Kādos scenārijos pirometrs rūpnieciskajās iestādēs tiek parasti izmantots?

Kā pirometri nodrošina bezkontakta temperatūras mērīšanu rūpnieciskajos pielietojumos

Vajadzība pēc bezkontakta temperatūras sensoriem grūtās darba vidēs

Industriālās operācijas, piemēram, metālu kausēšana un stikla ražošana, rada reālas problēmas kontakttipa sensoriem. Intensīvs karstums (reizēm virs 1200 grādiem pēc Celsija) kopā ar kustīgām detaļām un agresīvu ķīmisko vidi padara šos sensorus par vislabāko gadījumu neuzticamus. Pirometri piedāvā labāku risinājumu, jo tiem nav nepieciešams tiešais kontakts, ļaujot darbiniekiem nepārtraukti uzraudzīt apstākļus pat tādās vietās, kur piekļūt grūti, piemēram, iekšā kausēšanas krāsnīs vai tuvu plūstošam sasilušam stiklam. Arī nesenā pētījumā no Non Contact Sensor Technology cilvēkiem tika parādīts kaut kas interesants: tērauda rūpnīcas, kas izmantoja bezkontakta temperatūras mērīšanas metodes, pieredzēja apmēram 63% mazāk iekārtu bojājumus salīdzinājumā ar tām, kas paļāvās uz vecmodīgiem termopāriem. Strādājot ar tik ekstremāliem apstākļiem, ražotājiem ir nepieciešami rīki, kas izturēt spiedienu un joprojām nodrošina precīzus mērījumus. Tāpēc daudzas rūpnīcas ir pievērsušās pirometriem ne tikai drošības apsvērumu dēļ, bet arī tāpēc, ka tie palīdz uzturēt ražošanu nepārtraukti un bez biežiem pārtraukumiem.

Infrasarkanā pirometru darbības princips industriālajā vidē

Infrasarkanās pirometra darbojas, uztverot siltuma starojumu, ko no objektiem izstaro noteiktos viļņu garumu diapazonos, parasti no 0,7 līdz 20 mikrometriem. Šīm ierīcēm ir optiskas sistēmas, kas savāc šo starojumu un nosūta to uz instrumenta iekšpusē esošu termopili vai fotodetektora komponenti. Kas notiek tālāk? Nu, šīs komponentes pārveido uztvērto starojumu par elektriskajiem signāliem, kas tieši atbilst temperatūras rādījumiem. Apskatīsim piemēru — alumīnija valcēšanas cehus. Kad operators iestata pirometru, lai tas koncentrētos tieši uz 1,6 mikrometru viļņu garumiem, iegūst daudz labākus rezultātus, jo tvaiks un putekļu daļiņas mazāk traucē mērījumus. Kāpēc tas ir svarīgi? Tāpēc, ka daudzi rūpnieciski materiāli atspoguļo gaismu atšķirīgi, atkarībā no to virsmas īpašībām un veida, kādā tie izstaro siltumu. Koncentrējoties uz noteiktiem viļņu garumiem, ražotāji var nodrošināt precīzu temperatūras uzraudzību, neskatoties uz šiem izaicinājumiem reālos apstākļos.

Galvenie faktori, kas ietekmē precizitāti: emisivitāte, viļņa garums un vides traucējumi

Trīs kritiskie mainīgie, kas nosaka pirometra darbību:

Piemēram, stikla ražotāji, izmantojot daudzu viļņu pirometrus, sasniedz ±0,5% precizitāti šķidrā stikla temperatūras kontolē, ņemot vērā caurspīdīgumu un virsmas atspīdumus. Regulāra kalibrēšana pret melnā ķermeņa starojuma avotiem uztur uzticamību augstas temperatūras lietojumos.

Pirometra lietošana metālu izgatavošanā un siltuma apstrādes procesos

Temperatūras problēmas tērauda un alumīnija apstrādē

Metālu apstrādes lietojumos, kur temperatūra bieži pārsniedz 1500 grādus pēc Celsija, pirometri īpaši izceļas, risinot sarežģītus mērīšanas uzdevumus. Piemēram, tērauda kalšanas operācijās vai alumīnija ekstrūzijas procesos šie ražošanas posmi prasa precīzu temperatūras kontroli. Problēma ir tāda, ka emisivitātes vērtības procesa laikā ievērojami mainās — kausētiem metāliem tās parasti svārstās no 0,3 līdz 0,7, bet cietiem materiāliem — no 0,2 līdz 0,4. Šis atšķirības rada reālas grūtības kontaktbāzētām sistēmām, kuru precizitātes kļūdas dažkārt sasniedz plus mīnus 5%. Un situācija kļūst vēl sarežģītāka, ņemot vērā vides apstākļus, piemēram, tvaiku, kas rodas dzesēšanas vannās, vai dabiskās oksīda kārtas, kas veidojas uz karstām virsmām, kas visām traucē konvencionālo sensoru rādījumiem, radot frustāciju ražošanas operatoriem, kuri cenšas uzturēt kvalitātes standartus.

Reāllaika uzraudzība kalšanas, termiskās apstrādes un valcēšanas procesos

Infrasarkanās pirometru izmanto, lai uzraudzītu temperatūru visās tās straujās industriālajās procesu norisēs, kur fiziski ievietot mērīšanas sensoru vienkārši nebūtu iespējams. Piemēram, pie tērauda atkausēšanas. Kad ražotāji var veikt uzreizējas korekcijas, izmantojot šos spektrālo joslu mērījumus, nevis gaidīt, kamēr kāds manuāli pārbauda situāciju ik pa laikam, faktiski tiek novērots apmēram 28% samazinājums nepatīkamajās graudu struktūras problēmās. Un pie alumīnija valcētavām, šīs ierīces, kas darbojas ap 1,6 mikroniem, spēj saglabāt diezgan augstu precizitāti — plus mīnus 1%, pat tad, kad visa apkārtne dreb no mašīnēm un visur lidinās metāla putekļi.

Pirometru integrēšana ar PLC sistēmām, lai nodrošinātu slēgto procesu vadību

Mūsdienu ražošanas jaudas savieno pirometrus ar PLC (programmējamām loģikas kontrolēm), lai automatizētu siltuma pārvaldību. Šāda integrācija ļauj:

2023. gada pētījums par automašīnu komponentu kausēšanu parādīja, ka cikliskās pirometru sistēmas samazināja siltuma pārpalikumu par 35 %, izmantojot milisekunžu līmeņa atsauksmes indukcijas sildīšanas tinumiem.

Precīza temperatūras kontrole stikla un keramikas ražošanā

Kausēta stikla temperatūras mērīšana ar spektrālā joslas optimizēšanu

Izšķīduša stikla temperatūras mērīšanā pirometri ir gandrīz vai nepieciešami, jo tradicionālie kontaktu sensori vienkārši nevar izturēt intensīvo siltumu līdz pat 1600 grādiem pēc Celsija, kā arī paša materiāla līmīgumu. Šīm ierīcēm vislabāk strādā, kad tās koncentrējas uz noteiktām spektra daļām no 3 līdz 5 mikroniem, kas palīdz tām ignorēt visu to traucējošo infrasarkano starojumu, ko rada degšanas gāzes. Šāds paņēmiens ražotājiem nodrošina aptuveni 1 procentu precizitāti ilgstošās stikla ražošanas līnijās. Daži jaunāki pētījumi ir parādījuši arī kaut ko interesantu – spektrālo iestatījumu pielāgošana patiešām nodrošina labāku temperatūras vienmērīgumu precīzā stikla veidošanas laikā. Kāds ir rezultāts? Apmēram par 40 procentiem mazāk optisko izkropļojumu salīdzinājumā ar to, kas rodas, izmantojot parastās plašā spektra metodes, kā norādīts nesenajā Shu un līdzautoriem publicētajā pētījumā.

Dažādu viļņu garumu pirometri uzlabotai precizitātei caurspīdīgos materiālos

Tradicionāli pirometri cīnās ar emisijas spēja mainīgumu borosilikāta un kvēlslānī. Dažādu viļņu garumu modeļi salīdzina termisko starojumu 0,8 μm, 1,6 μm un 2,2 μm vienlaikus, automātiski kompensējot caurspīdīguma izmaiņas fāžu pārejas laikā. Šāds pieeja samazina mērījumu kļūdas par 68% farmācijas stikla ampulu ražošanā, kur ±2°C stabilitāte ir obligāta ķīmiskai stabilitātei.

Kilna temperatūras uzraudzība keramikas sinterēšanas un apdedzināšanas laikā

Mūsdienu pirometru matricas seko līdzi termiskajiem gradientiem 20 metrus garos rūpniecisko kilnos, konstatējot aukstās zonas, kas izraisa keramikas izkropļojumus. Flīžu ražošanā reāllaikā notiekoša uzraudzība ik pēc 5 sekundēm novērš stiklošanas defektus, uzturot maksimālo temperatūru 1250°C ar ±5°C tolerances robežām.

Kalibrācijas un iestatīšanas stratēģijas, lai nodrošinātu ticamus rādījumus augstas temperatūras vidē

Kvartāla kalibrēšana pret melnā ķermeņa starojuma avotiem nodrošina pirometru precizitāti, pat ja objektīvs ir piesārņots. Inženieri apvieno 30° ievietošanas laserus ar tīrošanas gaisa sistēmām, lai uzturētu optisko skaidrību, sasniedzot 99,3% darbības laiku stikla pludiņu līnijās. Regulējamas emisijas iestatījumi (0,20–0,95 diapazons) ļauj pielāgoties dažādiem materiāliem, sākot no nepārredzamiem keramikas izstrādājumiem līdz pustulīgiem silīta gēliem.

Pirometri augstas ātrums un smagās rūpniecības ražošanas procesos

Reāllaika uzraudzība ruļļu pārklājuma un plastmasas izstrādes procesā

Pirometri ir ļoti labi piemēroti situācijām, kur temperatūrai jāmainās ātri, padomājiet par lietām kā apvalka pārklājums vai plastmasas ātrā ekstrūzija. Strādājot ar polimēriem, šie infrasarkanās radiācijas sensori patiesībā var izsekot kušanas temperatūru tieši svarīgajās vietās matricā ar diezgan iespaidīgu precizitāti — apmēram plus mīnus 1%. Tas ļauj operatoriem regulēt materiālu dzesīšanas ātrumu, pirms tie kļūst izkropļoti vai attīstās nevēlamas kristāla struktūras. Un runājot par ātrumu, metāla pārklājuma darbībās šīs ierīces kontrolē pamatnes temperatūru, kamēr materiāls pārvietojas ar ātrumu vairāk nekā 300 metri minūtē. Tas ir daudz ātrāk nekā ar vecajiem termopāriem, jo tie parasti reaģēja kaut kur starp vienu un divām sekundēm.

Veiktspējas priekšrocības putekļainās, vibrējošās un korozijas apstākļos

Bezkontakta pirometri pāvarē trīs galvenos rūpniecisko izaicinājumus:

• Putekļu izturība : IP67 standartā novērtētiem modeļiem cementa rūpnīcās ar 20 mg/m³ daļiņu līmeni tiek uzturēta precizitāte
• Vibrācijas pretestība : Cietvielas konstrukcijas darbojas uzticami kala presēs, kurās pārsniedz 12 G-spēkus
• Imunitāte pret koroziju : Safīra optika iztur skābu atmosfēru elektrolīzes rūpnīcās

2023. gada lauka pētījums parādīja 93% mazāk kalibrēšanas iejaukšanās rupjās vidēs salīdzinājumā ar kontaktu sensoriem.

Bezvadu pirometru tīkli rūpniecībai 4.0 un prognozētajai apkopei

Ražotāji arvien biežāk vēršas pie baterijas darbināmiem pirometriem, kas aprīkoti ar LoRaWAN savienojamību, lai izveidotu visaptverošas temperatūras monitoringa sistēmas visās lielās industriālās platībās. Šo tīklu savāktie dati tiek ievadīti prognozējošajos modeļos, kas patiešām var paredzēt, kad sāks nodilties šķelšanas materiāli smēlēšanas operācijās, reizēm pat trīs nedēļas iepriekš. Piemēram, vienā automobiļu rūpnīcā Vācijā bezvadu temperatūras sensoru ieviešana samazināja siltuma dēļ izraisītos ražošanas pārtraukumus par gandrīz divām trešdaļām. Arī uzturēšanas izmaksas ievērojami samazinājās, ietaupot katru gadu apmēram septiņsimt četrdesmit tūkstošus ASV dolāru saskaņā ar viņu ziņojumiem.

Kāpēc izvēlēties pirometru pret kontaktu sensoriem? Salīdzinošie ieguvumi un ROI

Termopāru ierobežojumi kustīgos vai agresīvos vidē

Kontaktējie sensori, piemēram, termopāri, rūpnieciskos apstākļos saskaras ar nozīmīgām problēmām. Ātrgaitas valcētavās vai agresīvos ķīmiskos procesos fizisks kontakts ar virsmām paātrina sensoru novecošanos, palielinot kalibrēšanas novirzes par 15–20% gadā. Termopāriem rodas arī grūtības ar:

• Mērījumu kavēšanos (3–8 sekundes) ātrgaitas ražošanas līnijās
• Drošības riski kad tiek monitorēts kušanas metāls vai sprādzienbīstama vide
• Biežas nomaiņas dēļ mehāniskā nodiluma dēļ, kas rūpnīcām maksā vidēji 18 000 USD/gadā par apkopi

Ilgstoša stabilitāte, drošība un samazināts darba pārtraukšanas laiks ar pirometriem

Moderni infrasarkanie pirometri šīs problēmas novērš, darbojoties bez kontakta. Mērot izstaroto siltuma radiāciju, tie uztur ±0,5% precizitāti vairāk nekā 5 gadus tērauda celtņos un stikla kausēšanas krāsnīs. Galvenās priekšrocības ir:

• Nulles mehānisko nodilumu no vibrācijām vai berzes
• Reāllaika rādījumi (0,1 sekundes atbildes laiks) temperatūras regulēšanai slēgtās sistēmās
• 40% mazāk neplānotu pārtraukumu, konstatējot pārkausēšanu transportieru sistēmās

Kopējās īpašības izmaksas: Termometru ieguldījuma pamatojums industriālā vidē

Termometriem ir augstākas sākotnējās izmaksas nekā kontaktu sensoriem ($2k–$8k pret $300–$1,500), taču to ROI kļūst redzams 12–18 mēnešu laikā:

Augstākās kvalitātes kontrole ar pirometru izmantošanu ziņo par 23% mazāk kvalitātes atteikumiem alumīnija ekstrūzijā un 17% enerģijas ietaupījumiem keramikas ceplīšos, nodrošinot precīzu temperatūras regulēšanu.

Dažkārt uzdots jautājumi

Kas ir pirometrs?

Pirometrs ir instruments, kas tiek izmantots augstu temperatūru mērīšanai bez tiešas fiziskas saskares ar mērāmo objektu.

Kāpēc pirometri tiek izvēlēti nekā kontaktējošie sensori rūpnieciskos apstākļos?

Pirometri ļauj nepārtraukti veikt bezkontakta temperatūras mērīšanu, tādējādi tie ir uzticamāki un mazāk pakļauti nodilumam nekā kontaktējošie sensori ekstremālos apstākļos.

Kā pirometri mēra temperatūru?

Pirometri mēra temperatūru, reģistrējot objekta izstaroto infrasarkano starojumu un pārveidojot to elektriskajā signālā, kas korelē ar temperatūru.

Kādi faktori ietekmē pirometru precizitāti?

Pirometru precizitāti var ietekmēt emisivitāte, viļņa garuma izvēle un vides traucējumi, piemēram, putekļi un gāzes.

Cik bieži pirometriem ir nepieciešama kalibrācija?

Pirometri parasti prasa kalibrēšanu reizi divos mēnešos, salīdzinot ar mēneša kalibrēšanu, kas nepieciešama kontaktlietotājiem, piemēram, termopāriem.