ধাতু গলানো এবং কাঁচ উত্পাদনের মতো শিল্প কার্যক্রম কনট্যাক্ট-ভিত্তিক সেন্সরগুলির জন্য প্রকৃত চ্যালেঞ্জ হয়ে দাঁড়ায়। তীব্র তাপ (কখনও কখনও 1200 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি) এবং চলমান অংশগুলি এবং কঠোর রাসায়নিক পরিবেশের সম্মুখীন হলে এই সেন্সরগুলি সবচেয়ে বেশি অবিশ্বস্ত হয়ে পড়ে। পিরোমিটারগুলি একটি ভালো সমাধান প্রদান করে যেহেতু এগুলির সরাসরি যোগাযোগের প্রয়োজন হয় না, যার ফলে কর্মীদের পক্ষে এমন জায়গাগুলি নিয়মিত পর্যবেক্ষণ করা সম্ভব হয় যেগুলি পৌঁছানোর পক্ষে কঠিন, যেমন ব্লাস্ট ফার্নেসের ভিতরে বা গলিত কাঁচের প্রবাহের কাছাকাছি। নন-কনট্যাক্ট সেন্সর প্রযুক্তি সংক্রান্ত একটি সদ্য প্রকাশিত গবেষণায় আরও মজার তথ্য পাওয়া গিয়েছে: যেসব ইস্পাত কারখানায় নন-কনট্যাক্ট তাপমাত্রা পরিমাপ করা হয়, সেখানে পুরানো থার্মোকাপল ব্যবহার করে যে ক্ষতি হয়, তার তুলনায় 63% কম সরঞ্জাম ক্ষতিগ্রস্ত হয়। এমন চরম পরিস্থিতির মুখোমুখি হলে প্রস্তুতকারকদের এমন সরঞ্জামের প্রয়োজন হয় যা ক্ষতি সহ্য করতে পারে এবং তবুও সঠিক পাঠ দিতে সক্ষম হয়। এই কারণেই অনেক কারখানা কেবলমাত্র নিরাপত্তার কারণে নয়, বরং পিরোমিটারগুলি ব্যবহার করে কারণ এগুলি উৎপাদন নিরবচ্ছিন্নভাবে চালিত রাখতে সাহায্য করে এবং প্রতিনিয়ত ভাঙন এড়ায়।
ইনফ্রারেড পাইরোমিটারগুলি নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পাল্লার মধ্যে বস্তুগুলি থেকে আসা তাপ বিকিরণ সংগ্রহ করে কাজ করে, সাধারণত 0.7 এবং 20 মাইক্রোমিটারের মধ্যে। এই ডিভাইসগুলিতে অপটিক্যাল সিস্টেম থাকে যা এই বিকিরণ সংগ্রহ করে এবং এটিকে যন্ত্রের অভ্যন্তরে থার্মোপাইল বা ফোটোডিটেক্টর উপাদানের দিকে পাঠায়। তারপর কী ঘটে? এই উপাদানগুলি ধরা পড়া বিকিরণকে সরাসরি তাপমাত্রা পরিমাপের অনুরূপ বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তরিত করে। আলুমিনিয়াম রোলিং মিলগুলি একটি কেস স্টাডি হিসাবে নিন। যখন অপারেটররা তাদের পাইরোমিটারগুলিকে নির্দিষ্টভাবে 1.6 মাইক্রোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ফোকাস করতে সেট করেন, তখন তারা অনেক ভালো ফলাফল পান কারণ ভাপ এবং ধূলিকণা পরিমাপের সঙ্গে এতটা হস্তক্ষেপ করে না। এটির গুরুত্ব কী? কারণ অনেক শিল্প উপকরণ তাদের পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্য এবং তাপ নির্গমনের উপায়ের উপর নির্ভর করে আলোকে প্রতিফলিত করে। নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ফোকাস করার মাধ্যমে উত্পাদকরা প্রকৃত তাপমাত্রা পর্যবেক্ষণ বজায় রাখতে পারেন যদিও বাস্তব পরিস্থিতিতে এই চ্যালেঞ্জগুলি রয়েছে।
পাইরোমিটারের কার্যকারিতা নিয়ন্ত্রণকারী তিনটি প্রধান চলক হল:
গুণনীয়ক | নির্ভুলতার উপর প্রভাব | হ্রাস কৌশল |
---|---|---|
এমিশিভিটি | কম নির্গমন ক্ষমতা (যেমন- পালিশকৃত ধাতু) কম পরিমাণে প্রতিবেদনের কারণ হয় | ডুয়াল-তরঙ্গদৈর্ঘ্য মডেল ব্যবহার করুন |
তরঙ্গদৈর্ঘ্য | ভুল বর্ণালী ব্যান্ড নির্বাচন পাঠকে বিকৃত করে | উপকরণের ধর্মের সাথে মিল রেখে নির্বাচন করুন |
পরিবেশগত | ধূলো, গ্যাস বা তাপীয় পটভূমি তথ্যকে বিকৃত করে | পিউর্জ এয়ার সিস্টেম এবং সংকেত ফিল্টারিং |
উদাহরণস্বরূপ, কাঁচ উত্পাদনকারী প্রতিষ্ঠানগুলো স্বচ্ছতা এবং পৃষ্ঠতল প্রতিফলন বিবেচনা করে গলিত কাঁচের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণে ±0.5% নির্ভুলতা অর্জন করে থাকে বহু-তরঙ্গদৈর্ঘ্য পাইরোমিটার ব্যবহার করে। ব্ল্যাকবডি বিকিরণ উৎসের বিরুদ্ধে নিয়মিত স্কেল পরীক্ষা উচ্চ তাপ প্রয়োগে নির্ভরযোগ্যতা বজায় রাখে।
1500 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রায় পরিচালিত ধাতু প্রক্রিয়াকরণের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, কঠিন পরিমাপের সমস্যার সমাধানের ক্ষেত্রে পাইরোমিটারগুলি প্রকৃতপক্ষে উজ্জ্বল প্রদর্শন করে। উদাহরণ হিসাবে বলা যায়, ইস্পাত আকৃতি দেওয়ার অপারেশন বা অ্যালুমিনিয়াম এক্সট্রুশন প্রক্রিয়াগুলি এমন উত্পাদন পদক্ষেপগুলি চাহিদা করে যা কঠোর তাপমাত্রা পরিচালনার প্রয়োজন। সমস্যাটি হল যে প্রক্রিয়াকরণের সময় নির্গমন মানগুলি প্রচুর পরিবর্তিত হয়, গলিত ধাতুগুলি সাধারণত 0.3 থেকে 0.7 এর মধ্যে থাকে যেখানে কঠিন পদার্থগুলি 0.2 থেকে 0.4 এর মধ্যে থাকে। এই পার্থক্যটি কন্ট্যাক্ট ভিত্তিক সিস্টেমগুলির জন্য প্রকৃতপক্ষে মাথাব্যথার কারণ হয়ে দাঁড়ায়, যেখানে সঠিকতার ত্রুটিগুলি কখনও কখনও প্লাস বা মাইনাস 5% পর্যন্ত হতে পারে। এবং কোয়েঞ্চিং গাদা বা উত্তপ্ত পৃষ্ঠগুলিতে স্বাভাবিক অক্সাইড স্তরগুলি যা গঠিত হয় এমন পরিবেশগত অবস্থার বিবেচনা করার সময় বিষয়গুলি আরও জটিল হয়ে ওঠে, যা কনভেনশনাল সেন্সরের পঠনগুলিকে বিঘ্নিত করে এবং প্ল্যান্ট অপারেটরদের জন্য মানের মানদণ্ড বজায় রাখা কঠিন করে তোলে।
ইনফ্রারেড পাইরোমিটারগুলি দ্রুত চলমান শিল্প প্রক্রিয়াগুলির সময় তাপমাত্রা পর্যবেক্ষণ করে রাখে যেখানে প্রত্যক্ষ পরীক্ষার জন্য প্রব ব্যবহার করা যায় না। যেমন ধাতু শোধনের ক্ষেত্রে। যখন প্রস্তুতকারকরা ম্যানুয়ালি পরীক্ষা করার অপেক্ষা না করে এই স্পেকট্রাল ব্যান্ডের পাঠগুলি ব্যবহার করে তখন তারা প্রায় 28 শতাংশ হ্রাস পায় এমন দানাদার গঠনের সমস্যায়। আবার অ্যালুমিনিয়াম রোলিং মিলগুলিতে, এই ছোট ছোট যন্ত্রগুলি 1.6 মাইক্রনের কাছাকাছি কাজ করে এবং যন্ত্রপাতি এবং ছোট ছোট ধাতব ধূলিকণা সর্বত্র ছড়িয়ে পড়ার পরেও এগুলি প্লাস মাইনাস 1% এর মধ্যে যথার্থতা বজায় রাখে।
আধুনিক সুবিধাগুলি তাপীয় ব্যবস্থাপনা স্বয়ংক্রিয় করতে পাইরোমিটারগুলিকে পিএলসি (প্রোগ্রামেবল লজিক কন্ট্রোলার) এর সাথে যুক্ত করে। এই একীকরণের মাধ্যমে সম্ভব হয়:
প্যারামিটার | ম্যানুয়াল নিয়ন্ত্রণের তুলনায় উন্নতি |
---|---|
প্রতিক্রিয়া সময় | 50x দ্রুততর সমন্বয় |
শক্তি দক্ষতা | চুল্লী জ্বালানীতে 18% হ্রাস |
ত্রুটি হার | বিকৃত অংশগুলিতে 31% হ্রাস |
2023 সালে স্বতঃপ্রণোদিত উপাদান আনবিং সম্পর্কে একটি অধ্যয়ন দেখিয়েছে যে বন্ধ-লুপ পাইরোমিটার সিস্টেমগুলি ইনডাকশন হিটিং কয়েলগুলিতে মিলিসেকেন্ড-স্তরের প্রতিক্রিয়ার মাধ্যমে তাপীয় ওভারশুটকে 35% হ্রাস করেছে।
গলিত কাচের তাপমাত্রা পরিমাপের বেলা পিরোমিটার প্রায় অপরিহার্য হয়ে ওঠে, কারণ পারম্পরিক কনট্যাক্ট সেন্সরগুলি 1600 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মতো তীব্র তাপ সহ্য করতে পারে না এবং উপাদানটির আঠালো প্রকৃতি সম্পূর্ণ অসামঞ্জস্যপূর্ণ। এই যন্ত্রগুলি যখন 3 থেকে 5 মাইক্রন তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মধ্যে নির্দিষ্ট অংশে ফোকাস করে, তখন এগুলি দহনকারী গ্যাসগুলি থেকে আসা অবাঞ্ছিত ইনফ্রারেড শব্দ উপেক্ষা করতে সক্ষম হয়। এই পদ্ধতি কাচ উৎপাদন লাইনগুলিতে প্রায় 1 শতাংশ নির্ভুলতা প্রদান করে। সাম্প্রতিক কিছু গবেষণায় আরও দেখা গেছে যে স্পেকট্রাল সেটিংগুলি সামঞ্জস্য করার ফলে নির্ভুল কাচ মোল্ডিংয়ের সময় তাপমাত্রার স্থিতিশীলতা আরও ভালো হয়। ফলাফল? গত বছর শু এবং সহকর্মীদের প্রকাশিত একটি অধ্যয়ন অনুযায়ী সাধারণ ব্রড স্পেকট্রাম পদ্ধতির তুলনায় প্রায় 40 শতাংশ কম অপটিক্যাল বিকৃতি।
বোরোসিলিকেট এবং ফিউজড সিলিকাতে নির্গমন পরিবর্তনের সাথে পারম্পরিক পাইরোমিটারগুলি কাজ করতে ব্যর্থ হয়। বহু-তরঙ্গদৈর্ঘ্য মডেলগুলি 0.8 μm, 1.6 μm এবং 2.2 μm তে তাপীয় বিকিরণের তুলনা করে, স্বয়ংক্রিয়ভাবে ফেজ পরিবর্তনের সময় স্বচ্ছতা পরিবর্তনগুলি পূরণ করে। ওষুধের কাঁচের শিশু উৎপাদনে এই পদ্ধতি প্রায় 68% পর্যন্ত পরিমাপের ত্রুটি কমিয়ে দেয়, যেখানে রাসায়নিক স্থিতিশীলতার জন্য ±2°C স্থিতিশীলতা আবশ্যিক।
আধুনিক পাইরোমিটার অ্যারেগুলি 20 মিটার শিল্প কিল্নের তাপীয় ঢাল পর্যবেক্ষণ করে, যা সেরামিক বক্রতা ঘটায় এমন শীতল স্থানগুলি সনাক্ত করে। টাইল উৎপাদনে, 5-সেকেন্ড অন্তর প্রকৃত সময়ে পর্যবেক্ষণ করে ভিট্রিফিকেশন ত্রুটি প্রতিরোধ করে, 1,250°C এর সর্বোচ্চ তাপমাত্রা ±5°C সহনশীলতা অঞ্চলের মধ্যে রক্ষা করে।
ব্ল্যাকবডি রেডিয়েশন উৎসের বিরুদ্ধে ত্রৈমাসিক ক্যালিব্রেশন লেন্স দূষণের পরেও পাইরোমিটারের সঠিকতা নিশ্চিত করে। প্রকৌশলীরা অপটিক্যাল স্পষ্টতা বজায় রাখতে 30° সংস্থাপন লেজারগুলিকে পিউর্জ বায়ু সিস্টেমগুলির সাথে সংযুক্ত করে, গ্লাস ফ্লোট লাইনগুলিতে 99.3% আপটাইম অর্জন করে। সমাযোজনযোগ্য ইমিসিভিটি সেটিংস (0.20–0.95 পরিসর) অপারদর্শী সিরামিক থেকে শুরু করে স্বচ্ছ সিলিকা জেলস পর্যন্ত বিভিন্ন উপকরণগুলি সমর্থন করে।
পিরোমিটারগুলি সত্যিই ভালো সেসব পরিস্থিতির জন্য যেখানে তাপমাত্রা দ্রুত পরিবর্তন করা দরকার। রোল টু রোল কোটিং বা যখন প্লাস্টিক খুব দ্রুত গতিতে বাইরে টেনে আনা হয় সেসব বিষয়ের কথা ভাবুন। পলিমারগুলির সাথে কাজ করার সময় এই ইনফ্রারেড সেন্সরগুলি আসলে ডাইয়ের মধ্যে সেই গুরুত্বপূর্ণ বিন্দুগুলিতে গলিত তাপমাত্রা ট্র্যাক করতে পারে এবং প্রায় প্লাস মাইনাস 1% সঠিকতার সাথে কাজ করে। এটি অপারেটরদের উপাদানগুলি বাঁকানো বা অবাঞ্ছিত স্ফটিক গঠন তৈরি করার আগে কত দ্রুত শীতল হবে তা নিয়ন্ত্রণ করতে দেয়। আর যেহেতু গতির কথা বলছি, ধাতুর কোটিং অপারেশনে এই ডিভাইসগুলি সাবস্ট্রেটের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করে যখন জিনিসগুলি 300 মিটার প্রতি মিনিটের বেশি গতিতে চলে। এটি পুরানো থার্মোকাপলগুলির চেয়ে অনেক বেশি দ্রুত কারণ সাধারণত এগুলি প্রতিক্রিয়া জানাতে এক থেকে দুই সেকেন্ড সময় নিত।
নন-কনট্যাক্ট পিরোমিটারগুলি তিনটি প্রধান শিল্প চ্যালেঞ্জ পার হয়ে যায়:
2023 সালের একটি ক্ষেত্র অধ্যয়নে দেখা গেছে যে যন্ত্রগুলির তুলনায় কঠোর পরিবেশে 93% কম ক্যালিব্রেশন হস্তক্ষেপ প্রয়োজন হয়েছে
প্রস্তুতকারকরা বৃহৎ শিল্প পরিস্থানগুলিতে সম্পূর্ণ তাপমাত্রা পর্যবেক্ষণ ব্যবস্থা স্থাপনের জন্য ক্রমবর্ধমানভাবে লোরাওয়ান সংযোগের সাথে সজ্জিত ব্যাটারি চালিত পাইরোমিটারের দিকে ঝুঁকছেন। এই নেটওয়ার্কগুলি থেকে সংগৃহীত ডেটা প্রাক-দৃষ্টি মডেলগুলিতে প্রবেশ করানো হয়, যা আসলে ভাটা পরিচালনার সময় প্রতিরোধী উপকরণগুলি কখন ক্ষয় হতে শুরু করবে তা প্রায় তিন সপ্তাহ আগেই ভবিষ্যদ্বাণী করতে পারে। জার্মানির একটি অটোমোটিভ কারখানার উদাহরণ দিন যেখানে ওয়্যারলেস তাপমাত্রা সেন্সর বাস্তবায়ন করে তাপ সম্পর্কিত উৎপাদন থামানো প্রায় দুই তৃতীয়াংশ কমিয়ে দিয়েছিল। রক্ষণাবেক্ষণ খরচও উল্লেখযোগ্যভাবে কমে গিয়েছিল, প্রতি বছর প্রায় সাড়ে সাত লাখ ডলার বাঁচিয়েছিল তাদের প্রতিবেদন অনুযায়ী।
থার্মোকাপল সহ কন্ট্যাক্ট সেনসরগুলি শিল্প পরিবেশে উল্লেখযোগ্য চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়। হাই-স্পীড রোলিং মিল বা ক্ষয়কারী রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলিতে, পৃষ্ঠের সাথে শারীরিক যোগাযোগের কারণে সেন্সরের ক্ষয় ত্বরান্বিত হয়, যার ফলে বার্ষিক 15–20% ক্যালিব্রেশন ড্রিফট বৃদ্ধি পায়। থার্মোকাপলগুলি এছাড়াও নিম্নলিখিত সমস্যায় পড়ে:
আধুনিক ইনফ্রারেড পাইরোমিটারগুলি নন-কন্ট্যাক্ট অপারেশনের মাধ্যমে এই সমস্যাগুলি দূর করে। নির্গত তাপীয় বিকিরণ পরিমাপ করে, তারা স্টিল মিল এবং গ্লাস ফার্নেসে 5+ বছর ধরে ±0.5% সঠিকতা বজায় রাখে। প্রধান সুবিধাগুলি হল:
পাইরোমিটারগুলির প্রাথমিক খরচ কনট্যাক্ট সেন্সরগুলির তুলনায় বেশি (2k–8k ডলার বনাম 300–1,500 ডলার), তবে তাদের ROI 12–18 মাসের মধ্যে পরিষ্কার হয়ে ওঠে:
খরচ ফ্যাক্টর | থার্মোকাপল | পাইরোমিটার |
---|---|---|
বার্ষিক রক্ষণাবেক্ষণ | 12k–20k ডলার | 1k–3k ডলার |
ক্যালিব্রেশনের ফ্রিকোয়েন্সি | মাসিক | ছয় মাসে একবার |
প্রক্রিয়া আয় উন্নতি | 0–2% | 5–9% |
পাইরোমিটার ব্যবহার করে উদ্ভিদগুলি অ্যালুমিনিয়াম এক্সট্রুশনে 23% কম মানের প্রত্যাখ্যান এবং সেরামিক চুল্লীতে নির্ভুল তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে 17% শক্তি সাশ্রয় প্রতিবেদন করে।
একটি পাইরোমিটার হল এমন একটি যন্ত্র যা পরিমাপ করা বস্তুর সাথে সরাসরি শারীরিক যোগাযোগ ছাড়াই উচ্চ তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয়।
পাইরোমিটারগুলি অবিচ্ছিন্ন, নন-কনট্যাক্ট তাপমাত্রা পরিমাপের অনুমতি দেয়, যার ফলে এগুলি চরম পরিস্থিতিতে কনট্যাক্ট সেন্সরগুলির তুলনায় আরও নির্ভরযোগ্য এবং ক্ষয়-ক্ষতির প্রবণতা কম হয়।
পাইরোমিটারগুলি কোনও বস্তু থেকে নির্গত অবলোহিত বিকিরণ সনাক্ত করে তাপমাত্রা পরিমাপ করে এবং তাপমাত্রার সাথে সম্পর্কিত একটি বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তর করে।
পাইরোমিটারগুলির সঠিকতা এমিসিভিটি, তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্বাচন এবং ধূলিকণা ও গ্যাসের মতো পরিবেশগত ব্যতিক্রমের মতো বিষয়গুলি দ্বারা প্রভাবিত হতে পারে।
থার্মোকাপলগুলির মতো কনট্যাক্ট সেন্সরগুলির জন্য মাসিক ক্যালিব্রেশনের প্রয়োজন হলেও পাইরোমিটারগুলির সাধারণত অর্ধবার্ষিক ক্যালিব্রেশনের প্রয়োজন হয়।