سنسور دمای لیزری چیست؟و چه کاربردی دارد؟
سنسور دمای لیزری چیست؟
سنسور دمای لیزری یا همان سنسور دمای غیر تماسی یک دستگاه غیر تماسی است که برای اندازه‌گیری دمای یک جسم یا سطح با تشخیص اشعه مادون قرمز ساطع شده از آن جسم استفاده میشود. این سنسورها معمولاً از یک نشانگر لیزری برای هدف‌گیری دقیق ناحیه مورد اندازه‌گیری استفاده میکنند و همین موضوع آنها را برای کاربردهایی که تماس مستقیم با جسم، غیرممکن و ناایمن است و یا می‌تواند بر دقت خواندن تأثیر بگذارد، ایده‌آل میکند. یک سنسور دما لیزری معمولاً دمای اندازه‌گیری شده سطح مورد نظر را در قالب یک فرمت دیجیتال یا آنالوگ ارائه میکند که روی صفحه نمایش داده میشود یا به دستگاه دیگری ارسال میشود. سنسورهای لیزری معمولاً در کارخانجات صنعتی، سیستم های HVAC، ایمنی مواد غذایی، تشخیص پزشکی و موارد دیگر استفاده می شوند.
نحوه عملکرد سنسور دمای لیزری چگونه است؟
دماسنج های مادون قرمز (IR) برای اندازه گیری دما در طیف وسیعی از محیط های صنعتی و پزشکی مفید هستند. این ابزارهای اندازه گیری دما بدون نیاز به تماس، در شرایطی که جسم ظریف است و یا نزدیک شدن به آن خطرناک است، یا زمانی که انواع دیگر دماسنج ها پاسخگو نیستند، به خوبی عمل می کنند. دماسنج های مادون قرمز از مفهوم تابش مادون قرمز برای تعیین دمای سطح اجسام بدون هیچ گونه تماس فیزیکی استفاده می کنند پس اگر دریابیم که تشعشعات مادون قرمز چیست می توانیم درک بهتری از نحوه کار دماسنج های IR داشته باشیم.
اشعه مادون قرمز
هر جسمی که در دمای صفر مطلق نیست، اتم های درون آن در حال حرکت هستند. سرعت حرکت این اتمها با دمای آن ارتباط مستقیم دارد. هر چه دما بالاتر باشد، حرکت مولکول ها سریعتر خواهد بود. این مولکول های متحرک انرژی را به شکل تابش مادون قرمز ساطع می کنند. طول موج این تابش بیشتر از طول موج نور مرئی است به همین دلیل ما قادر به دیدن آن با چشم غیرمسلح نیستیم. با این حال، اگر جسم بیش از حد داغ شود، تابش می تواند وارد طیف مرئی شود. یک فلز داغ که به صورت قرمز یا حتی گاهی اوقات سفید می درخشد یکی از نمونه های آن است. در حالی که ممکن است نتوانیم تشعشعات فروسرخ را ببینیم، اما همچنان می توانیم آن را به شکل گرما حس کنیم. گرمایی که ما از نور خورشید، رادیاتور یا آتش احساس می کنیم همه نمونه هایی از تشعشعات فروسرخ هستند. این همان گرمایی است که دماسنج های مادون قرمز برای اندازه گیری دمای اجسام تشخیص می دهند.
نحوه کار دماسنجهای مادون قرمز
همانگونه که نور مرئی امکان متمرکز شدن و جذب و یا بازتاب را دارد نور مادون قرمز نیز همین ویژگیها را دارا می باشد. بنابراین دماسنجهای مادون قرمز از یک لنز برای متمرکز کردن نور مادون قرمز ساطع شده از جسم بر روی آشکارساز معروف به ترموپیل استفاده می کنند. ترموپیل هم چیزی نیست جز ترموکوپل هایی که به صورت سری یا موازی به هم متصل شده اند. هنگامی که اشعه مادون قرمز روی سطح ترموپیل می تابد، توسط ترموپیل جذب می شود و به گرما تبدیل می شود و ولتاژ خروجی متناسب با انرژی فروسرخ بازتاب شده تولید می شود. آشکارساز از این خروجی برای تعیین دما استفاده می کند که روی صفحه نمایش داده می شود. در حالی که تمام این پروسه پیچیده به نظر می رسد اما تنها چند ثانیه طول می کشد که دما سنج مادون قرمز دما را ثبت کند و به صورت واحد مورد نظر روی صفحه نمایش نشان دهد. با توجه به تعاریف عمومی فوق در خصوص تمام ترمومترهای لیزری، اجزای اصلی و نحوه عملکرد سنسورهای دمای لیزری را می توانیم به شرح زیر بیان کنیم:
دیتکتور مادون قرمز
دتکتور مادون قرمز اشعه مادون قرمز ساطع شده از سطح جسم را می گیرد و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. کیفیت و حساسیت دیتکتور به طور مستقیم بر دقت و توانایی سنسور برای اندازه گیری دماهای پایین یا بالا تأثیر می گذارد.
نشانگر لیزر
نشانگر لیزر یک راهنمای بصری برای تعیین دقیق منطقه مورد اندازه گیری ارائه می دهد. دقت هدف گیری را به ویژه برای اجسام کوچک یا دور بهبود می بخشد و خطاهای اندازه گیری ناشی از هدف قرار دادن ناحیه اشتباه را به حداقل می رساند.
سیستم اپتیکی
سیستم اپتیکی انرژی مادون قرمز را جمع آوری و روی آشکارساز متمرکز می کند. میدان دید سنسور (FOV) و نسبت فاصله به نقطه (D:S) را تعیین می کند که بر توانایی اندازه گیری اهداف کوچک از فاصله دور تأثیر می گذارد. یک سیستم نوری با طراحی ضعیف می تواند باعث اندازه گیری های نادرست به دلیل سیگنال های پراکنده شود.
سیستم تنظیم ضریب تابش
سیستم تنظیم ضریب تابش به کاربر این امکان را می دهد که ضریب تابش سنسور را متناسب با میزان انتشار ماده اندازه گیری شده تنظیم کند و بنابراین خوانش دقیق انواع سطوح مختلف (مانند فلزات براق و سطوح مات) را تضمین می کند. تنظیمات نادرست ضریب انتشار می تواند منجر به خطاهای اندازه گیری قابل توجهی شود.
واحد پردازش
واحد پردازش سیگنال الکتریکی دریافتی از دیتکتور را به خوانش دما تبدیل می کند و بر سرعت اندازه گیری، رزولوشن و توانایی نمایش داده ها در قالب های کاربر پسند تأثیر می گذارد. پردازش ضعیف می تواند منجر به خوانش کند یا نادرست شود. این تبدیل بسته به طراحی می تواند به صورت سیگنال آنالوگ یا دیجیتال در خروجی باشد و همین نوع خروجی، معرف انواع سنسور دمای لیزری نیز می باشد.
- خروجی آنالوگ: یک سیگنال پیوسته، اغلب به صورت ولتاژ (مثلاً 0-5 ولت) یا جریان (مثلاً 4-20 میلی آمپر)، متناسب با دمای اندازه گیری شده ارائه می دهد. در کاربردهایی که نیاز به ادغام با سیستم های آنالوگ دارند، مانند سیستم های کنترل صنعتی یا PLC ها استفاده می شود.
- خروجی دیجیتال: داده ها را در قالب های دیجیتال مجزا (به عنوان مثال، از طریق پروتکل هایی مانند RS232، RS485، USB، I2C یا بلوتوث) به صورت خروجی ارائه می دهد و بنابراین می تواند برای پردازش و نظارت پیشرفته، با رایانه ها، ثبت کننده های داده یا سیستم های IoT ارتباط مستقیم داشته باشد.
کاربرد سنسور دمای لیزری در صنایع مختلف
سنسورهای لیزری دما (دماسنج های مادون قرمز غیر تماسی با هدف گیری لیزری) به دلیل توانایی آنها در اندازه گیری دقیق، سریع و بدون تماس فیزیکی دمای سطح، کاربردهای همه جانبه ای در زمینه های مختلف صنعتی دارند. در اینجا نحوه استفاده از آنها در صنایع مختلف آورده شده است:
کاربرد سنسور دمای لیزری در صنعت ذوب و فلزات
حسگرهای لیزری دما در محیط‌های ذوب فلزکه در آن نظارت دقیق دما برای کارایی فرآیند، کیفیت محصول و ایمنی تجهیزات ضروری است، حیاتی هستند.ترنسمیتر دمای لیزری، دمای فلزات مذاب (به عنوان مثال، فولاد، آلومینیوم) را در کوره های بلند و القایی اندازه گیری میکند. از گرمای بیش از حد جلوگیری کرده و از شرایط ذوب مناسب اطمینان حاصل میکند. دمای سطح بوته ها و قالب ها را برای جلوگیری از شوک حرارتی و آسیب ساختاری بررسی میکند. همچنین برای اطمینان از خنک شدن یکنواخت و جلوگیری از عیوبی مانند ترک یا تاب برداشتن، دما را در طول ریخته‌گری کنترل میکند.
کاربرد سنسور دمای لیزری در صنایع شیمیایی و پتروشیمی
سنسورهای لیزری دما نقش کلیدی در حفظ ایمنی و کارایی در تاسیسات پتروشیمی ایفا می کنند، جایی که کنترل دقیق دما برای واکنش های شیمیایی، تقطیر و فرآیندهای پالایش حیاتی است. در صنایع پتروشیمی دمای خارجی راکتورهای شیمیایی را برای اطمینان از شرایط واکنش پایدار و جلوگیری از گرمای بیش از حد اندازه گیری میکنند. در این صنایع همچنین برای بهینه سازی راندمان انتقال حرارت، دمای ورودی و خروجی را کنترل میکنند و دمای سطح برج های تقطیر را بررسی کرده تا از تقسیم مناسب هیدروکربن ها اطمینان حاصل شود، در نهایت برای اطمینان از شرایط ذخیره سازی ایمن، دمای سطح مخازن ذخیره مواد شیمیایی یا سوخت را کنترل میکنند. لذا خرید ترنسمیتر دمای لیزری می تواند در تسهیل این فرآیندها بسیار موثر باشد.
کاربرد سنسور دمای لیزری در صنایع نفت و گاز
در بخش نفت و گاز، سنسورهای لیزر دما برای نظارت بر فرآیندهای با دمای بالا و اطمینان از ایمنی در محیط‌های خطرناک ضروری هستند. برای اطمینان از احتراق مناسب گازهای زائد، دمای فلرهای شعله ور را اندازه گیری میکنند. تشخیص درجه حرارت بیش از حد در سر چاه و لوله های حفاری برای جلوگیری از خرابی یا حوادث تجهیزات هم کاربرد بعدی آنها در حوزه نفت و گاز است. همچنین برای بهینه‌سازی فرآیند، دماها را در هنگام کرکینگ، اصلاح و پالایش نفت خام کنترل میکنند. و در نهایت نظارت بر دماهای برودتی در طول تولید، ذخیره سازی و حمل و نقل گاز طبیعی مایع (LNG) از دیگر کاربردهای سنسور غیرتماسی دما در حوزه نفت و گاز است.
کاربرد سنسور دمای لیزری در صنایع غذایی
کنترل دما در صنایع غذایی برای اطمینان از کیفیت، ایمنی و انطباق با مقررات بهداشتی حیاتی است. سنسورهای لیزری دما نقش کلیدی در نظارت و حفظ شرایط ایده آل برای مراحل مختلف پردازش و جابجایی مواد غذایی دارند. دمای سطح غذاها را در حین سرخ کردن، کباب کردن یا پخت کنترل کرده تا از پخت مناسب اطمینان حاصل شده و از کم پختن یا پخت بیش از حد آنها جلوگیری شود. همچنین دمای سطح محصولاتی مانند گوشت، لبنیات و کالاهای منجمد را بررسی کرده تا مطمئن شوند که در یخچال یا انجماد ثابت در طول نگهداری و حمل و نقل قرار دارند.
کاربرد سنسور دمای لیزری در صنایع دارویی
در صنعت داروسازی، حفظ و کنترل دقیق دما برای کارایی، ثبات و ایمنی محصول ضروری است. سنسورهای لیزری دما به طور گسترده ای برای نظارت بر فرآیندهای حساس و اطمینان از انطباق با مقررات استفاده می شوند. برای مثال کنترل دما در طول تولید محصولات دارویی مانند قرص، کپسول و شربت های دارویی حیاتی است.همچنین اطمینان حاصل میشود که فرآیندهای اختلاط، گرانوله کردن و پوشش یا کوتینگ در شرایط دمایی بهینه انجام می شود. همچنین برای اطمینان از نابودی میکروارگانیسم‌های مضر، دمای سطح تجهیزات استریل‌سازی مانند اتوکلاو را بررسی میکنند و در نهایت دمای بسیار پایین را در فرآیندهایی شامل نیتروژن مایع یا سایر سیستم‌های برودتی که برای حفظ نمونه‌ها یا مواد بیولوژیکی استفاده می‌شوند، پایش میکنند.
مزایا و محدودیتهای استفاده از سنسور دمای لیزری
مزایای ترنسمیتر دمای غیر تماسی شامل موارد زیر می باشد: امکان خوانش دما از راه دور که برای مناطق خطرناک یا صعب العبور ایده آل است. اندازه گیری دمای مواد غذایی یا سطوح استریل که از آلودگی آنها جلوگیری می کند. خواندن فوری را فراهم می کند و برای کارهای حساس به زمان کارآمد است. برای جابجایی اجسام یا سطوحی که به راحتی در دسترس نیستند، موثر است و بر خلاف ترموکوپل ها یا سایر پراب های دما، دماسنج های IR به مواد مصرفی نیاز ندارند و هزینه های جاری را کاهش می دهند.
محدودیتهای سنسور دمای غیرتماسی شامل موارد زیر می باشد: فقط دمای سطح را اندازه می گیرند. نمی توانند دمای داخلی را ارزیابی کنند (به عنوان مثال، داخل غذا یا مواد). تحت تأثیر عواملی مانند بازتاب پذیری، ضریب انتشار یا تابش و نسبت فاصله به نقطه (D:S) هستند و به همین خاطر تنظیمات نادرست می تواند منجر به خوانش نادرست شود. گرد و غبار، بخار یا دود می تواند خوانش را مخدوش کند. همچنین دمای محیط یا نور نیز می تواند بر دقت در شرایط خاص تأثیر بگذارد . درنهایت باید گفت برای فلزات براق، شیشه یا مایعات ایده آل نیست، مگر اینکه ضریب تابش به درستی تنظیم شود.
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.