تحقیق بررسی مباني و اهميت گرمادهي مادون قرمز

تحقيق بررسي مباني و اهميت گرمادهي مادون قرمز در 16 صفحه ورد قابل ويرايش

مقدمه :

در دنياي فرآوري مواد ، حرارت ودما ، پارامترهاي مهمي هستند چه مواد فولاد ، شيشه ، وسايل الكترونيكي ، مقوا ، غذاي منجمد ، تاير و يا كاغذ باشند ، در مرحله اي از فرآيند توليد ، حرارت داده مي شوند يا از آنها گرفته مي شود .كنترل اين فرآيند حرارت دهي و دماي ماده ، برروي كيفيت محصول ، مصرف انرژي ، محصول نهايي مخارج عمليات وبهره وري تأثير مي گذارند .

كنترل نكردن دما ، اغلب قرباني كردن يكي از عوامل فرآيند توليد را باعث مي شود . متعاقباً ، كنترل كردن دما ، و اين عوامل فرآيندي براي حداكثر كردن اجراي هر گونه عمليات فرآوري مواد لازم و حقيقي هستند . با در نظر گرفتن مصرف انرژي بدون كنترل دما ، اين امر باعث بيش از حد گرم كردن مواد مي شود . تا مطمئن شويم كه خواص محصول بدست آمده است و بر پاية يك توازن گرمايي عادي كه عوامل تجهيزاتي و فرآوري برروي كارآيي عمليات تأثير مي گذارند ، مبلغ قابل توجهي براي بيش از حد گرم كردن پرداخت مي شود . همانطوري كه ذكر شد 5% يا F° 100 افزايش نسبت به گرماي مورد نياز باعث كاهش 17%در انرژي مي شود در يك كارخانة فولاد يا شيشه ، اين رقم معادل ميليونها دلار در سال در زمينة مخارج سوخت مي شود در دماهاي كمتر ، كاهش هاي گرمايي كمتر احساس مي شوند ولي آنها نيز قابل اندازه گيري و چشمگير هستند . مورد ديگر كاركردن بدون كنترل دما ، شامل فرآوري مواد در دماهاي كمتر است تا مطمئن شويم كه نتايج مناسبي بدست مي آوريم .

در عمل ريخته گري آلومينيوم ، كه در گذشته اندازه گيري دقيق دما امكان پذير نبود ، فشارها در سرعتهاي بسيارپايين انجام مي گرفت تا خواص آلومينيوم حفظ شود و مقدار دور ريز مواد به حداقل برسد .در حال حاضر، با تكنولوژي مادون قرمز از حرارت غير تماسي استفاده مي شود تا كارايي بيشتر شده و دور ريز مواد زائد نيز حذف مي وشد . اين توانايي در اندازه گيري دقيق حرارت در هنگام عمل فشار و نيز عمل ريخته گري باعث مهندسي مجدد فرآيند شده و ريخته گري آلومينيوم را به يك سطح جديد اجرايي رسانده است كه در آن از كنترل فرآيند و اوتاسيون استفاده مي شود . منافعي كه در هر فشار نصيب ريخته گران آلومينيوم مي شود ، به ميليونها دلار مي رد و اين با افزايش 30 تا 50 درصدي ظرفيت پذيرش وحذف دورريز محصول امكان پذير شده است از يك منظر سرمايه گذاري كلان اين ظرفيت پذيرش اضافه شده ، همچنين باعث به تأخير انداختن سرمايه گذاريهاي كلان در شيوه هاي پرس جديد شده كه تحت استانداردهاي قديمي امكان انجام 3 پرس را با ظرفيت 4 را داراست .

اين تنها يك مثال از آن چيزي است كه امروزه مردم براي كسب سود رقابتي بيشتر در بازارهاي جهاني با استفاده از كنترل اندازه گيري حرارت مادون قرمز انجام مي دهند . در نگاه اول ، برخي مردم ، ترمومتري را كاري بسيار پرهزينه و پيچيده مي بينند كه شامل نصب و نگهداري آن مي شود گرچه اين باوري غلط است و اين حسگرها به آساني قابل نصب و كاربرد مي باشند . و نسبت به منافع سرمايه گذاري پرهزينه و گران نمي باشند . بطور ميانگين باز پس دهي سرمايه بين 2 روز تا 2 ماه تخمين زده شده است. منافع ترمومترهاي مادون قرمز در مقايسه با ديگر تكنولوژيهاي اندازه گيري دما به شرح ذيل مي باشند .:

دقت بهتر ، زيرا آنها دماي هدف را اندازه مي گيرند ( در مقابل دماي خودش )
بكارگيري منعطف : زيرا قابليهاي غير تماسي آن را مي توان براي اندازه گيري اهداف متحرك و متناوب ، مواد در خلاء خو ميدانهاي الكتريكي و همچنين كاربردهايي شامل محيطهاي دشوار با دماي زياد وشرايط سخت (‌دود ، روغن و ديگر موانع )بكاربرد
واكنش به موقع : با حسگرهاي سريع اين عمل انجام مي شود ( 10 تا 500ms)
براي درك پتانسيل صحيح امكانات حسگرهاي مادون قرمز ، بهتر است اين حسگرها را به عنوان راه حلي براي يك مسأله و نه تنها يك وسيله اندازه گيري دما در نظر بگيريم . بخشهاي ذيل ، مباني ترمومتري مادون قرمز و انواع مختلف حسگرها و كاربردهاي آنها را توضيح مي دهد . هدف ، تهية يك پيش زمينه و اطلاعات لازم براي انتخاب صحيح و به كاربردن حسگرهايي است كه با نيازهايي كه ما در كار با آنها داريم بيشتر وفق داشته باشند.

فرآيند انتخاب (گزينش):

ترمومتري تك طول موج كل انرژي تابش شده زا شيء را در يك طول موج معين اندازه گيري مي كند. اين حس گرها به صورتهاي قابل حمل، ترانسميترهاي 2 سيمي، سيستم هاي آن لاين و آلات كاوشگر وجود دارند. كه معمولاً همراه با سيستمهاي هدف گيري بصري، خط ليزر، غير هدف گر، لنزهاي فيبري، خنك كننده هاي آبي، لنزهاي كانال هوا و ساير وسايلي است كه محل نصب و كار با آن را ساده مي سازد. سنسورهاي آن لاين داراي خروجي خطي 4 تا 20MA هستند كه براي هدايت كردن صفحه نمايش ها، كنترل كننده ها، ثبت كننده هاي داده ها و يا كامپيوترهاي از راه دور بكار مي روند. كاربردهايي كه عملياتهاي توليد ساده را پوشش مي دهند شامل شبكه هاي تحرك كاتر، پلاستيك، لاستيك، منسوجات و همچنين فرآيندهايي كه اندازه گيري دماي محصول در مقابل دماي هوا يا گرم كن مي تواند ظرفيت پذيرش را افزايش داده و كيفيت محصول را به طور پايدار افزايش مي دهد. انتخاب واكنش طيفي مادون قرمز و محدوده دما از طريق كاربرد خاص مشخص مي شود و بسيار واضح است. حسگرهاي با طول موج كوتاه در نواحي 8/0 و 2/2 ميكرون فيلتر شده اند براي كاربردهاي با دماي زياد و متوسط به كار مي روند. مانند ريخته گريها، شيشه گريها و فولاد و فرآوري نيمه رسانه ها. طرحهاي 43/3 و 94/7 ميكرون براي اندازه گيري فيلمهاي مختلف پلاستيك كه داراي باند جذب در اين طول موجها مي باشند بكار م روند. با فيلتر كردن در اين نواحي، ضريب گسل ساده شده و به حسگرهاي تك طول موج امكان استفاده را مي دهد. به همين صورت، اكثر مواد شيشه شكل در 6/4 ميكرون كدر مي شوند و فيلترينگ باند باريك در 1/5 ميكرون امكان اندازه گيري دقيق سطح شيشه را مي دهد. از سوي ديگر براي نگاه كردن از داخل يك شيشه، يك حسگر فيلتر شده در محدوده 1 تا 4 ميكرون امكان دسترسي آسان به پورتهاي نظارتي درون كانالهاي فشار و خلاء را مي دهد. فيلترينگ 1/5 نيز براي عملياتهاي خشك كردن و حرارت دهي استفاده مي شوند كه لامپهاي مادون قرمز كوارتز منبع گرما مي باشند. طرح 8/3 ميكرون نسبت به گازهاي احتراقي و شعله ها غيرحساس مي باشد و براي اندازه گيري دماهاي داخل كوره ها، كوره هاي ذوب و اتاقكهاي سوخت كه شعله در آنها وجود دارد بكار مي روند. براي كاربردهاي در دماهاي كم مانند غذاهاي منجمد، پيست هاي رنگي، تأثيرهاي ماشينهاي مسابقه اي و چاپ، طول موجهاي بيشتر 814 ميكروني بنابر سطوح پايين انرژي تابشي موردنياز مي باشد.ترمومتري دوطول موجه براي كاربردهاي سخت تر و پيچيده تر بكار مي رود كه در آنها دقت كامل مهم مي باشد وگسيل شي كم و يا متغيير مي باشد اين حس گرها همچنين داراي توانايي منحصر به فردي براي كار دقيق در شرايط آلوده دارند مانند پنجره هاي كثيف و يا اشتباه كوچك مانند يك سيم كه در ميدان ديد حسگر قرار نمي گيرد مي باشند . بعنوان مثال ، در دماي زياد فرآوري فولاد كه اكسيداسيون پرشتاب و يا آلودگي دود و رطوبت بسياري مابين شي و حسگر و همچنين دماي زياد محيط وجود دارد باعث مي شود كه سطح داراي گسيل متغير مي شود ( انعكاسي متغيرات ) با استفاده از لنزهاي فيبري ، حسگر در طول موج براي اين كاربرد ، اثرات گسيل متغير ، اتمسفر آلوده و دماي زياد محيط كار را حذف مي كند . ترمومتري چند طول موج شامل اندازه گيري انرژي طول موج متفا وت مي باشد

(‌باندهاي طيفي ) دماي شي را مي تواند با استفاده مستقيم از دستگاه بطور دقيق و بدون استفاده از گسيل و زماني كه گسيل در هر دو طول موج يكسان باشد بدست آورد اين مورد به نام وضعيت جسم خاكستري توضيح داده شده است .

تئوري اين طرح كاملاً ساده وصريح است و با معادله هاي زير توضيح داده شده است با استفاده از دو پاسخ طيفي در دو طول موج مجاور و با گرفتن نسبت اين سيگنالها از معادلة پلانك ، سيگنال خارج قسمت به دماسنجي است و ضرايب گسيل از معادله حذف مي شود .

كه R= ضريب تابش طيفي ، Tv= دماي تابشي سطح گسيل طيفي

با داشتن منحني توزيع يك قطعه جسم سياه واندازه گيري ضرايب در مقادير مختلف گسيل ، مي توان همان موضوع را رسم كرد با استفاده از فيلترهاي با پهناي باند كم در اندازه هاي 8/0 و 7/0 ميكرون ، عامل ضريب بر مقدار 428/1 براي گسيلهاي كمتر از 1/0 2ثابت مي ماند

با يك حسگر دو طول موجه ، گسيل مقوله اي براي اشياء خاكستري نمي باشد مشابهاً هر گونه تغيير ديگري كه در طبيعت خاكستري باشند ؛ برروي دقت اندازه گيري شده توسط طرح دو طول موج تأثيري ندارد . اين تغييرات شامل تغييراتي در اندازة‌شي ، از قبيل يك رشته سيم و يا جرياني از شيشه مذاب كه قطر آن تغيير كرده و يا متحرك مي باشد است .