Setelah sebelumnya telah dibahas tentang sensor temperature Thermocouple, kali ini penulis akan berbagi pengetahuan tentang sensor temperature dengan system radiasi inframerah. perbedaan sensor jenis ini dengan sensor2 temperature lain salah satunya adalah dari cara kerja sensor, yang mana sensor jenis ini dapat mengukur temperature tanpa melakukan kontak langsung terhadap objek/target. Sensor ini sering juga disebut Pyrometer.
Thermometer IR ( Infrared Radiation/radiasi inframerah ) dapat dibandingkan
dengan mata manusia. Lensa mata merupakan optik yang mana radiasi (jalur foton) dari objek mencapai fotosensitif lapisan (retina) melalui atmosfer diubah menjadi sinyal yang dikirim ke otak.
Keuntungan Menggunakan Thermometer IR
1.
Dapat melakukan pengukuran secara cepat.
2.
Bisa melakukan pengukuran untuk target bergerak.
3.
Pengukuran dapat diambil dari benda-benda berbahaya atau fisik tidak
dapat diakses (tegangan tinggi bagian, pengukuran jarak yang besar).
4.
Pengukuran dapat dilakukan di suhu tinggi (lebih dari 1300 ° C).
5.
Tidak ada gangguan, tidak ada energi yang hilang dari sasaran.
Prinsif Kerja
Optik dari thermometer mendeteksi
energi inframerah yang telah dikumpulkan dan difokuskan pada detektor dan
diterjemahkan ke dalam bentuk informasi suhu yang dapat dibaca di display.
Gambar 1. Ilustrasi pengukuran temperature dengan IR
Hal yg perlu diperhatikan
1. Targetnya harus terlihat termometer IR. Tingkat debu atau asap yang tinggi membuat pengukuran kurang akurat.
2. Optik sensor harus dilindungi dari debu dan kondensasi cairan.
3. Biasanya, hanya suhu permukaan dapat diukur.
Objek/Target
Setiap bentuk materi dengan temperatur
(T) di atas nol absolut memancarkan radiasi inframerah sesuai dengan keadaan suhu. Ini
disebut karakteristik radiasi. Penyebab dari hal ini adalah pergerakan molekul.
Intensitas gerakan ini tergantung pada suhu objek. Karena gerakan molekul
merupakan perpindahan muatan, radiasi elektromagnetik (foton partikel) dipancarkan.
Foton bergerak dengan kecepatan cahaya dan berperilaku sesuai dengan
prinsip-prinsip optik yang dikenal. Foton dapat dibelokkan, difokuskan dengan
lensa, atau dipantulkan dari permukaan reflektif. Spektrum radiasi ini panjang
gelombangnya berkisar 0,7-1000 µM. Untuk
alasan ini, radiasi ini biasanya tidak bisa dilihat dengan mata telanjang.
Daerah ini terletak dalam area merah dari cahaya tampak dan karena itu disebut
"infra"-red.
Gambar 2. Gelombang elektromagnetik 0.7 sampai 14 µm
Gambar 3. Kaitan Radiasi karakteristik hitam dengan Temperature
Gambar. 3 menunjukkan bentuk tipe
radiasi pada temperatur yang berbeda. Seperti ditunjukkan, pada suhu tinggi
terlihat masih memancarkan sejumlah kecil radiasi. Inilah sebabnya mengapa
setiap orang dapat melihat benda bersinar dari merah menjadi putih pada suhu yang sangat tinggi (di atas 600 °
C). Teknologi pengukuran inframerah didasarkan pada hal ini. Radiasi maksimum
bergerak ke arah panjang gelombang yang lebih pendek sebagai target
kenaikan suhu, dan kurva tidak tumpang tindih pada temperatur yang
berbeda. Energi dalam rentang panjang gelombang (di bawah kurva masing-masing)
meningkat ke daya 4 dari suhu (T4). Hubungan ini diakui oleh Stefan dan
Boltzmann pada 1879 yang menggambarkan bahwa suhu dapat diukur dari sinyal
radiasi.
Termometer IR harus diatur untuk
memungkinkan jangkauan terluas dalam mendapatkan energi (sesuai dengan
area di bawah kurva) atau sinyal dari target. Namun, dalam beberapa kasus hal ini tidak selalu menguntungkan. Misalnya, pada Gambar. 3 intensitas radiasi meningkat pada 2 µM lebih
banyak ketika suhu meningkat dibandingkan
pada saat 10 µM. Perbedaan radiasi yang
lebih besar per perbedaan suhu, maka IR semakin akurat dalam bekerja. Menurut
perpindahan radiasi panjang gelombang yang maksimum ke yang lebih kecil dengan diikuti kenaikan suhu
(Pemindahan Wien), rentang panjang gelombang memiliki sifat yang sama dengan rentang pengukuran suhu pada
pyrometer.
Pada
suhu rendah, termometer IR bekerja di 2 µM dan akan berhenti pada suhu di bawah
600 °dan energi radiasinya terlalu sedikit. Alasan suatu perangkat memiliki
rentang panjang gelombang yang berbeda-beda
adalah pola emisivitas dari beberapa bahan yang dikenal sebagai
“non-gray bodies” (kaca, logam, dan film plastik). Gambar. 3 menunjukkan bahan
yang ideal, Yang disebut "blackbody". Hubungan antara energi pemancar
yang nyata dan blackbody dikenal sebagai ε emisivitas (epsilon) dimana nilai
maksimalnya adalah 1 (sesuai
blackbody yang ideal) dan nilai
minimalnya adalah 0. Bahan dengan emisivitas yang kurang dari 1 disebut gray
bodies. Bahan yang emisivitas juga
tergantung pada suhu dan panjang gelombang disebut non-gray bodies. Jadi,
jumlah dari pemancaran yang terdiri dari
penyerapan (A), refleksi (R) dan transmisi (T)
sama dengan satu.
perhatikan gambar berikut!.
A+R+T=1
Gambar 4. Sensor juga menerima radiasi yang dipantulkan
dan juga radiasi yang melewati sasaran.
Bahan yang
padat tidak memiliki transmisi dalam rentang inframerah (T = 0). Menurut
hukum Kirchoff Diasumsikan bahwa semua radiasi yang diserap oleh bahan yang
menyebabkan peningkatan suhu dan kemudian dipancarkan oleh bahan ini.
Hasil
untuk penyerapan dan pemancaran adalah A<=>E = 1-R .
Untuk blackbody ideal juga tidak memiliki reflektansi (R =
0), sehingga E = 1.
Banyak
non-logam bahan seperti kayu, plastik, karet, bahan organik, batu, atau beton
memiliki permukaan yang hanya bisa sedikit memantulkan dan memiliki emisivitas
tinggi antara 0,8 dan 0,95. Sebaliknya, logam
yang memiliki permukaan yang mengkilap memiliki emissivities di sekitar
0,1. Termometer IR mengganti ini dengan menawarkan pilihan variabel untuk
menetapkan faktor emisivitas. perhatikan gambar berikut.
Gambar 5. Specific emission at different emissivities
Detektor
Detektor merupakan bentuk inti dari
termometer IR. Detektor mengubah radiasi inframerah yang diterima menjadi
sinyal listrik, yang kemudian dipancarkan sebagai nilai suhu oleh sistem
elektronik. Detektor inframerah dibagi ke dalam 2 kelompok besar: Quantum
detektor dan detektor termal. Detektor Quantum (dioda) berinteraksi langsung
dengan foton, sehingga menghasilkan pasangan elektron dan menyebabkan sinyal
listrik. Detektor termal mengubah suhu mereka tergantung pada dampak radiasi.
Detektor Thermal jauh lebih lambat daripada detektor kuantum karena pemanasan
diri diperlukan. Quantum detektor selalu digunakan untuk sistem pencitraan dan
scanner baris.
Menentukan Emisivitas
Ada berbagai metode untuk
menentukan emisivitas suatu benda. Pertama, emisivitas bahan yang sering
duganakan dapat ditemukan dalam tabel emisivitas. Tabel emisivitas juga
membantu menemukan rentang panjang gelombang yang tepat untuk bahan tertentu
serta alat pengukurnya yang tepat. Terutama dalam kasus logam, nilai-nilai
dalam tabel tersebut hanya boleh digunakan untuk tujuan tertentu dimana kondisi
permukaan (misalnya dipoles, teroksidasi atau ditingkatkan) dapat mempengaruhi
emisivitas lebih dari bahan itu sendiri. Hal ini juga dapat dimungkinkan
menentukan sendiri emisivitas bahan tertentu menggunakan metode yang berbeda.
Untuk melakukannya dapat
menggunakan pyrometer dengan kemampuan
pengaturan emisivitas.
Optik & Window
Sistem optik dari sebuah thermometer IR
mengambil energi inframerah yang dipancarkan dari tempat pengukuran secara melingkar dan
memfokuskannya pada detektor. Target harus benar-benar mengisi tempat ini, jika
tidak termometer IR akan "melihat" suhu radiasi lainnya dari latar
belakang, sehingga membuat nilai yang terukur tidak akurat.
Gambar 6. Target harus mengisi tempat yang akan diukur
Resolusi optik didefinisikan sebagai
hubungan antara jarak antara alat pengkur dari target dan diameter dari tempat
pengukuran (spot) (D: S).
Gambar 7. diagram optik sensor inframerah. Pada
jarak 130 mm dengan diameter tempat 33 mm memberikan rasio sekitar 4:1
Pyrometer sering dilengkapi dengan
teleskop dan laser di depan perangkat.
Sinar laser memungkinkan pengguna untuk pengukuran yang lebih cepat dan tepat.
Penggunaan laser sangat berguna untuk
pengukuran benda yang bergerak atau
dalam kondisi cahaya yang redup.
Penggunaan laser dalam pengukuran
terbukti secara efektif membantu mengarahkan pengukuran infrarmerah secara
tepat kepada obyek pengukuran. Aplikasi
yang merupakan penggabungan teleskop dengan laser sangat berguna untuk
penentuan daerah pengukuran ketika optik ditujukan untuk benda-benda terang
(pada suhu yang tinggi) atau untuk membuat pengukuran di area yang memiliki
pechayaan yang tinggi atau dalam jarak jauh.
Ringkasan
Seperti halnya dengan
kamera, kinerja optik, menentukan berapa ukuran target yang dapat dilihat atau diukur. Rasio jarak (jarak
dari objek: diameter spot) merupakan ciri kinerja optik dalam alat pengukuran
IR. Tempat proyeksi harus terisi penuh untuk menghasilkan target pengukuran
yang tepat. Agar lebih mudah, optik dilengkapi dengan laser pointer. Jika
jendela pelindung antara alat ukur dan target diperlukan, bahan untuk jendela
harus dipilih dengan tepat. Dalam kasus ini, rentang panjang gelombang dan
kondisi operasi yang dimainkan memiliki peran yang signifikan.
Sumber: Raytek
Semoga Bermanfaat....
.jpg)
0 comments:
Post a Comment