann. Pentingnya praktis pengukuran suhu non-kontak telah dijelaskan dalam paragraf mengenai perhitungan suhu.


Koherensi kedua, yang terlihat jelas dari garis grafiknya, adalah bahwa panjang gelombang yang terdiri dari radiasi maksimum berpindah ke daerah gelombang pendek seiring dengan meningkatnya suhu. Perilaku ini mendasari hukum perpindahan Wien dan dapat diturunkan dari persamaan Plank melalui diferensiasi.


Oleh karena itu, radiasi yang tinggi merupakan alasan – namun bukan alasan yang paling penting – mengapa permukaan logam dapat diukur dengan panjang gelombang pendek pada suhu tinggi. Rentang gelombang yang panjang terdiri dari intensitas yang tinggi juga. Emisivitas, refleksi dan pengaruhnya terhadap kesalahan pengukuran memiliki dampak yang jauh lebih besar karena logam merupakan penghasil emisi yang selektif.


Proses emisi spesifik benda hitam pada spektrum panjang gelombang untuk suhu yang dipilih


















Permukaan logam sebagai penghasil emisi selektif

Pada kenyataannya, hanya sedikit tubuh yang memenuhi ideal tubuh hitam. Dalam praktiknya, permukaan radiasi digunakan untuk kalibrasi sensor yang mencapai emisivitas hingga 0,99 dalam area panjang gelombang yang diminta. Suhu suatu benda dapat ditentukan melalui pengukuran emisivitas radiasi ε (Epsilon) yang menyatakan hubungan antara nilai radiasi nyata benda dan benda hitam untuk suhu yang sama. Emisivitasnya selalu antara nol dan satu; bagian radiasi yang hilang dikompensasi melalui indikasi emisivitas.


Banyak permukaan yang akan diukur memiliki emisivitas konstan sepanjang panjang gelombang tetapi memancarkan radiasi lebih sedikit dibandingkan benda hitam. Mereka disebut tubuh abu-abu. Sejumlah padatan nonlogam menunjukkan emisivitas yang tinggi dan relatif konstan dalam rentang spektral gelombang panjang, tidak bergantung pada kondisi permukaannya.


Objek, mis. permukaan logam, yang emisivitasnya bergantung antara lain pada suhu dan panjang gelombang disebut pemancar selektif. Ada sejumlah alasan penting mengapa pengukuran pada logam sebaiknya hanya dilakukan dalam rentang gelombang pendek. Pertama-tama, permukaan logam pada suhu tinggi serta panjang gelombang pendek (2,3 μm; 1,6 μm; 1,0 μm) tidak hanya memiliki radiasi tertinggi tetapi juga emisivitas tertinggi. Kedua, mereka menyesuaikan dengan emisivitas oksida logam sehingga perbedaan suhu, yang disebabkan oleh perubahan emisivitas (warna panas), dapat diminimalkan.

Pengaruh penting lainnya terhadap keputusan termometer inframerah gelombang pendek adalah bahwa logam, dibandingkan dengan bahan lain, dapat mengandung emisivitas yang tidak diketahui. Perangkat gelombang pendek secara substansial mengurangi kesalahan pengukuran pada emisivitas yang salah disesuaikan.

Pengukuran yang dapat direproduksi meskipun dilakukan refleksi


Semakin rendah emisivitas suatu permukaan, semakin banyak radiasi pantulan yang diterima termometer inframerah dari lingkungan. Karena sebagian besar benda, seperti logam, tidak terdiri dari transmisi dalam jangkauan inframerah, rumus berikut berlaku:

ε + p = 1


Dalam hal ini, ε adalah emisivitas dan ρ adalah refleksi. Radiasi inframerah, yang dievaluasi oleh perangkat dan diubah menjadi suhu, tidak hanya dipengaruhi oleh emisivitas permukaan logam (dan pangsa radiasi terkompensasi) tetapi juga penting melalui benda panas di sekitarnya (TAmbient) seperti komponen dan oven.


Parameter TAmbient harus diperhatikan lebih hati-hati semakin rendah suhu permukaan logam yang akan diukur dan semakin tinggi suhu pantulan dari lingkungan sekitar. Besarnya pantulan secara de facto biasanya terarah sehingga mudah ditentukan.


Besarnya pantulan dapat dijadikan ukuran dan mengamankan hasil pengukuran yang dapat direproduksi.


Termometer inframerah dalam praktiknya: Proses pengerasan dan bujukan induktif

Contoh pengukuran permukaan logam adalah perlakuan panas melalui pengerasan induksi. Selama proses ini, suatu komponen ditempatkan dalam medan bolak-balik yang kuat dan dipanaskan serta dibekukan ke dalam struktur yang diminta. Dimungkinkan untuk mengatur penetrasi panas ke dalam material secara lokal melalui pengendalian frekuensi; hanya sebagian komponen saja yang diolah. Struktur logam yang diminta bergantung pada suhu-waktu proses yang ideal. Oleh karena itu, sangat penting untuk memantau suhu secara permanen.


Parameter penting dari termometer inframerah adalah:

· Kepala penginderaan terlepas dari kotak elektronik; oleh karena itu tidak ada pengaruh medan elektromagnetik terhadap hasil pengukuran

· Panjang gelombang (1,0 μm / 1,6 μm / 2,3 μm) khususnya untuk permukaan logam

· Kompensasi suhu sekitar (TAmbient), mis. melalui suhu referensi

· Pengukuran suhu logam yang andal dari 50°C hingga 1800°C

· Kontrol suhu cepat melalui pengukuran dalam 1 ms

· Pengukuran komponen kecil melalui resolusi optik tinggi (ukuran pengukuran mulai dari 0,7 mm) dan penandaan ukuran titik melalui pengamatan laser ganda












Termometer Inframerah Optris untuk pengukuran suhu logam


Optris menawarkan beragam pirometer logam serta kamera inframerah untuk berbagai aplikasi di industri logam.











Pengukuran suhu tinggi pada logam

Termometer inframerah berikut ini sangat cocok untuk mengukur suhu yang sangat tinggi pada logam, oksida logam, dan juga keramik:

· Pirometer optris CT 1M / 2M: 250°C ... 2.200°C*

· Pyrometer optris CTlaser 1M / 2M dengan laser ganda inovatif: 250 °C ... 2.200 °C*

· Termometer genggam optris P20 1M / 2M: 385 °C ... 1.800 °C*

· Rasio pirometer optris CTratio 1M: 700 °C ... 1.800 °C


Pengukuran suhu rendah pada logam

Beberapa aplikasi dalam industri logam berlangsung pada rentang suhu yang lebih rendah. Untuk kebutuhan tersebut, Optris menawarkan termometer inframerah sebagai berikut:

· Pirometer optris CT 3M: 50 °C ... 1.800 °C

· Pyrometer optris CTlaser 3M dengan laser ganda inovatif: 50 °C ... 1.800 °C*


Pengukuran logam cair

Berkat pengukuran panjang gelombang yang sangat pendek, pirometer berikut ini sangat cocok untuk pengukuran suhu logam cair:

· Pirometer optris CTlaser 05M: 1.000 °C ... 2.000 °C

· Termometer tangan optris P20 05M: 1.000 °C ... 2.000 °C


Kamera termal untuk pengukuran pada logam

Pencitra termal seri optris PI juga menawarkan perangkat khusus untuk pengukuran suhu pada logam, yang mencakup rentang suhu berikut:

· Infrarotkamera optris PI 1M: 450 °C ... 1800 °C*

· Infrarotkamera optris PI 05M: 900 °C ... 2000 °C*



Source: https://www.optris.global/technical-article-temperature-measurement-metal

5 views0 comments

Recent Posts

See All

Comments


bottom of page