سنسور فروسرخ (Infrared Sensor - Pyrometer)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور فروسرخ (Infrared Sensor - Pyrometer) :
سنسورهای فروسرخ (پیرومترها) دمای اجسام را بدون تماس فیزیکی و با اندازه گیری تابش الکترومغناطیسی ساطع شده از آنها اندازه گیری می کنند. اساس کار بر قانون تابش جسم سیاه استوار است. هر جسمی با دمای بالای صفر مطلق، بر اساس دمای خود، امواج فروسرخ گسیل می کند. شدت و طیف این تابش به دما و گسیلمندی (emissivity) سطح جسم بستگی دارد.
قانون پلانک توزیع طیفی تابش جسم سیاه را توصیف می کند:
\[ E(\lambda, T) = \frac{2\pi h c^2}{\lambda^5} \cdot \frac{1}{e^{hc/(\lambda k T)} - 1} \]. با انتگرال گیری از این رابطه در طول موج ها، به قانون استفان-بولتزمن می رسیم: توان کل تابش شده
\[ P = \sigma \epsilon A T^4 \]که
\[ \sigma \]ثابت استفان-بولتزمن،
\[ \epsilon \]گسیلمندی،
\[ A \]مساحت و
\[ T \]دمای مطلق است. همچنین قانون جابجایی وین می گوید طول موج بیشینه تابش با دما رابطه وارون دارد:
\[ \lambda_{max} T = b \].
\[ P = \sigma \epsilon A T^4 \quad , \quad \lambda_{max} T = b \]پیرومترها با جمع آوری تابش فروسرخ توسط عدسی یا آینه و متمرکز کردن آن روی یک آشکارساز (مانند ترموپایل، بولومتر یا آشکارساز فوتونی) کار می کنند. سیگنال خروجی آشکارساز متناسب با توان تابشی دریافتی است و الکترونیک داخلی آن را به دما تبدیل می کند. برای اندازه گیری دقیق، باید گسیلمندی جسم (
\[ \epsilon \]) را بدانیم یا آن را تنظیم کنیم. گسیلمندی برای جسم سیاه ایده آل ۱ و برای سطوح صیقلی می تواند بسیار کم باشد.
مزیت اصلی اندازه گیری غیرتماسی، امکان اندازه گیری دما در شرایط دشوار (اجسام داغ و متحرک، محیط های خورنده، میدان های الکترومغناطیسی قوی) و سرعت پاسخ بالا (میلی ثانیه) است. کاربردها شامل کوره های صنعتی، موتورهای جت، خطوط تولید نورد فلزات، پزشکی (دماسنج پیشانی) و بازرسی های الکتریکی است. محدودیت اصلی نیاز به شناخت گسیلمندی و حساسیت به گرد و غبار و بخار در مسیر نوری است.
