- تهران خیابان لاله زار جنوبی پاساژ رزاق منش طبقه اول پلاک 2/3
فروش و مشاوره
فروش و مشاوره
کاربرد سنسور دما مادون قرمز اندازه‌گیری سریع و بدون تماس Temperature اجسام متحرک، بسیار داغ یا دور از دسترس است. سنسور دما مادون قرمز چیست؟ این Sensor انرژی Infrared سطح را دریافت کرده و Temperature را محاسبه می‌کند. در خردی سنسور دما مادون قرمز باید Emissivity، محدوده دما، فاصله، Spot Size و نوع خروجی بررسی شوند.
کاربرد سنسور دما مادون قرمز در صنایع زمانی اهمیت پیدا می‌کند که اندازه‌گیری Temperature بدون تماس مستقیم با سطح جسم مورد نیاز باشد. سنسور دما مادون قرمز یا Infrared Temperature Sensor انرژی مادون قرمزی را که از سطح اجسام منتشر می‌شود دریافت کرده و بر اساس آن Temperature سطح را تخمین می‌زند.
اگر سؤال این باشد که سنسور دما مادون قرمز چیست؟ می‌توان گفت این تجهیز نوعی Non-contact Temperature Sensor است که بدون لمس مستقیم جسم، میزان Radiation مادون قرمز منتشرشده از سطح آن را اندازه‌گیری می‌کند. به همین دلیل برای اجسام متحرک، بسیار داغ، دور از دسترس، حساس یا فرآیندهایی که تماس Sensor با محصول امکان‌پذیر نیست، گزینه بسیار کاربردی محسوب می‌شود.
در خردی سنسور دما مادون قرمز باید عواملی مانند Temperature Range، Distance-to-Spot Ratio، Emissivity، Response Time، Spectral Range، Accuracy، Field of View، نوع Output و شرایط محیطی بررسی شوند.
سنسور دما مادون قرمز چیست؟ این Sensor تجهیزی برای اندازه‌گیری غیرتماسی Temperature سطح اجسام است.
تمام اجسامی که Temperature آنها بالاتر از صفر مطلق باشد، مقداری Infrared Radiation منتشر می‌کنند.
مقدار و ویژگی این انرژی به Temperature و Emissivity سطح بستگی دارد.
Infrared Sensor این Radiation را دریافت کرده و با استفاده از Detector و Electronic Processing، Temperature را محاسبه می‌کند.
درون Infrared Temperature Sensor معمولاً یک سیستم Optical وجود دارد.
این سیستم Radiation منتشرشده از سطح جسم را روی Detector متمرکز می‌کند.
Detector انرژی دریافتی را به Signal الکتریکی تبدیل می‌کند.
مدار داخلی Sensor سپس این Signal را پردازش کرده و مقدار Temperature را محاسبه می‌کند.
یکی از مهم‌ترین دلایل گستردگی کاربرد سنسور دما مادون قرمز قابلیت Non-contact Measurement است.
Sensor لازم نیست با سطح جسم تماس داشته باشد.
این ویژگی در موارد زیر بسیار مفید است:
Infrared یا IR بخشی از طیف Electromagnetic Radiation است که طول موج آن از نور مرئی بلندتر است.
چشم انسان این Radiation را مستقیماً نمی‌بیند، اما Sensorهای مخصوص می‌توانند آن را آشکار کنند.
Infrared Temperature Sensor از همین انرژی برای محاسبه Temperature سطح استفاده می‌کند.
از نظر اصل Measurement هر دو بر پایه Infrared Radiation کار می‌کنند.
Infrared Thermometer معمولاً یک ابزار دستی برای Measurement نقطه‌ای است.
اما Infrared Temperature Sensor صنعتی می‌تواند به‌صورت ثابت روی Machine یا Production Line نصب شود و Signal را دائماً به PLC یا Controller منتقل کند.
کاربرد سنسور دما مادون قرمز بسیار گسترده است و شامل موارد زیر می‌شود:
یکی از مهم‌ترین موارد کاربرد سنسور دما مادون قرمز اندازه‌گیری Temperature فلزات داغ است.
در Steel Industry، قطعات ممکن است Temperature بسیار بالایی داشته باشند و تماس مستقیم Sensor با آنها عملی نباشد.
Infrared Sensor می‌تواند Temperature سطح:
را بدون تماس اندازه‌گیری کند.
در Rolling Mill دمای محصول روی فرآیند و کیفیت نهایی اثر زیادی دارد.
Infrared Sensor می‌تواند Temperature ورق یا قطعه در حال حرکت را بدون ایجاد تماس مکانیکی اندازه‌گیری کند.
سرعت Response در این کاربرد اهمیت زیادی دارد.
در Furnace Application می‌توان از Infrared Sensor برای مشاهده Temperature سطح قطعات یا مواد داخل کوره استفاده کرد.
اما وجود Flame، Smoke، Dust، Window و Atmosphere می‌تواند روی Measurement اثر بگذارد.
برای این کاربرد باید Spectral Range مناسب انتخاب شود.
Glass Temperature Measurement یکی از کاربردهای تخصصی Infrared Sensor است.
شیشه در طول موج‌های مختلف رفتار Optical متفاوتی دارد.
به همین دلیل برای اندازه‌گیری Temperature شیشه معمولاً Sensor باید Spectral Band مناسب Glass Application داشته باشد.
در Plastic Industry می‌توان از Infrared Temperature Sensor برای اندازه‌گیری Temperature:
استفاده کرد.
در Extrusion Process، محصول پس از خروج از Die می‌تواند در حال حرکت باشد.
Sensor مادون قرمز بدون تماس با Material، Temperature سطح آن را اندازه‌گیری می‌کند.
در Injection Molding می‌توان Temperature بعضی قطعات، Mold Surface یا محصول تولیدشده را با Infrared Sensor بررسی کرد.
این روش برای Process Monitoring و Quality Control قابل استفاده است.
کاربرد سنسور دما مادون قرمز در صنایع غذایی زمانی مناسب است که Temperature سطح محصول بدون تماس اندازه‌گیری شود.
برای مثال:
می‌توانند بدون تماس Monitoring شوند.
البته Sensor دمای سطح را اندازه‌گیری می‌کند و لزوماً Temperature داخل محصول را نشان نمی‌دهد.
محصولات در حال حرکت روی Conveyor یکی از بهترین نمونه‌های استفاده از Infrared Sensor هستند.
Sensor می‌تواند بدون توقف Line، Temperature هر محصول یا محدوده مشخصی از آن را اندازه‌گیری کند.
در Packaging می‌توان Temperature بخش‌های مختلف مانند:
را کنترل کرد.
این اطلاعات می‌توانند برای Quality Control استفاده شوند.
در Printing Process کنترل Temperature Paper، Film، Dryer یا Ink Process می‌تواند اهمیت داشته باشد.
Infrared Sensor بدون تماس با Web یا Sheet در حال حرکت Measurement را انجام می‌دهد.
Paper و Web Materialها معمولاً با سرعت بالا حرکت می‌کنند.
Contact Temperature Sensor ممکن است باعث آسیب یا Measurement نامناسب شود.
Infrared Sensor می‌تواند Temperature سطح را از فاصله مشخص اندازه‌گیری کند.
در Rubber Manufacturing کنترل Temperature هنگام Mixing، Extrusion، Calendering و فرآیندهای حرارتی اهمیت دارد.
Sensor غیرتماسی می‌تواند Temperature سطح Material را پایش کند.
در Cement Industry می‌توان از Infrared Temperature Measurement برای Monitoring بعضی تجهیزات، مواد و Processهای دمای بالا استفاده کرد.
وجود Dust شدید باید در انتخاب Optics و Air Purge در نظر گرفته شود.
Infrared Sensor می‌تواند برای Monitoring Temperature سطح Motor Housing استفاده شود.
اما اگر Temperature داخلی Winding مورد نیاز باشد، RTD یا PTC نصب‌شده داخل Motor اطلاعات مستقیم‌تری ارائه می‌دهد.
Bearing Housing Temperature را می‌توان با Infrared Sensor اندازه‌گیری کرد.
مزیت این روش عدم نیاز به تماس Sensor با بخش متحرک است.
با این حال Surface Condition و Emissivity باید در نظر گرفته شوند.
یکی دیگر از موارد کاربرد سنسور دما مادون قرمز پایش Temperature تجهیزات Electrical است.
برای مثال:
افزایش Temperature ممکن است نشان‌دهنده اتصال ضعیف یا Load غیرعادی باشد.
Infrared Sensor برای Moving Object بسیار مناسب است.
از آنجا که Contact لازم نیست، Sensor می‌تواند Temperature قطعاتی را اندازه‌گیری کند که:
در Temperatureهای بسیار بالا، استفاده از RTD یا Thermocouple تماس مستقیم می‌تواند دشوار باشد.
Infrared Sensor امکان Measurement از فاصله ایمن را فراهم می‌کند.
Emissivity یکی از مهم‌ترین مفاهیم در خردی سنسور دما مادون قرمز است.
Emissivity مشخص می‌کند یک سطح تا چه اندازه Radiation حرارتی منتشر می‌کند.
مقدار آن معمولاً بین 0 و 1 تعریف می‌شود.
سطوح تیره و غیرشفاف معمولاً Emissivity بالاتری دارند.
سطوح فلزی براق می‌توانند Emissivity پایین‌تر و Measurement دشوارتری داشته باشند.
اگر مقدار Emissivity در Sensor اشتباه تنظیم شده باشد، Temperature Reading می‌تواند خطا داشته باشد.
در کاربردهایی که Material تغییر می‌کند، تنظیم Emissivity اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
بسیاری از Sensorهای صنعتی دارای Adjustable Emissivity هستند.
کاربر می‌تواند مقدار متناسب با Surface را در Sensor، Controller یا Software تنظیم کند.
این قابلیت در خردی سنسور دما مادون قرمز برای کاربردهای مختلف اهمیت زیادی دارد.
Shiny Metal یکی از دشوارترین سطوح برای Infrared Temperature Measurement است.
این سطوح:
برای این کاربردها Sensorهای Short-wavelength یا Ratio Pyrometer در بعضی شرایط انتخاب مناسب‌تری هستند.
Distance-to-Spot Ratio یا D مشخص می‌کند Sensor در یک فاصله مشخص، Temperature چه قطر یا مساحتی از سطح را اندازه‌گیری می‌کند.
برای مثال اگر Spot بزرگ‌تر از Target باشد، Sensor علاوه بر جسم مورد نظر Background را نیز می‌بیند و Measurement خطا پیدا می‌کند.
Field of View محدوده‌ای است که Optical System Sensor از آن Radiation دریافت می‌کند.
Target باید به اندازه کافی Field of View را پر کند.
این موضوع یکی از مهم‌ترین نکات در خردی سنسور دما مادون قرمز است.
Spot Size اندازه منطقه‌ای از Target است که Sensor Temperature آن را دریافت می‌کند.
با افزایش فاصله، Spot معمولاً بزرگ‌تر می‌شود.
برای اجسام کوچک باید Sensor دارای Optical Resolution مناسب انتخاب شود.
Infrared Sensor را می‌توان در فاصله‌ای از Target نصب کرد، اما Distance باید با Optics Sensor هماهنگ باشد.
قرار دادن Sensor بیش از حد دور می‌تواند باعث شود Spot از Target بزرگ‌تر شود.
بعضی Infrared Sensorها دارای Laser برای Aim کردن هستند.
Laser معمولاً فقط محل تقریبی Measurement را نشان می‌دهد و خودش Temperature را اندازه‌گیری نمی‌کند.
در Sensor صنعتی ممکن است Single Laser یا Dual Laser وجود داشته باشد.
Spectral Range محدوده طول موجی است که Sensor در آن Infrared Radiation را دریافت می‌کند.
این پارامتر در انتخاب Sensor برای Materials مختلف اهمیت زیادی دارد.
برای مثال Sensor مناسب:
ممکن است Spectral Range متفاوتی داشته باشد.
Short-wavelength Pyrometer برای بعضی Temperatureهای بالا و Metal Surfaceها مناسب است.
در برخی شرایط، استفاده از طول موج کوتاه می‌تواند خطای ناشی از Emissivity را کاهش دهد.
Infrared Sensorهای طول موج بلند برای بسیاری از کاربردهای عمومی و Temperatureهای پایین‌تر استفاده می‌شوند.
نوع Detector و Optical Design بر محدوده کاری اثر دارد.
Pyrometer نوعی ابزار اندازه‌گیری غیرتماسی Temperature است.
Infrared Pyrometer انرژی Radiation جسم را دریافت کرده و Temperature آن را تخمین می‌زند.
در صنعت اصطلاح Pyrometer بیشتر برای تجهیزات تخصصی Temperature Measurement غیرتماسی استفاده می‌شود.
هر دو می‌توانند بر اساس Infrared Radiation کار کنند.
Pyrometer معمولاً اصطلاحی برای تجهیزات تخصصی‌تر و به‌خصوص High-temperature Measurement است.
Infrared Temperature Sensor می‌تواند طیف وسیع‌تری از کاربردهای صنعتی و Automation را شامل شود.
Ratio Pyrometer یا Two-color Pyrometer Radiation را در دو محدوده طول موج اندازه‌گیری می‌کند.
نسبت این دو Signal برای محاسبه Temperature استفاده می‌شود.
این فناوری می‌تواند در بعضی شرایطی که Emissivity یا دید Sensor تغییر می‌کند مزیت داشته باشد.
Ratio Pyrometer می‌تواند در شرایطی مانند:
مفید باشد.
اما این فناوری نیز محدودیت دارد و برای همه کاربردها بهترین انتخاب نیست.
یکی از مزیت‌های مهم کاربرد سنسور دما مادون قرمز Response Time سریع است.
چون نیازی نیست Sensor از طریق تماس فیزیکی گرم یا سرد شود، Measurement می‌تواند در زمان کوتاهی انجام شود.
این ویژگی برای Production Lineهای سریع بسیار مهم است.
Accuracy Sensor به عوامل مختلفی وابسته است:
به همین دلیل نصب صحیح به اندازه Specification دستگاه اهمیت دارد.
Repeatability نشان می‌دهد Sensor در شرایط یکسان تا چه اندازه Measurement مشابهی ارائه می‌دهد.
در Process Control، Repeatability خوب می‌تواند حتی از Absolute Accuracy اهمیت زیادی داشته باشد.
Temperature محیط اطراف Sensor می‌تواند روی Electronics و Optics اثر بگذارد.
در Furnace و محیط‌های بسیار گرم ممکن است Cooling Jacket یا Air Cooling مورد نیاز باشد.
Air Purge باعث عبور جریان هوای تمیز از جلوی Lens می‌شود.
این روش از تجمع:
روی Optics جلوگیری می‌کند.
در صنایع سیمان و Metal Processing این قابلیت اهمیت زیادی دارد.
در محیط‌هایی با Ambient Temperature بسیار بالا می‌توان از Water-cooled Housing استفاده کرد.
این سیستم کمک می‌کند Electronics Sensor در محدوده مجاز Temperature باقی بماند.
Protective Window برای حفاظت Optics استفاده می‌شود.
اما جنس Window باید Infrared Radiation مورد استفاده Sensor را عبور دهد.
هر شیشه معمولی برای Infrared Measurement مناسب نیست.
یکی از اشتباهات رایج این است که Infrared Sensor پشت شیشه معمولی نصب شود.
شیشه می‌تواند بخش قابل توجهی از Infrared Radiation مورد نظر Sensor را جذب یا Reflection کند.
در صورت نیاز به Window باید Material مخصوص و سازگار با Spectral Range استفاده شود.
Smoke، Steam و Gas می‌توانند Radiation میان Target و Sensor را جذب یا منتشر کنند.
این موضوع Measurement را مختل می‌کند.
در خردی سنسور دما مادون قرمز باید Optical Path واقعی Process بررسی شود.
Fixed Infrared Sensor برای نصب دائم روی Machine یا Production Line طراحی می‌شود.
این Sensor می‌تواند Temperature را به‌صورت Continuous اندازه‌گیری کند.
خروجی آن می‌تواند به PLC یا Control System منتقل شود.
Portable Infrared Thermometer برای Measurement دستی استفاده می‌شود.
اپراتور Sensor را به سمت Target گرفته و Temperature را مشاهده می‌کند.
این مدل برای Inspection مناسب است، اما برای Automation دائمی معمولاً Fixed Sensor بهتر است.
مدل‌های صنعتی می‌توانند Outputهای مختلفی داشته باشند:
نوع خروجی باید با PLC یا Controller هماهنگ باشد.
4–20mA یکی از رایج‌ترین Outputهای صنعتی است.
Temperature Range مشخصی روی محدوده جریان Scale می‌شود.
برای مثال Minimum Temperature می‌تواند معادل 4mA و Maximum Temperature معادل 20mA تنظیم شود.
0–10V نیز در Automation و HVAC استفاده می‌شود.
در فاصله‌های زیاد معمولاً 4–20mA مقاومت بهتری در برابر بعضی مشکلات انتقال Signal دارد.
بعضی Infrared Sensorها دارای Relay یا Switching Output هستند.
می‌توان Threshold تعیین کرد و با عبور Temperature از مقدار مشخص، Output تغییر کند.
این قابلیت برای:
مناسب است.
Infrared Sensor صنعتی می‌تواند از طریق Analog Output به PLC متصل شود.
ساختار می‌تواند به شکل زیر باشد:
Infrared Sensor → 4–20mA → PLC Analog Input
یا:
Infrared Sensor → 0–10V → PLC Analog Input
مدل‌های جدیدتر ممکن است Communication Protocol داشته باشند.
این قابلیت امکان:
را فراهم می‌کند.
برای Small Target باید Optical Resolution مناسب باشد.
اگر Spot Sensor بزرگ‌تر از Target باشد، Background وارد Measurement می‌شود.
در خردی سنسور دما مادون قرمز باید Minimum Target Size در فاصله نصب محاسبه شود.
در Production Line سریع، Response Time بسیار مهم است.
Sensor باید بتواند قبل از خروج Target از Field of View، Measurement مناسبی انجام دهد.
Peak Hold قابلیت نگهداری Maximum Temperature در یک بازه زمانی است.
این ویژگی برای Targetهای کوچک و متحرک می‌تواند مفید باشد.
Valley Hold کمترین Temperature مشاهده‌شده را نگه می‌دارد.
در بعضی Processهای کنترل کیفیت کاربرد دارد.
Average یا Averaging باعث می‌شود Noise و تغییرات سریع Signal کاهش پیدا کنند.
اما Averaging زیاد می‌تواند Response سیستم را کند کند.
Flame Measurement یک کاربرد تخصصی است.
Sensor باید Spectral Range مناسب داشته باشد تا Radiation شعله و Background به‌درستی تفکیک شوند.
هر Infrared Sensor عمومی برای Flame Temperature مناسب نیست.
Infrared Thermometerهای پزشکی و انسانی برای محدوده Temperature بدن و شرایط Measurement مخصوص طراحی شده‌اند.
Sensorهای صنعتی لزوماً برای اندازه‌گیری Temperature بدن مناسب یا کالیبره نیستند.
Thermocouple:
Infrared Sensor:
انتخاب به Process بستگی دارد.
PT100:
Infrared Sensor:
Type K نیازمند تماس یا قرارگیری Probe در محیط مورد نظر است.
Infrared Sensor از فاصله Measurement انجام می‌دهد.
اگر Temperature داخلی Fluid مورد نیاز باشد، Thermocouple می‌تواند بهتر باشد.
اگر Surface متحرک یا بسیار داغ اندازه‌گیری شود، Infrared Sensor مزیت دارد.
در بسیاری از کاربردها پاسخ خیر است.
Infrared Temperature Sensor عمدتاً Surface Temperature را اندازه‌گیری می‌کند.
Temperature داخل Material ممکن است با Surface Temperature متفاوت باشد.
این موضوع در صنایع غذایی، پلاستیک و مواد ضخیم بسیار اهمیت دارد.
مهم‌ترین مزایا عبارت‌اند از:
محدودیت‌های مهم شامل:
Infrared Sensor زمانی بسیار مناسب است که:
اگر Temperature داخلی مایع یا تجهیز مورد نیاز باشد، Sensorهای تماسی مانند RTD یا Thermocouple می‌توانند گزینه دقیق‌تری باشند.
همچنین روی Surfaceهای بسیار براق یا زمانی که Optical Path وجود ندارد، Contact Sensor ممکن است انتخاب ساده‌تری باشد.
در خردی سنسور دما مادون قرمز ابتدا Temperature Range مشخص شود.
نوع Material Target تعیین شود.
Emissivity سطح بررسی شود.
Target Size مشخص شود.
فاصله Sensor تا Target تعیین شود.
Distance-to-Spot Ratio بررسی شود.
Spectral Range مناسب انتخاب شود.
Response Time مورد نیاز تعیین شود.
Accuracy و Repeatability بررسی شوند.
Ambient Temperature مشخص شود.
وجود Dust، Smoke یا Steam بررسی شود.
Output مناسب مانند 4–20mA یا 0–10V انتخاب شود.
سازگاری با PLC بررسی شود.
در محیط داغ، Air Purge یا Cooling System در نظر گرفته شود.
برای خردی سنسور دما مادون قرمز مخصوص Metal باید توجه بیشتری به Emissivity شود.
فلزات براق Radiation محیط را Reflection می‌کنند.
در این کاربرد موارد زیر اهمیت دارند:
برای Furnace باید علاوه بر Temperature، موارد زیر بررسی شوند:
استفاده از Sensor نامناسب می‌تواند Measurement Error زیادی ایجاد کند.
در Conveyor Application باید:
بررسی شوند.
Sensor باید به‌صورت ثابت و بدون Vibration شدید نصب شود.
Lens باید دید مستقیم به Target داشته باشد.
Target نیز باید Field of View را به اندازه کافی پر کند.
در بسیاری از کاربردها بهتر است Sensor به‌گونه‌ای نصب شود که Reflection مستقیم منابع گرمایی دیگر وارد Optics نشود.
روی سطوح بسیار براق Angle Installation اهمیت بیشتری دارد.
Dust یا Oil روی Lens می‌تواند مقدار Radiation دریافتی را کاهش دهد.
به همین دلیل Optics باید تمیز نگه داشته شود.
Air Purge می‌تواند در محیط‌های آلوده بسیار مفید باشد.
Maintenance معمولاً شامل:
است.
Infrared Sensor نیز می‌تواند Calibration شود.
در Calibration مقدار Sensor با Blackbody Reference در Temperatureهای مشخص مقایسه می‌شود.
برای کاربردهای دقیق، Calibration دوره‌ای اهمیت بیشتری دارد.
Blackbody Reference یک منبع حرارتی با Emissivity بسیار بالا و Temperature کنترل‌شده است.
از آن برای Calibration و بررسی عملکرد Infrared Thermometer و Pyrometer استفاده می‌شود.
خطاهای رایج شامل:
است.
برندهای مختلفی Infrared Temperature Sensor و Pyrometer صنعتی تولید می‌کنند.
Optris در زمینه Infrared Thermometer و Pyrometer صنعتی محصولات متنوعی دارد.
Raytek و خانواده محصولات مرتبط با Fluke Process Instruments در زمینه Non-contact Temperature Measurement شناخته شده‌اند.
Micro-Epsilon نیز Infrared Temperature Sensorهای صنعتی ارائه می‌کند.
ifm انواع Temperature Monitoring و Infrared Sensorهای صنعتی در برخی کاربردها ارائه می‌کند.
SICK نیز در حوزه Sensor Technology محصولات مختلفی برای Automation صنعتی دارد.
در خردی سنسور دما مادون قرمز بهتر است برند بعد از مشخص شدن Temperature Range، Material، Optics، Distance و Output انتخاب شود.
کاربرد سنسور دما مادون قرمز شامل اندازه‌گیری غیرتماسی Temperature اجسام متحرک، بسیار داغ، دور از دسترس یا سطوحی است که امکان نصب Sensor تماسی روی آنها وجود ندارد. این فناوری در صنایع فولاد، شیشه، پلاستیک، غذایی، بسته‌بندی، چاپ، کوره‌ها و خطوط تولید کاربرد زیادی دارد.
اگر سؤال این باشد که سنسور دما مادون قرمز چیست؟ می‌توان آن را یک Non-contact Temperature Sensor دانست که Infrared Radiation منتشرشده از سطح جسم را دریافت کرده و بر اساس آن Temperature سطح را محاسبه می‌کند.
در خردی سنسور دما مادون قرمز باید Temperature Range، Emissivity، Spectral Range، Distance-to-Spot Ratio، Target Size، Response Time، Output و شرایط محیطی بررسی شوند. انتخاب صحیح Optics و تنظیم درست Emissivity نقش بسیار مهمی در Accuracy سیستم دارند.
