적외선 온도계 :


온도는 기계나 제품의 생산과 품질 조절에 있어서 중요한 지표로서의 역할을 합니다 . 정확한 온도 관찰은 품질과 생산성을 향상시킬 수 있는 것입니다 .

적외선 기술은 새로운 현상적인 일이 아니라 수년 동안 산업용이나 연구용으로 성공적으로 사용되어져 왔으며 최근 기술의 발달로 가격을 낮출수 있었고 신뢰도 높일 수 있게 되었으며 최근 소형의 측정장치인 비접촉 적외선 온도계도 개발되게 되었습니다 .

비접촉 온도 측정의 잇점 :

1. 빠른 측정으로 시간을 절약할 수 있습니다 .

2. 움직이는 목표물의 온도 측정도 가능합니다 . ( 컨베이어 벨트 , 회전물체 )

3. 위험하거나 실제 접근 불가능한 물건의 온도 측정이 가능합니다 .

4. 기존 온도계가 접촉하기 어려운 고온의 온도를 접촉하지 않고도 측정할 수 있으므로 온도계 자체의 수명을 걱정하실 필요가 없습니다 .

5. 측정 물체 자체의 방해를 걱정하실 필요가 없으며 에너지 손실도 걱정을 할 필요가 없습니다 . 예로서 , 플라스틱이나 나무와 같은 열전도가 낮은 물체의 경우 , 측정치가 접촉식 온도계에 비해 훨씬 정확한 값을 구현할 수 있습니다 .

6. 측정 물건의 표면에 어떠한 물리적인 영향을 미치지 않으며 물건의 오염을 피할 수 있습니다 .

적외선 온도계 사용시 주의할 점


1. 측정 물체는 반드시 적외선에 의해서 보여질 수 있어야 합니다 . 많은 수준의 먼지나 연기는 측정치의 정확성을 떨어뜨리기 때문입니다 . 예를 들자면 , 밀폐된 금속반응 용기 , 즉 콘크리트 장애물은 표면 온도측정만 가능합니다 . 용기 내부의 온도는 측정할 수 없습니다 .

2. 광학 센서는 먼지나 응축액체로부터 보호 되어야 합니다 .
3. 보통은 표면의 온도 측정을 하는것이며 측정 물체에 따라 다른 방사율이 고려되어야 합니다 .

적외선 측정 시스템

절대온도 0 도 이상의 모던 물체는 온도에 따른 적외선 복사에너지를 방출합니다 . 이것은 물체 자체의 특유한 복사에너지라고 불립니다 . 이것은 분자의 물리적인 내부 움직임에 의해서 발생되는 것입니다 . 이 움직임의 강도는 물체 자체의 온도에 따라 결정됩니다 . 분자의 움직임은 전자의 방출을 나타내는 것이며 전자기적 방사에너지 ( 광자 ) 가 방출됩니다 . 이 광자는 빛의 속도로 움직이며 알려진 광학적인 원리에 따라 행동하게 됩니다 . 굴절 시킬 수도 있으며 렌즈로 모이게 할 수도 있으며 혹은 반사하는 표면에서 반사될 수도 있습니다 . 이 방사에너지의 스펙트럼은 0.7~1000Microns 의 파장을 가집니다 . 이것은 사람의 나안으로는 일반적으로 볼 수가 없습니다 . 이 영역은 보통 가시광선의 적색 영역 내에 위치하고 있으며 그래서 적외선 ( infra( 아래 , 내부에 ) red) 라고 불립니다 .

경험이 있는 철강 노동자들은 색깔만으로도 정확인 온도를 측정할 수 있다고 합니다 . 전형적인 소멸 필라멘트 고온계는 1930 년부터 철강업계에서 사용되어져 오고 있습니다 . 하지만 눈에 보이지 않는 스펙트럼의 부분은 10000 배나 더많은 에너지를 포함하고 있습니다 . 적외선 측정 기술은 바로 여기에 기초하고 있습니다 . 최고 복사에너지는 물체의 온도가 높아질 수로 파장이 짧아집니다 .

온도에 다른 흑체의 복사에너지 특징 .

방사율이 1 이하인 물체를 grey body 라고 불리며 . 방사율이 온도와 파장에 의존하는 물체를 Non grey body 라고 불립니다 .

추가로 , 방사합계는 흡수 (A)+ 반사 (R)+ 투과 (T) 로 구성되며 이것의 합계는 1 이됩니다 .

A + R + T = 1 .............................. (1)

물체에서 방출된 복사에너지는 센서에 도달하여 되어 측정됩니다.

고체는 적와선의 투과값 (T) 이 0 입니다 . 따라서 물체에서 흡수된 복사에너지는 온도를 상승시키되며 또한 방출도 합니다 . 따라서 결과적으로 흡수와 방출은 다음과 같습니다 .

A <> E = 1 - R

이상적인 흑체는 반사값이 0 입니다 .


많은 비 금속적인 물체는 예를 들면 , 나무 , 플라스틱 , 고무 , 유기물질 , 바위 , 콘크리트의 표면들은 거의 반사를 하지 않으며 따라서 높은 방사율 (0.8~0.95) 값을 가집니다 . 반대로 , 금속류 특히 , 매끄러운 그리고 빛이나는 표면은 약 0.1 의 방사율을 가집니다 . 그래서 어떤 적외선 온도계는 이 값을 보정하기 위하여 방사율 조정하게 장치가 있기도 합니다 .


적외선 온도계는 인간의 눈에 비교 될 수 있습니다 . 눈의 렌즈를 광학렌즈로 비교해 볼 수 있으며 이것은 물체에서 방사되는 광자가 대기를 거처 빛에 반응하는 망막에 도달하는 것입니다 . 이것은 신호로 전환되며 뇌에 전달되는 원리입니다 . 아래는 적외선 온도계 시스템의 원리입니다 .

 


금속의 온도 측정


금속의 방사율은 파장과 온도에 따라 달려있습니다 . 금속은 종종 반사를 하기 때문에 보통 낮은 방사율을 가집니다 . 이것은 값의 차이를 발생시켜 신뢰할 수 없는 결과를 나타내기도 합니다 .

이런 경우 , 특정 파장의 복사에너지를 측정할 수 있으며 특정 온도에서 가장 높은 방사율을 나타내는 특정 온도 범위내의 적외선 복사에너지를 측정하는 온도계의 선택이 중요합니다 .

금속의 경우 , 고온에서의 이상적인 파장은 대략 0.8~1.0 microns 까지의 영역까지입니다 . 좋은 결과를 얻기 위해서는 예를 들자면 가열과정이 상당히 폭넓은 온도에 걸쳐 있으며 온도에 따라 방사율이 변하는 경우 ratio Pyrometers( 고온계 ) 를 사용하는 것입니다 .

 

플라스틱의 온도측정


플라스틱의 투과율은 파장에 따라 그리고 두께에 따라 비례합니다 . 얇은 두께는 두꺼운것에 비하여 투과율이 높습니다 . 최적의 값을 얻기위하여서는 투과율이 0 에 가까운 파장값을 선택하는 것이 중요합니다 . polyethylene, polypropylene, nylon, and polystyrol 과 같은 플라스틱은 3.43Microns 에서 투과되지않으며 polyester, polyurethane, Teflon FEP, and polyamide 는 7.9Microns 에서 투과되지 않으며 0.4mm 이상의 두께의 진한 색상의 필름의 경우 , 파장이 8~14Microns 을 선택하셔야 합니다 . 참고로 대부분의 플라스틱 필름은 약 5~10% 정도의 반사율을 가집니다 .

유리의 온도측정


적외선 온도계로 유리의 온도를 측정할 때에는 반사율과 투과율을 둘다 고려하여야 합니다 . 적당한 파장의 온도계를 선택하면 표면과 내부의 온도 측정도 가능하게 합니다 . 표면 아래의 온도측정을 위해서는 파장이 1.0, 혹은 2.2, 혹은 3.9Microns 용 센서가 사용되어야 합니다 . 표면 온도측정을 위해서는 5Microns 의 센서를 사용할 것이 권장됩니다 . 낮은 온도 측정을 위하여서는 8 이나 14Microns 과 방사율이 0.85 로 설정된 센서의 사용이 권장됩니다 . 유리는 전도율이 떨어지는 물질로 표면온도는 쉽게 바뀝니다 . 따라서 빠른 반응시간의 측정온도계의 사용이 권장됩니다 .

 

 

www.randci.co.za 참조