Thermocouples infrarouges IRt/c — Une nouvelle technologie révolutionnaire de détection de température
La gamme de produits IRt/c représente une avancée spectaculaire dans le domaine de la technologie de détection de température. Les capteurs IRt/c sont autonomes, peu coûteux et peuvent mesurer la température de surface des matériaux sans les toucher. Ils peuvent être installés directement sur des contrôleurs de thermocouples conventionnels, des automates programmables, des transmetteurs et d'autres appareils de lecture.
Comment mesurent-ils la température ?
All IRt/c’s have a proprietary infrared detection system which receives the heat energy radiated from objects the sensor is aimed at, and converts the heat passively to an electrical potential. A millivolt signal is produced, which is scaled to the desired thermocouple characteristics.
Tous les IRt/c sont équipés d'un système de détection infrarouge exclusif qui reçoit l'énergie thermique rayonnée par les objets vers lesquels le capteur est dirigé et convertit passivement la chaleur en un potentiel électrique. Un signal en millivolts est produit, qui est mis à l'échelle selon les caractéristiques souhaitées du thermocouple.
Étant donné que tous les IRt/c sont des appareils autoalimentés et qu'ils dépendent uniquement du rayonnement infrarouge entrant pour produire le signal par effet thermoélectrique, le signal suit les règles de la physique thermique du rayonnement et est soumis aux non-linéarités inhérentes au processus.
Cependant, sur une certaine plage de températures, la sortie de l'IRt/c est suffisamment linéaire pour produire un signal qui peut être directement interchangé avec un signal t/c conventionnel. Par exemple, spécifier une correspondance de 2 % avec la linéarité du t/c donne une plage de température dans laquelle l'IRt/c produira un signal à moins de 2 % du t/c conventionnel fonctionnant dans cette plage. Spécifier 5 % produira une plage un peu plus large, etc.
Chaque modèle IRt/c est spécialement conçu pour offrir des performances optimales dans la plage de linéarité optimale avec les t/c conventionnels, mais peut être utilisé en dehors de ces plages en calibrant simplement le dispositif de lecture de manière appropriée. Le signal de sortie est régulier et continu sur toute sa plage de température nominale et maintient une répétabilité de 1 % sur toute sa plage.
Le Guide de sélection de la température est un résumé des performances de la plage linéaire de chaque modèle IRt/c. L'utilisateur sélectionne le modèle et le type d'IRt/c, ainsi que la plage de température cible pour l'application. Les réglages de décalage normaux sur le dispositif de lecture du thermocouple sont utilisés pour calibrer l'installation en fonction de l'émissivité et des effets de fond.
Quelle est la fiabilité de ces nouveaux dispositifs ?
Dans le domaine du contrôle de la température, il est fondamental que le dispositif de mesure soit capable de maintenir son étalonnage dans les conditions d'utilisation et sur une longue période. L'IRt/c offre une répétabilité de 1 % (de la lecture) et ne présente aucun changement d'étalonnage mesurable à long terme, ce qui le rend parfaitement adapté à un contrôle fiable de la température. Ces caractéristiques sont inhérentes à la conception et à la construction de base de chaque IRt/c.
La répétabilité est définie comme la capacité d'un appareil de mesure à reproduire son étalonnage dans des conditions identiques. L'IRt/c est un système solide, hermétiquement scellé et entièrement encapsulé qui ne subit aucune modification mécanique ou métallurgique pendant son utilisation. Il ne comporte aucun composant électronique actif ni aucune source d'alimentation pour produire le signal, seulement les effets thermoélectriques qui produisent un signal thermocouple. La valeur nominale de 1 % est une valeur prudente basée sur la difficulté pratique de démontrer des tolérances plus strictes dans les conditions d'essai, plutôt qu'une véritable limitation de l'appareil.
La précision à long terme est influencée par les mêmes facteurs que ceux qui influencent la répétabilité : les changements mécaniques et métallurgiques. Il est bien connu que les thermocouples peuvent changer d'étalonnage au fil du temps en raison de ces effets. Les changements mécaniques se produisent parce que les thermocouples conventionnels sont généralement conçus pour être aussi petits et légers que possible afin d'améliorer le temps de réponse, ce qui les rend vulnérables aux déformations susceptibles de modifier leurs propriétés thermoélectriques. Plus important encore, le thermocouple conventionnel doit fonctionner à une température élevée, car il ne mesure que sa propre température.
Les changements métallurgiques qui affectent les propriétés thermoélectriques dépendent fortement de la température, étant négligeables à température ambiante et très importants à haute température.
L'IRt/c résout ces deux problèmes grâce à sa conception et à son fonctionnement de base. Sa construction solide entièrement encapsulée dans un boîtier en acier inoxydable mécaniquement rigide et son fonctionnement à des conditions proches de la température ambiante éliminent essentiellement les problèmes classiques de dérive des thermocouples conventionnels. Chaque IRt/c est doublement recuit à des températures supérieures à 100 °C afin de garantir une stabilité à long terme, et testé 5 fois avant d'être emballé. À l'exception d'un très faible pourcentage de défauts, l'IRt/c offre une précision d'étalonnage à long terme pratiquement illimitée.
Guide d'installation rapide
Tous les systèmes de détection infrarouge doivent être étalonnés en fonction des propriétés spécifiques de la surface du matériau (par exemple, la quantité de chaleur rayonnée par la surface cible, les réflexions thermiques environnementales, etc. Cet étalonnage est effectué en mesurant la température de la surface cible à l'aide d'une sonde de température de surface indépendante fiable. La méthode la plus simple et la plus rapide pour calibrer avec précision ces effets consiste à utiliser un thermomètre à infrarouge portable OMEGA OS91 doté d'un système breveté de compensation automatique de l'émissivité afin d'obtenir une lecture réelle quelle que soit l'émissivité.
La procédure suivante est recommandée :
- Installez l'IRt/c aussi près que possible du matériau cible à mesurer.
- Raccordez l'IRt/c au contrôleur, au transmetteur PLC, etc. de manière standard (y compris le blindage). Comme pour les t/c conventionnels, le fil rouge est toujours (–).
- Amenez le processus à sa température de fonctionnement normale et mesurez la température réelle du matériau cible à l'aide du thermomètre infrarouge de la série OS90.
- Réglez les paramètres « input offset », « zero » et « low cal » sur l'appareil de lecture afin qu'ils correspondent à la lecture de l'OS91.
L'installation est terminée.
Configuration IRt/c avec thermostats à réglage automatique
Dans de nombreuses applications, des éléments chauffants sont utilisés pour chauffer un produit dans un four, une four ou à l'aide de jets d'air chaud. Les dispositifs de contrôle conventionnels utilisant des thermocouples à contact mesurent et contrôlent la température de l'air du four, la température de l'élément chauffant IR ou la température du jet d'air afin de maintenir la température du produit et donc sa qualité, souvent avec des résultats peu satisfaisants.
Le remplacement du thermocouple à contact (utilisé par exemple pour mesurer la température d'un four) par un thermocouple IRt/c sans contact mesurant directement la température du produit garantit le maintien de la température du produit. Un réajustement des paramètres du contrôleur est nécessaire en raison des différences entre les temps de réponse des capteurs (un IRt/c est beaucoup plus rapide) et le temps nécessaire pour chauffer le produit par rapport au capteur d'origine (plus lent). Après avoir installé l'IRt/c et calibré la lecture du contrôleur à l'aide d'un scanner infrarouge OS91 (voir le guide d'installation rapide ci-dessous), lancez le cycle d'auto-réglage du contrôleur et vérifiez que le contrôle est stable et précis. S'il ne s'auto-régule pas correctement, ajustez manuellement les coefficients de contrôle pour obtenir un contrôle stable. Comme la température du produit est susceptible de changer plus lentement que celle du capteur d'origine, commencez par augmenter lentement le « D » des coefficients PID.
L'IRt/c peut être utilisé avec un câble d'extension de thermocouple pouvant atteindre 300 m (1 000 ft).
Avec un câble d'extension de thermocouple à paire torsadée blindée, un IRt/c peut être monté jusqu'à 300 mètres (1 000 ft) Câblage du dispositif de lecture, même dans un environnement soumis à de très fortes interférences électriques. Un test de démonstration a été réalisé avec une bobine de 300 m (1 000 ft) de câble de rallonge à paires torsadées blindées, dont 30 m (100 ft) ont été déroulés, reliant un IRt/c à un module de conversion A/N rapide (réponse de 100 ms) connecté à un ordinateur. Comme générateur de bruit, un transformateur de 60 Hz et 10 000 volts et un générateur d'étincelles ont été installés pour produire des étincelles à moins de 15 cm (6 pouces) du câble.
Les résultats du test ont montré un bruit inférieur à 0,1 °C à n'importe quelle position relative du câble, de l'étincelle et du transformateur. Les caractéristiques exceptionnelles de suppression du bruit intégrées à l'IRt/c permettent de le localiser à très longue distance, sans avoir besoin d'un transmetteur. Le boîtier de l'IRt/c est isolé électriquement des fils de signal et est connecté au blindage mis à la terre du câble d'extension. Pour les longues distances, il convient d'utiliser un câble d'extension blindé torsadé et de connecter le blindage à une bonne terre électrique.
Les IRt/c sont intrinsèquement sûrs lors de l'utilisation avec des barrières.
« Les appareils de terrain ayant des caractéristiques de stockage ou de génération d'énergie de < 1,2 V, 0,1 A, 25 mW ou 25 microJ sont considérés comme des appareils simples (sans stockage d'énergie). Ces dispositifs à usage général peuvent être utilisés dans un emplacement dangereux (classifié) sans autre approbation lorsqu'ils sont connectés à un circuit certifié à sécurité intrinsèque ». – Citation tirée du manuel complet sur les relais de barrière et de répétition à sécurité intrinsèque de R. Stahl, Inc. Exemples d'appareils à sécurité intrinsèque sans accumulation d'énergie :
- Thermocouples
- RTD
- LED
- Contacts de commutation secs
- Détecteurs de proximité inductifs NAMUR
- Dispositifs à jauges de contrainte non inductives et Résistances
L'IRt/c appartient à la catégorie des thermocouples, car il génère son signal en convertissant l'énergie thermique rayonnée en un signal électrique via les effets Seebeck, la force motrice fondamentale des thermocouples. Comme tous les thermocouples, il ne nécessite aucune source d'alimentation et génère des signaux mesurés en millivolts de tension, microampères de courant et nanowatts de puissance. Les IRt/c ont une faible capacité, mais à un microfarad, le stockage d'énergie est mesuré en nanojoules et est mille fois inférieur au critère de 25 microjoules.
En conséquence, l'IRt/c est considéré comme un appareil simple pouvant être utilisé dans des zones dangereuses et, avec la barrière appropriée, il est considéré comme intrinsèquement sûr.
Les IRt/c sont intrinsèquement sûrs lors de l'utilisation avec des barrières
Notes d'application IRt/c
IRt/c surveille la température des pneus pour optimiser les performances en course.
La température des pneus est un élément crucial dans les courses automobiles, et ce pour deux raisons : elle influe directement sur l'adhérence et l'usure des pneus ; et les courbes de température des pneus fournissent des informations précieuses sur la configuration et les performances de la suspension. Par exemple, une charge excessive sur un pneu due à une suspension mal réglée entraînera une augmentation considérable de la température de ce pneu par rapport aux autres.
L'IRt/c est un appareil de mesure idéal pour l'acquisition de données à bord, en raison de sa petite taille, de sa robustesse et de son faible coût. Il peut être connecté à des systèmes de lecture de thermocouples standard. L'installation doit inclure la connexion du blindage à une mise à la terre appropriée afin d'éviter les interférences provenant de l'environnement électrique difficile d'une voiture de course. L'installation mécanique doit tenir compte des schémas de circulation de l'air afin de minimiser l'accumulation de saleté sur la lentille. Les modèles OS36-2 ou OS36-5 sont recommandés en raison de leur champ de vision plus étroit, qui vous permet de les positionner plus loin.
IRt/c Mesure de l'humidité relative.
IRt/c’s can be used to measure actual relative humidity in many situations where there is a convenient source of water and flowing air, and measure it accurately and reliably.
Les IRt/c peuvent être utilisés pour mesurer l'humidité relative réelle dans de nombreuses situations où il existe une source d'eau et un flux d'air pratiques, et la mesurer de manière précise et fiable.
Un IRt/c dirigé vers une surface poreuse humide sur laquelle souffle de l'air ambiant peut mesurer la température dite « du bulbe humide » pour cette zone ambiante. (Plus précisément, la température du bulbe humide est la température d'équilibre de l'interface air-eau lors de l'évaporation d'un film d'eau. Lorsque l'air circule sur une surface humide, l'eau se refroidit par évaporation jusqu'à atteindre la température du bulbe humide, puis le refroidissement s'arrête, quelle que soit la quantité d'air qui circule sur la surface. La température à laquelle le refroidissement s'arrête est la température du bulbe humide.)
L'IRt/c mesure directement la température de l'interface air-eau sur une surface. La qualité de l'eau ou du matériau absorbant n'affecte pas les mesures, car l'IRt/c peut voir directement l'interface air-eau, et la température d'équilibre du bulbe humide n'est pas affectée de manière significative par les impuretés.
La méthode la plus précise consiste à utiliser un IRt/c câblé de manière différentielle avec un thermocouple classique pour mesurer la quantité « dépression du bulbe humide ». La disposition différentielle de la paire garantit une précision élevée, car l'humidité relative est fortement fonction de la dépression du bulbe humide et faiblement fonction de la température du bulbe sec. Des tableaux psychrométriques standard, des graphiques et des Logiciels peuvent être utilisés avec les données pour obtenir une humidité relative précise pour vos mesures environnementales.
Contrôle de la température des rouleaux de bande
Les thermocouples infrarouges IRt/c sont rapidement devenus les capteurs de choix pour surveiller et contrôler les températures des bandes et des rouleaux. Conseils pour une mesure précise de la température des rouleaux :
- Rouleaux métalliques ou chromés non revêtus – Les rouleaux métalliques brillants et non revêtus sont difficiles à détecter correctement par un capteur à infrarouges (le capteur captera trop de reflets environnementaux). La solution à ce problème est simple : il suffit de peindre une petite bande noire sur une extrémité inutilisée du rouleau. Dirigez le capteur IRt/c vers la bande de peinture noire. Il mesurera alors la température avec précision et fiabilité, indépendamment des changements de conditions de surface du reste du rouleau.
S'il y a très peu d'espace sur le bord du rouleau, rapprochez le capteur et peignez une très petite bande noire. La taille minimale du spot de l'IRt/c est de 8 mm (0,3 pouce) et celle de l'OS36-2 est de 4 mm (0,16 pouce) lorsque le capteur est rapproché de la surface. - Rouleaux métalliques mats – Les rouleaux métalliques mats peuvent fournir un signal fiable. Il est toutefois préférable de tester la fiabilité de la surface, car les propriétés émissives de celle-ci peuvent varier en raison de la saleté, de l'humidité, du nettoyage, etc. En cas de doute, il est préférable de simplement peindre une bande pour éliminer ces variations.
- Rouleaux à surface non métallique – Ceux-ci fournissent un signal IR fiable à n'importe quel point où l'IRt/c est dirigé. Il n'est pas obligatoire de peindre une bande.
Contrôle des processus de formage sous vide et de thermoformage
Pour le formage des plastiques, une excellente combinaison de méthode de chauffage et de contrôle est la chaleur rayonnante avec un IRt/c pour le contrôle. Ils fonctionnent extrêmement bien ensemble, car le chauffage et la mesure se font directement à la surface, là où se trouve le plastique. La lecture IRt/c n'est pas affectée par les réflexions du radiateur, car la réponse spectrale de la lentille IRt/c de 6 à 14 microns filtre les longueurs d'onde plus courtes de l'énergie du radiateur.
L'IRt/c peut être monté entre des éléments chauffants en céramique, ou dans le capot ou le réflecteur des éléments chauffants rayonnants, de manière à pouvoir voir entre les éléments. Sélectionnez la norme IRt/c, OS36-2 ou OS36-5, selon le champ de vision requis pour voir au-delà des éléments jusqu'à la surface peinte. Il convient de veiller au montage de l'IRt/c de manière à maintenir sa température en dessous de 93 °C (200 °F) et à garder la lentille propre. Le modèle OS36-2 est le modèle préféré pour cette application en raison de sa petite taille et de son système de purge d'air intégré. Elle peut être utilisée dans des environnements où la température atteint 121 °C (250 °F) lorsque le système de purge d'air est utilisé. Son champ de vision plus étroit offre une plus grande marge de manœuvre pour le positionnement et donc une plus grande flexibilité d'installation. Pour des champs de vision encore plus étroits, utilisez l'OS36-5 avec son champ de vision 5:1.
L'IRt/c contrôle le préchauffage des circuits imprimés pendant le soudage à la vague
L'IRt/c est une excellente solution au problème du contrôle adéquat du chauffage pour le préchauffage des circuits imprimés. Ils fonctionnent extrêmement bien ensemble, car le chauffage et la mesure se font directement à la surface, là où la soudure doit s'écouler. La lecture IRt/c n'est pas affectée par les réflexions du chauffage, car la réponse spectrale de la lentille IRt/c de 6 à 14 microns filtre toutes les longueurs d'onde plus courtes de l'énergie du chauffage radiant.
Pour cette application, l'IRt/c peut être monté de la même manière que pour le formage sous vide/thermoformage (ci-dessus).
Contrôle du chauffage par induction
Le processus de chauffage par induction peut être facilement contrôlé par la température de la pièce mesurée par un thermocouple infrarouge sans contact IRt/c. Plusieurs points doivent être pris en compte lors de l'installation.
- L'effet du champ sur l'IRt/c : comme le signal de mesure est isolé électriquement du boîtier, l'IRt/c fonctionne même dans un champ très fort. Le fil de blindage doit être relié à une masse de signal appropriée. En cas de chauffage excessif dû au champ, envisagez d'utiliser le kit de chemise de refroidissement en option, avec la même source d'eau que celle utilisée pour refroidir la bobine.
- Le champ de vision : la méthode préférée consiste à visualiser la pièce entre les spires de la bobine ou depuis l'extrémité. Sélectionnez le modèle IRt/c qui correspond le mieux à vos besoins.
- Température de la pièce : les modèles OS36-2 et OS36-5 peuvent tous deux être utilisés pour des températures cibles de 1 100 °C (2000 °F) et ont des plages linéaires allant jusqu'à 260 °C (500 °F). .
Surveillance de la température de l'asphalte
Les propriétés de l'asphalte sont particulièrement sensibles à la température, et il est important que l'asphalte soit appliqué à la bonne température afin de répondre à ses spécifications techniques. Par conséquent, la surveillance de la température est une exigence courante, mais les thermocouples habituellement utilisés présentent de graves problèmes de rupture en raison de l'abrasivité élevée du matériau et doivent être constamment remplacés, ce qui entraîne des coûts élevés et des interruptions de production.
L'IRt/c résout directement ce problème, car la température est surveillée sans contact. Le contrôleur de thermocouple normal peut être utilisé – il suffit de calibrer le décalage si nécessaire. Les modèles OS36-2 et OS36-5 sont recommandés en raison de leur purge d'air intégrée, qui permet de garder la lentille propre en empêchant la condensation de vapeurs sur celle-ci. L'OS36-2 peut être monté dans la goulotte pour observer l'asphalte à travers un petit trou, tandis que l'OS36-5 peut être monté à une certaine distance grâce à son champ de vision étroit de 5:1.
Reproduit avec l'autorisation d'Exergen Corp.
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