دماسنج ها از دیرباز تا کنون از لوازم ضروری و مهم بوده که کاربردهای فراوانی از زندگی روزمره گرفته تا سیستم های گرمایش و تهویه و حتی تولیدات مواد غذایی و صنعتی دارند. با آغاز قرن بیستم و پیشرفت سریع تکنولوژی و به خصوص شکل الکترونیکی آن زمینه های زیادی مانند تجهیزات و ابزار دقیق و انواع سنسور صنعتی با کاربری عادی و صنعتی تحت تأثیر این تحول الکترونیکی قرار گرفته و دستخوش تغییرات زیادی شدند. یکی از انواع پرکاربرد دماسنج ها، دماسنج های (ترمومتر) لیزری می باشد. در این بخش ما می‌خواهیم در مورد ترمومتر لیزری و نحوۀ عملکرد آن توضیح دهیم.
در پادکست زیر ترمومتر لیزری، روش و چگونگی عملکرد، مزایا و معایب و انواع آن به طور کامل توضیح داده شده است.
ترمومتر لیزری چیست؟
ترمومترهای لیزری در حقیقت همان ترمومتر های مادون قرمز هستند. لیزری که در داخل این دستگاه ها قرار دارد به منظور هدف گیری دقیق تر تعبیه شده است. وظیفۀ این ترمومترها دریافت انرژی مادون قرمز ساطع شده از اجسام و تبدیل آن به یک دمای اندازه گیری شده است.
دماسنج‌های لیزری دارای تنوع زیادی مثل انواع قابل حمل و انعطاف پذیر در استفاده و همچنین به صورت نصبی و ثابت شده در محل هستند. این نوع از سنسورها در جاهایی کاربرد دارد که دیگر انواع دماسنج ها مانند ترموکوپل ها وسایر دماسنج های تماسی و دارای پروب، قابل استفاده نیستند. جهت دریافت اطلاعات بیشتر در زمینه انواع سنسورهای دمایی، مانند ترموکوپل ها، ترمیستورها و ... می توانید به بخش مقالات ابزار دقیق سایت کالا صنعتی مراجعه نمایید.
نحوه عملکرد ترمومتر لیزری به چه صورت است؟
مولکول های سازنده اشیاء به طور مداوم در حال ارتعاش هستند و به این صورت که هرچه جسم داغ تر باشد سرعت ارتعاش مولکول‌ها بیشتر است که این مولکول ها انرژی را به شکل مادون قرمز تولید کرده و سنسورها انرژی مادون قرمزی که به وسیله ی اجسام مختلف ساطع می‌شود را اندازه‌گیری می‌کنند و سپس آن را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل کرده و بعد آن را به صورت یک درجه حرارت مشخص نمایش می‌دهند.
برای توضیح دقیق تر هم باید گفت که زمانی ماشۀ دماسنج را فشار می‌دهید، نور به جسم تابیده و از آن منعکس می‌شود و سنسور ترمومتر این نور انتشار یافته را تشخیص می‌دهد و سپس ترمومتر لیزری این نور دریافت شده را به عنوان دمای اندازه گیری شده با دقت بالا نمایش می‌دهد. زمان تبدیل در آشکار سازهای نوری کوتاه تر از آشکار ساز های گرمایی می‌باشد.
انرژی مادون قرمز
انرژی مادون قرمز دارای یک طول موج بلندتر نسبت به نور مرئی بوده و جزئی از طیف الکترو‌مغناطیسی نوری می‌باشد که شامل مایکروویو ها ، امواج رادیویی، امواج فرا بنفش، گاما و ایکس ری است. انرژی مادون قرمز می‌تواند به سه روش زیر اندازه‌گیری شود:
- انتقال
- انعکاس
- انتشار
3 مزیت استفاده از ترمومترهای لیزری
- امکان اندازه گیری دمای اجسام از فواصل دور تا حدود 50 متر
- امکان اندازه گیری دمای اجسامی که در حال حرکت هستند.
- امکان اندازه گیری دمای اجسام به شکل ایمن به دلیل عدم نیاز به تماس با شیء
3 محدودیت امکان استفاده از ترمومترهای لیزری
- عدم امکان استفاده برای اجسام شفاف مانند شیشه به دلیل عبور دادن نور
- امکان بروز خطا در اندازه گیری در صورتی که در دمای محیطی بسیار گرم و یا سرد قرار بگیرد.
- عدم امکان استفاده برای سطوح براقی که نور را از خود بازتاب می دهند.
انواع ترمومتر های لیزری
ترمومترهای لیزری دارای انواع گوناگونی از نظر تعداد لیزرها، بازه ی دمایی و نوع کاربرد است. هر کدام از این دسته ها دارای انواع و مدل های مختلفی هستند که در ادامه به بررسی اجمالی هر کدام می پردازیم:
ترمومترهای تک لیزری و دو لیزری
این دسته از دما سنج ها می توانند دارای یک یا دو لیزر باشند. ترمومترهای تک لیزری با استفاده از امواج مادون قرمز ساطع شده توسط مولکول های سازنده اشیاء اندازه گیری خود را انجام می دهند. استفاده از لیزر در این دماسنج ها جهت فوکوس کردن و نشانه روی بهتر بر روی جسم مورد نظر است. دلیل استفاده از لیزر دوم، پوشش مساحت بیشتر از سح جسم مورد نظر و دست یابی به نتیجه دقیق تر است.
ترمومترهای لیزری دما بالا
ترمومترهای لیزری دما بالا دارای ساختار و نحوه ی عملکرد یکسان با سایر دماسنج های لیزری هستند. با این تفاوت که این دماسنج ها برای اندازه گیری دماهای بالا تا 1300 درجه ی سانتی گراد استفاده شده بطوریکه می تواند اجسام را از فاصله ی 50 متری مورد اندازه گیری قرار دهد. دقت دما سنج های لیزری دما بالا در حدود 1± درجه ی سانتی گراد قرار دارد. از جمله ی مزایای دماسنج های لیزری دما بالا می توان به ایمنی بالا، استهلاک کمتر و رنج دمایی وسیع اشاره کرد.
ترمومترهای لیزری ترموکوپل دار
ترمومترهای لیزری ترموکوپل دار علاوه بر استفاده از فناوری مادون قرمز و پرتو لیزر به وسیله ی یک پراب اضافی که ترموکوپل اس، می تواند دو مقدار دمای اندازه گیری شده از جسم را به دست دهد. دلیل استفاده از پراب ترموکوپل، اندازه گیری دمای داخل اجسام بوده و پرتولیزری دمای بیرونی اجسام را اندزه گیری می کند. در نهایت این دو مقدار در صفحهی نمایشگر ظاهر شده و می توان آن ها را با یکدیگر مقایسه کرد.
ترمومترهای لیزری مواد غذایی
ترمومترهای لیزری مواد غذایی جهت اندازه گیری سطوح مواد غذایی و یا ظروف پخت غذا استفاده می شود. کاربرد این دماسنج ها در موقعی ست که امکان اندازه گیری دما به روش تماسی وجود نداشته باشد، بهترین گزینه است. به این دلیل که دماسنج های لیزری به صورت از راه دور و با استفاده از انرژی مادون قرمز اندازه گیری را انجام می دهند. نکته ای که باید در نظر داشت این است که برای بعضی از غذاها و خوراکی ها مانند گوشت باید بدانید که تنها دمای سطح آن اندازه گیری شده و مقدار دمای قسمت های داخلی آن به دست نمی آید.
نسبت فاصله به قطر در ترمومتر لیزری
معیار یا شاخص نسبت فاصله به نقطه در تمامی ترمومترهای لیزری موجود بوده که با علامت D:S مشخص می شود. این معیار بیان می کند که در یک فاصله ی مشخص از جسم یا محل مورد اندازه گیری، چه مقدار از قطر پرتور لیزری بر روی سوژه افتاده و آن را پوشش می دهد. این دو همواره با یک نسبت ثابت قرار دارند که مقدار این نسبت در دستگاه ها و مدل های مختلف دماسنج های لیزری متفاوت است.
به عنوان مثال اگر یک دستگاه دماسنج مادون قرمز دارای نسبت اندازه گیری 2:16 باشد، به این معناست که دستگاه از فاصله ی 16 اینچی تا جسم مورد نظر، پرتو لیزری به وسیله ی دایره ای به قطر 2 اینچ از جسم مورد نظر را پوشش خواهد داد.
دلیل اهمیت آگاهی از نسبت اندازه گیری این است که کاربر بداند که به تناسب تغییر فاصله از جسم، چه مقدار از جسم مورد نظر پوشش داده شده و دمای آن مورد اندازه گیری قرار می گیرد و در صورتی که کاربر از این نسبت بی اطلاع باشد و در فاصله ی دورتر از حد مجاز اندازه گیری کند، به دلیل بزرگتر شدن قطر دایره دمای اطراف محل مورد نظر اندازه گیری شده و نتیجه به دست آمده دقیق نخواهد بود.
ضریب انتشار یا Emissivity در ترمومتر لیزری
ضریب انتشار در دماسنج های لیزری، بیان کننده ی میزان نفوذ و تابش پرتو لیزری در داخل اجسام مختلف است. این معیار در بازه ی بین 0 تا 100 و یا به صورت ضریب 0 تا 1 نمایش داده می شود. اگر مقدار ضریب انتشار 1 یا 100 باشد، در نتیجه جسم کاملا تاریک بوده و به طور کامل نور مادون قرمز را جذب می کند. امّا در صورتی که این عدد در مقدار 0 قرار داشته باشد، جسم روشن کامل بوده و تمامی نور مادون قرمز را بازتاب می دهد و با توجه که تقریباً هیچ کدام از اجسام، به طور کامل جذب کننده و منعکس کننده نور مادون قرمز نیستند، این عدد همواره بین 0 تا 1 قرار دارد. معیار ضریب انتشار، در دماسنج های لیزری با نماد E شناخته می شود. و بعضی از ترمومترها امکان تنظیم به صورت دستی و خودکار را دارا هستند.
نکات استفاده از ترمومتر لیزری
از آن جایی که تمامی دماسنج های مادون قرمز می‌توانند انرژی ساطع شده به روش انتشاری، انعکاسی، و انتقالی را آشکار کنند، باید به وسیلۀ دستورالعمل ها و راهنمایی های سازندۀ آن کالیبره شده تا بتوانند فقط انرژی انتشار یافته را بخوانند. رعایت این نکته به این دلیل است اندازه گیری انرژی مادون قرمز به روش انتشاری، دقیق ترین روش برای اندازه گیری انرژی دمایی خوانده شده از سطح اجسام است. اگر دماسنج های مادون قرمز برای اندازه گیری دمای چندین شیء به کار روند باید از راهنمایی و دستورالعمل های خاصی به منظور خوانش صحیح، استفاده شود. بیشتر اشیاء دارای انرژی مادون قرمز انتشار یافته ی 0.95 هستند اما ممکن است برخی از اشیاء دارای طول موج کمتر و برخی دارای طول موج بیشتر باشند.
نتیجه گیری
دماسنج ها یا ترمومتر های لیزری دارای نحوۀ عمکرد ساده بوده که مبتنی بر اندازه گیری امواج مادون قرمز ساطع شده از اجسام هستند. این ترمومتر های لیزری دارای قابلیت اندازه گیری دمای اجسام مورد نظر در مدت زمان کوتاه هستند که این مقدار اندازه گیری شده را همراه با دقت بالا به کاربر ارائه می‌دهند.
اما این نکته را باید در نظر داشت که میزان دقت و عملکرد صحیح این دستگاه ها بسته قیمت آن می‌باشند. این ابزار با توجه به قابلیت اندازه گیری بدون تماس و با فاصله بودن در کارکرد خود بهترین گزینه برای اندازه گیری دما در مواردی هستند که امکان تماس با جسم مورد نظر بنا به دلایل مختلف وجود ندارد. لازم به ذکر است که در سایت فروشگاه کالا صنعتی به نشانی www.kalasanati.com انواع مختلف ترمومترهای لیزری جهت انتخاب و خرید، موجود بوده که میتوانید جهت ثبت سفارش، به صورت آنلاین و یا از طریق تماس تلفنی با شماره تلفنی 09377009036 با مشاوران ما در بخش ابزار دقیق تماس حاصل نمایید.