سنسور دمای فرابنفش (Ultraviolet Temperature Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور دمای فرابنفش (Ultraviolet Temperature Sensor) :
سنسور دمای فرابنفش (UV Temperature Sensor) نوعی سنسور غیرتماسی دما است که از تابش فرابنفش ساطع شده از اجسام بسیار داغ (معمولا بالای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس) برای اندازه گیری دما استفاده می کند. این روش بر اساس قانون تابش جسم سیاه است، اما در ناحیه فرابنفش طیف. طبق قانون جابجایی وین، با افزایش دما، طول موج بیشینه تابش به سمت طول موج های کوتاه تر (فرابنفش) جابه جا می شود. برای دماهای بسیار بالا، بخش قابل توجهی از تابش در ناحیه UV گسیل می شود.
رابطه اساسی، قانون پلانک است که شدت تابش در طول موج معین را به دما مرتبط می کند. برای یک طول موج ثابت در ناحیه UV، شدت تابش تابعی به شدت افزایشی از دما است. بنابراین با کالیبره کردن یک آشکارساز UV، می توان از شدت تابش UV به دما رسید. این روش مزایایی نسبت به پیرومترهای فروسرخ معمولی دارد، به ویژه برای اندازه گیری دما در محیط های با تداخل بالا (مانند شعله ها و پلاسما).
\[ I(\lambda, T) = \frac{2hc^2}{\lambda^5} \frac{1}{e^{hc/(\lambda kT)} - 1} \]کاربردهای مهم: اندازه گیری دمای پلاسما در راکتورهای همجوشی (توکامک) و موتورهای موشک، کنترل فرآیند در صنایع ذوب فلزات (به ویژه فلزات با نقطه ذوب بالا مانند تنگستن)، و مطالعه احتراق با دمای بالا. در این محیط ها، تشعشعات زمینه در ناحیه فروسرخ و مرئی ممکن است بسیار شدید و مزاحم باشند، اما انتخاب طول موج UV می تواند به کاهش این تداخلات کمک کند.
چالش های این روش: شدت تابش UV معمولا کم است (مگر در دماهای بسیار بالا)، جذب UV توسط جو (اکسیژن و ازن) و نیاز به پنجره های نوری مناسب با عبور بالا در UV (مانند کوارتز یا یاقوت کبود) وجود دارد. همچنین، گسیلمندی (emissivity) مواد در ناحیه UV معمولا ناشناخته و متغیر است. برای غلبه بر این مشکل، گاهی از روش های دو-طول موج (نسبت سنجی) استفاده می شود.
آشکارسازهای مورد استفاده شامل فوتودیودهای GaN یا SiC (با پاسخ در UV) و فوتومولتیپلایرهای مخصوص UV هستند. این سنسورها معمولا در کنار فیلترهای باند باریک برای انتخاب طول موج مورد نظر به کار می روند. پیشرفت در مواد نیمه هادی با شکاف باند وسیع (WBG) مانند GaN و SiC امکان ساخت آشکارسازهای UV جمع وجور و مقاوم را فراهم کرده است.
این فناوری هنوز تخصصی است و در مقایسه با پیرومترهای فروسرخ معمولی کاربرد محدودتری دارد، اما در کاربردهای خاص و پیشرفته غیرقابل جایگزین است. دقت اندازه گیری معمولا چند درصد است.
