Two Color Measurement : 2색 측정
이 장비들은 종종 비율(비) 열전계(ratio pyrometer), 몫(quotient) 열전계 또는 이중 파장(dual-wavelength) 열전계라고 불리며 단색 열전계와는 다르게 작동합니다. 단일 파장에서 복사를 측정하는 단색 열전계와 달리 다색(다파장) 열전계는 방사율이 변하거나 먼지나 연기 같은 오염 물질이 존재하는 상황에서도 정확도를 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있습니다.
빈의 변위 법칙(Wien’s displacement law)은 흑체가 방출하는 복사의 최고 파장이 해당 물체의 온도에 반비례한다고 말합니다. 물체의 온도가 상승하면 전체 파장 범위에서 방출 복사가 증가하고, 스펙트럼별 복사의 최대값은 더 짧은 파장 쪽으로 이동합니다.
강도 기반의 단일 파장 파이로미터와 비율 기반 파이로미터 사이에는 큰 차이가 있습니다. 단일 파장 파이로미터는 특정 대역폭 내에서 방출된 적외선 복사의 파워를 측정합니다. 반면 비율형 파이로미터는 서로 근접한 두 파장에서 적외선 복사를 측정하여 두 강도 간의 관계를 평가합니다. 이 두 색의 대역폭은 부분적으로 겹칠 수도 있고 완전히 분리될 수도 있습니다. 비율형 파이로미터의 이러한 고유한 접근법은 보다 정확하고 신뢰할 수 있는 온도 측정을 가능하게 합니다.
단색 장치와 달리 비율 열전계는 방사율이 알려지지 않았거나 온도에 따라 변하더라도 두 파장 신호가 방사율이나 공정 변화에 대해 비례적으로 영향을 받는 한 신뢰성 있게 측정할 수 있습니다. 따라서 2색 열전계의 두드러진 특징 중 하나는 열악한 조건에서도 반복 가능하고 정확한 측정을 제공할 수 있다는 점입니다.
측정 지점이 물체에 완전히 놓여 있지 않거나 물체가 열전계의 측정 지점(스팟) 크기보다 작은 경우, 그리고 광학 경로에 먼지, 증기, 오염물, 창문 등으로 인해 투과가 변화하는 경우에 비율 열전계를 자주 사용합니다. 이러한 장치는 방사율이 알려지지 않거나 변하지만 두 파장에서 동일하게 변화하는 일부 금속 가공과 같은 까다로운 산업 응용 분야에서 사용됩니다.
대부분의 비율 열전계는 반도체 검출기를 사용합니다. 따라서 오늘날 온도 측정에서 시간 상수는 일반적으로 1 ms에서 20 ms 범위가 흔하며, 온도 측정 범위의 시작은 보통 100 °C를 훨씬 웃돕니다.
대부분의 공급업체는 단일 파장 측정으로 측정한 온도를 병행하여 표시합니다. 기울기(slope)와 방사율이 올바르게 설정된 경우, 많은 몫(비) 열전계는 그늘짐(shading)이나 창문 오염으로 인한 신호 손실 비율을 계산하여 표시할 수도 있습니다. 단색 측정의 고전적 열전계는 측정 대상의 온도 저하와 광학계의 오염을 구별할 수 없지만, 비율 열전계는 이 구별 능력을 갖고 있습니다.
A two-color pyrometer is an advanced pyrometer for non-contact temperature measurement using a two-wavelength measurement.
These instruments are often called ratio, quotient, or dual-wavelength pyrometers and function differently from single-color pyrometers. Unlike single-color pyrometers, which measure radiation at a single wavelength, multi-color pyrometers can improve accuracy and ensure reliability under conditions like varying emissivity or the presence of contaminants such as dust or smoke.
Wien’s displacement law states that the peak wavelength of radiation emitted by a black body is inversely proportional to its temperature. As an object’s temperature rises, its emitted radiation increases within the overall wavelength range, and the maximum of the spectral-specific radiation shifts to shorter wavelengths.
There is a significant difference between intensity-based single-color pyrometers and ratio-based pyrometers. Single-color pyrometers measure the power of the emitted infrared radiation within a specific bandwidth. In contrast, ratio-based pyrometers measure the infrared radiation at two closely spaced wavelengths and evaluate the relationship between the two intensities. The bandwidth of these two colors can be partly overlapping or completely separated. This unique approach of ratio pyrometers allows for more accurate and reliable temperature measurements.
Unlike single-color devices, a ratio pyrometer can measure reliably even when the emissivity is unknown or changing with the temperature, as long as both wavelength signals are affected proportionally by emissivity or process changes. Therefore, one of the standout features of the two-color pyrometer is its ability to provide repeatable and accurate measurements even in adverse conditions.
Ratio pyrometers are often used if the measuring spot is not fully placed on the object or the object is smaller than the pyrometer spot size, and if changing transmissions are present in the optical path of the pyrometer—such as dust, steam, dirt, and windows. These devices are used in challenging industrial applications, such as some metal processing applications, where the emissivity is unknown and changing but alters equally at both wavelengths.
Most ratio pyrometers use semiconductor detectors. Therefore, time constants of 1 ms to 20 ms are common for temperature measurements today, while the start of the temperature measuring range is usually well above 100 °C.
Most suppliers offer a parallel representation of the temperature measured using the single-wavelength measurement. If the slope and emissivity are set correctly, many quotient pyrometers can also calculate and display the percentage signal loss due to shading or window contamination. While a classic pyrometer with one-color measurement cannot distinguish between a drop in temperature of the measurement object and contamination of the optics, a ratio pyrometer has this ability.