Các hoạt động công nghiệp như luyện kim loại và sản xuất thủy tinh tạo ra những thách thức thực tế cho các cảm biến tiếp xúc. Nhiệt độ cực cao (đôi khi trên 1200 độ Celsius) kết hợp với các bộ phận chuyển động và môi trường hóa chất khắc nghiệt khiến các cảm biến này trở nên không đáng tin cậy, thậm chí là vô dụng. Pyrometers (nhiệt kế đo nhiệt độ từ xa) cung cấp một giải pháp tốt hơn vì chúng không yêu cầu tiếp xúc trực tiếp, cho phép công nhân liên tục giám sát điều kiện vận hành ngay cả ở những nơi khó tiếp cận như bên trong lò cao hoặc gần dòng thủy tinh nóng chảy. Một nghiên cứu gần đây từ nhóm chuyên gia Công nghệ Cảm biến Không Tiếp Xúc cũng chỉ ra một điều thú vị: các nhà máy thép sử dụng phương pháp đo nhiệt độ không tiếp xúc ghi nhận thiệt hại thiết bị ít hơn khoảng 63% so với các cơ sở còn dùng cặp nhiệt điện tiếp xúc truyền thống. Khi phải làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt như thế này, các nhà sản xuất cần có những công cụ đủ bền bỉ để chịu đựng được môi trường làm việc mà vẫn cung cấp số liệu chính xác. Đó cũng là lý do vì sao nhiều nhà máy đã chuyển sang dùng pyrometers không chỉ vì lý do an toàn mà còn vì chúng giúp duy trì hoạt động sản xuất ổn định, giảm thiểu sự cố ngừng máy bất ngờ.
Các nhiệt kế hồng ngoại hoạt động bằng cách thu nhận bức xạ nhiệt phát ra từ các vật thể trong những dải bước sóng nhất định, thường là từ 0.7 đến 20 micromet. Những thiết bị này có hệ thống quang học để thu thập bức xạ này và truyền nó tới một bộ phận bên trong thiết bị là thermopile hoặc photodetector. Điều gì xảy ra tiếp theo? Các bộ phận này sẽ chuyển đổi bức xạ được thu thập thành các tín hiệu điện tương ứng trực tiếp với chỉ số nhiệt độ. Lấy ví dụ là các nhà máy cán nhôm. Khi người vận hành thiết lập nhiệt kế hồng ngoại để tập trung vào bước sóng 1.6 micromet, họ đạt được kết quả chính xác hơn rất nhiều bởi vì hơi nước và bụi không gây ảnh hưởng nhiều đến các phép đo. Tại sao điều này lại quan trọng? Bởi vì nhiều vật liệu công nghiệp phản xạ ánh sáng khác nhau tùy thuộc vào đặc tính bề mặt và khả năng phát nhiệt của chúng. Việc tập trung vào các bước sóng cụ thể giúp các nhà sản xuất duy trì việc giám sát nhiệt độ chính xác bất chấp những thách thức trong điều kiện thực tế.
Ba biến số quan trọng chi phối hiệu suất của máy đo nhiệt độ hồng ngoại:
| Nguyên nhân | Ảnh Hưởng Đến Độ Chính Xác | Chiến lược phòng ngừa |
|---|---|---|
| Khả năng phát xạ | Độ phát xạ thấp (ví dụ: kim loại đánh bóng) gây ra kết quả đo thấp hơn thực tế | Sử dụng các mẫu máy đo hai bước sóng |
| Bước sóng | Việc chọn sai dải bước sóng quang học dẫn đến kết quả sai lệch | Lựa chọn phù hợp với đặc tính vật liệu |
| Môi trường | Bụi, khí hoặc nền nhiệt làm sai lệch dữ liệu | Hệ thống khí làm sạch và lọc tín hiệu |
Ví dụ, các nhà sản xuất thủy tinh sử dụng máy đo nhiệt đa bước sóng đạt độ chính xác ±0,5% trong việc kiểm soát nhiệt độ thủy tinh nóng chảy bằng cách tính đến độ trong suốt và phản xạ bề mặt. Việc hiệu chuẩn định kỳ với nguồn bức xạ đen đảm bảo độ tin cậy trong các ứng dụng nhiệt độ cao.
Trong các ứng dụng xử lý kim loại nơi nhiệt độ thường vượt quá 1500 độ Celsius, máy đo nhiệt độ bức xạ thực sự phát huy hiệu quả khi giải quyết các vấn đề đo lường phức tạp. Chẳng hạn như trong các quá trình rèn thép hoặc ép đùn nhôm, những bước sản xuất này đòi hỏi việc kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ. Vấn đề nằm ở chỗ giá trị phát xạ (emissivity) thay đổi đáng kể trong quá trình xử lý — kim loại nóng chảy thường dao động từ 0.3 đến 0.7 trong khi vật liệu rắn nằm giữa 0.2 và 0.4. Sự khác biệt này gây ra nhiều khó khăn cho các hệ thống đo tiếp xúc, với sai số độ chính xác đôi khi lên tới ±5%. Và tình hình còn trở nên phức tạp hơn khi tính đến các điều kiện môi trường như hơi nước sinh ra trong quá trình tôi bằng bồn nước hoặc các lớp oxit tự nhiên hình thành trên bề mặt nóng — tất cả những yếu tố này đều làm sai lệch kết quả đọc của cảm biến thông thường theo những cách khiến các kỹ sư vận hành nhà máy cảm thấy bực tức khi đang cố gắng duy trì các tiêu chuẩn chất lượng.
Nhiệt kế hồng ngoại theo dõi nhiệt độ trong suốt các quy trình công nghiệp diễn ra nhanh chóng, nơi mà việc sử dụng que thăm dò vật lý là không khả thi. Chẳng hạn như quá trình ủ thép. Khi các nhà sản xuất có thể thực hiện điều chỉnh tức thì bằng cách sử dụng các chỉ số đọc từ dải quang phổ này thay vì chờ đợi ai đó kiểm tra thủ công định kỳ, họ thực tế đã giảm khoảng 28 phần trăm các vấn đề về cấu trúc hạt khó chịu. Và trong các nhà máy cán nhôm, những thiết bị nhỏ bé này hoạt động ở bước sóng khoảng 1,6 micron vẫn duy trì độ chính xác khá tốt trong khoảng ±1%, ngay cả khi mọi thứ xung quanh rung lắc dữ dội do máy móc vận hành và các mảnh vụn kim loại bay tung toé khắp nơi.
Các cơ sở hiện đại kết hợp nhiệt kế hồng ngoại với PLC (Bộ điều khiển logic lập trình được) để tự động hóa quản lý nhiệt. Việc tích hợp này cho phép:
| Thông số kỹ thuật | Cải Thiện So Với Điều Khiển Thủ Công |
|---|---|
| Thời gian Phản hồi | điều chỉnh nhanh hơn 50 lần |
| Hiệu quả năng lượng | giảm 18% nhiên liệu lò nung |
| Tỷ lệ lỗi | giảm 31% linh kiện bị cong vênh |
Một nghiên cứu năm 2023 về ngành luyện kim phụ tùng ô tô cho thấy hệ thống pyrometer vòng kín làm giảm 35% nhiệt độ vượt ngưỡng nhờ vào phản hồi theo mili giây tới các cuộn dây cảm ứng làm nóng.
Khi nói đến việc đo nhiệt độ của thủy tinh nóng chảy, máy đo nhiệt độ (pyrometers) gần như là thiết yếu vì các cảm biến tiếp xúc truyền thống không thể chịu được mức nhiệt độ cao lên tới hơn 1600 độ Celsius cùng với tính chất dính bám của vật liệu. Những thiết bị này hoạt động tốt nhất khi tập trung vào các dải quang phổ cụ thể từ 3 đến 5 microns, giúp chúng bỏ qua các tín hiệu nhiễu hồng ngoại do khí đốt cháy tạo ra. Phương pháp này mang lại độ chính xác khoảng 1 phần trăm cho các dây chuyền sản xuất thủy tinh hoạt động liên tục. Một số nghiên cứu gần đây cũng đã chỉ ra một điều thú vị là điều chỉnh các thiết lập quang phổ này thực sự giúp kiểm soát nhiệt độ ổn định hơn trong quá trình đúc thủy tinh chính xác. Kết quả là giảm khoảng 40 phần trăm độ méo quang học so với các kỹ thuật quang phổ rộng thông thường, theo một nghiên cứu được Shu và cộng sự công bố năm ngoái.
Các pyrometers thông thường gặp khó khăn với sự thay đổi độ phát xạ trong thủy tinh borosilicate và silica nóng chảy. Các mô hình đa bước sóng so sánh bức xạ nhiệt ở 0,8 μm, 1,6 μm và 2,2 μm đồng thời, tự động bù trừ cho những thay đổi về độ trong suốt trong quá trình chuyển pha. Phương pháp này giảm sai số đo tới 68% trong sản xuất lọ thủy tinh dược phẩm, nơi yêu cầu độ ổn định ±2°C là bắt buộc để đảm bảo tính ổn định hóa học.
Các mảng pyrometer hiện đại theo dõi gradient nhiệt độ dọc theo các lò công nghiệp dài 20 mét, phát hiện các điểm lạnh gây cong vênh gốm sứ. Trong sản xuất gạch men, việc giám sát thời gian thực mỗi 5 giây một lần ngăn ngừa các khuyết tật thủy tinh hóa, duy trì nhiệt độ đỉnh ở mức 1.250°C trong vùng dung sai ±5°C.
Hiệu chuẩn hàng quý bằng nguồn bức xạ vật đen đảm bảo độ chính xác của máy đo nhiệt độ bất chấp sự nhiễm bẩn của ống kính. Các kỹ sư kết hợp tia laser căn chỉnh 30° với hệ thống khí thổi làm sạch để duy trì độ trong suốt quang học, đạt được 99,3% thời gian hoạt động liên tục trong các dây chuyền sản xuất kính nổi. Các cài đặt phát xạ có thể điều chỉnh (trong khoảng 0,20–0,95) phù hợp với nhiều loại vật liệu từ gốm mờ đến gel silica bán trong suốt.
Pyrometers thực sự phù hợp cho những tình huống mà nhiệt độ cần thay đổi nhanh, ví dụ như trong quá trình phủ liên tục (roll to roll coating) hoặc khi nhựa được đùn ép ở tốc độ cao. Khi làm việc với polymer, các cảm biến hồng ngoại này có thể theo dõi chính xác nhiệt độ nóng chảy ngay tại những điểm quan trọng trên khuôn ép với độ chính xác khá ấn tượng khoảng ±1%. Điều này cho phép các kỹ thuật viên điều chỉnh tốc độ làm nguội vật liệu nhằm tránh gây cong vênh hoặc hình thành cấu trúc tinh thể không mong muốn. Nói riêng về tốc độ, trong các quá trình phủ kim loại, thiết bị này có thể theo dõi nhiệt độ của vật liệu nền trong khi dây chuyền vận hành với tốc độ hơn 300 mét mỗi phút. Tốc độ này nhanh hơn nhiều so với cặp nhiệt điện truyền thống có thời gian phản hồi thường từ một đến hai giây.
Pyrometers không tiếp xúc khắc phục ba thách thức công nghiệp chính:
Một nghiên cứu thực địa năm 2023 cho thấy việc hiệu chuẩn ít bị can thiệp hơn 93% trong môi trường khắc nghiệt so với cảm biến tiếp xúc.
Các nhà sản xuất ngày càng chuyển sang sử dụng các thiết bị đo nhiệt độ hoạt động bằng pin được trang bị kết nối LoRaWAN để thiết lập hệ thống giám sát nhiệt độ toàn diện trên các khu công nghiệp lớn. Dữ liệu thu thập từ các mạng lưới này được đưa vào các mô hình dự đoán, có khả năng dự đoán thời điểm vật liệu chịu lửa bắt đầu bị mài mòn trong quá trình luyện kim, đôi khi lên đến ba tuần trước thời điểm xảy ra. Chẳng hạn, tại một nhà máy ô tô ở Đức, việc triển khai cảm biến nhiệt không dây đã giúp giảm gần hai phần ba số lần dừng sản xuất do nhiệt. Chi phí bảo trì cũng giảm đáng kể, tiết kiệm khoảng bảy trăm bốn mươi nghìn USD mỗi năm theo báo cáo của họ.
Cảm biến tiếp xúc như cặp nhiệt điện gặp phải nhiều thách thức lớn trong môi trường công nghiệp. Tại các nhà máy cán nhanh hoặc trong các quy trình hóa chất ăn mòn, việc tiếp xúc vật lý với bề mặt làm tăng tốc độ suy giảm cảm biến, khiến độ lệch chuẩn tăng từ 15–20% mỗi năm. Cặp nhiệt điện cũng gặp khó khăn với:
Các máy đo nhiệt độ hồng ngoại hiện đại loại bỏ các vấn đề này nhờ hoạt động không tiếp xúc. Bằng cách đo bức xạ nhiệt phát ra, chúng duy trì độ chính xác ±0,5% trong hơn 5 năm ở các nhà máy thép và lò thủy tinh. Các lợi thế chính bao gồm:
Mặc dù nhiệt kế đo từ xa có chi phí ban đầu cao hơn cảm biến tiếp xúc ($2k–$8k so với $300–$1,500), nhưng ROI của chúng trở nên rõ ràng trong vòng 12–18 tháng:
| Yếu tố chi phí | Cặp nhiệt điện | Nhiệt kế đo từ xa |
|---|---|---|
| Bảo dưỡng Hàng năm | $12k–$20k | $1k–$3k |
| Tần suất Hiệu chuẩn | Hàng tháng | Hai lần mỗi năm |
| Cải Thiện Hiệu Suất Quy Trình | 0–2% | 5–9% |
Các nhà máy sử dụng nhiệt kế đo từ xa báo cáo tỷ lệ loại bỏ chất lượng giảm 23% trong ngành ép đùn nhôm và tiết kiệm 17% năng lượng trong lò nung gốm sứ nhờ kiểm soát nhiệt độ chính xác.
Một nhiệt kế bức xạ là một thiết bị được sử dụng để đo nhiệt độ cao mà không cần tiếp xúc vật lý trực tiếp với vật thể đang được đo.
Nhiệt kế bức xạ cho phép đo nhiệt độ liên tục và không tiếp xúc, khiến chúng đáng tin cậy hơn và ít bị mài mòn hơn so với cảm biến tiếp xúc trong điều kiện khắc nghiệt.
Nhiệt kế bức xạ đo nhiệt độ bằng cách phát hiện bức xạ hồng ngoại do vật thể phát ra và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện tương ứng với nhiệt độ.
Độ chính xác của nhiệt kế bức xạ có thể bị ảnh hưởng bởi độ phát xạ, sự lựa chọn bước sóng và các can thiệp môi trường như bụi và khí gas.
Nhiệt kế bức xạ thường yêu cầu hiệu chuẩn sáu tháng một lần, so với việc hiệu chuẩn hàng tháng cần thiết cho các cảm biến tiếp xúc như cặp nhiệt điện.
Chúng tôi cung cấp một bộ giải pháp thiết kế sản phẩm hoàn chỉnh. Thương hiệu công cụ đo lường từ nhà máy nguồn desde năm 2011. Cần trợ giúp? Hãy nói chuyện với đội ngũ thân thiện của chúng tôi ngay hôm nay.
tầng 2, Tòa Nhà Kangtian, Công Viên Khoa Học Fountain, Đường Pingan, Thị Trấn Pinghu, Quận Longgang, Thâm Quyến, Trung Quốc 518111
Bản quyền © 2025 thuộc về Shenzhen FLUS Technology Co., Ltd. Chính sách bảo mật
EN
