Pirometro elettronico

[ElettroRik]

Ciao a tutti.

Mi piacerebbe realizzare un pirometro elettronico che mi dia la temperatura di colore degli oggetti incandescenti.

Pensavo di preparare 3 o 4 fotodiodi o fototransistor ai quali applicare dei filtri uno IR, uno visibile rosso, e uno visibile blu.

Poi, leggendo tali valori applicati ad una lamp ad incandescenza usata come campione, mi traccio i livelli e li memorizzo come base di partenza per creare una scala di lettura.

Per far questo, dovrei calolare la temperatura di un filamento di W di una comune lampadina, conoscendo tensione e corrente applicata.
Dovrebbe essere possibile, chi mi aiuta?

[brunovr]

Non so se sia possibile, ma mi viene in mente a caldo gli scanner dei PC
All'interno esiste un integrato con una finestrella che dovrebbe fare al caso tuo, è circa 3cm di lunghezza e ha 22 piedini.....
purtroppo nn trovo il codice per vedere un datasheet per le caratteristiche.....

....ringraziando il mio amico HULIO..(il custode della discarica! )...

Eccolo qui, :

ILX548KA
044KRKK

Questo è il codice del sensore.......

Edited by brunovr - 23/8/2006, 13:38

[brunovr]

ciao rik, me la faccio e me la dico ::!!!!

Ho guardato il datasheet e non penso possa andar bene,

questo sensore è un CCD RGB e lo spettro di ricezione va da 400nm a 700nm mi sa che è un po poco per te..?
però forse qualche altro vecchio scanner ha un sensore migliore, forse quelli in B/N lo spettro è maggiore, chissa.....

[Ospite]

CITAZIONE

Per far questo, dovrei calolare la temperatura di un filamento di W di una comune lampadina, conoscendo tensione e corrente applicata.
Dovrebbe essere possibile, chi mi aiuta?

Caro Elettrorik

Per eseguire questo calcolo (molto delicato) occorre usare questa formula che mi ha dato risultat molto precisi in passato:

T = Ta + (Rt - Ra)/ (alfa X Ra)

La temperatura T del filamento di tungsteno della lampada è calcolata facendo quindi una misura di resistenza ohmica a freddo e una misura di resistenza ohmica a caldo (cioè a regime). Puoi quindi alimentare la lampadina a bassa tensione, pochi volt e misurare la resistenza Ra, poi effettuare una misura applicando la tensione nominale in questo caso avrai Rt. Ovviamente il tutto dovrà essere fatto in un ambiente in cui si conosca la temperatura. La costante alfa la puoi trovare in tabelle dovrebbe essere 4,5 10^-3 ma ti consiglio di adoperare il valore 8,6 10^-3 valido per il materiale ad oltre 1000 gradi.

Valori approssimati della temperatura di un filamento di una comune lampadina da 60 W dovrebbero aggirarsi intorno ai 1800 gradi.

Per un pirometro ti consiglierei di vedere i mercatini dell'usato. Tempo fa qui sul forum di FF c'era Teslacoil molto esperto di questi mercatini e di questi materiali se lo contatti ti potrà dare qualche dritta.

Prova anche con i Quantum

Sono a tua disposizione

Un abbraccio a te e attutti gli altri amici

[ElettroRik]

CITAZIONE (brunovr @ 23/8/2006, 13:48)

ciao rik, me la faccio e me la dico ::!!!!

Ho guardato il datasheet e non penso possa andar bene,

questo sensore è un CCD RGB e lo spettro di ricezione va da 400nm a 700nm mi sa che è un po poco per te..?
però forse qualche altro vecchio scanner ha un sensore migliore, forse quelli in B/N lo spettro è maggiore, chissa.....

Ciao BrunoVR,

grazie, sì, in effetti ci avevo pensato anch'io ai sensori RGB da scanner, che hanno il vantaggio di essere lineari e già 'bilanciati' nel bianco.
Però sono molto più complessi da gestire di semplici fototransistor. Inoltre vorrei sconfinare verso il basso nella banda infrarossa, in modo da 'raccogliere' temperature più basse dei 7-800°C dell'incandescenza al rosso visibile.

Poi, una volta fatta una lettura 'campione' non sarà un problema leggere i valori con un ADC e memorizzare la 'curva' di risposta (anzi, le 3 curve) come 'zero-blank'.
Il tutto però è fattibile avendo una fonte a temperatura nota e variabile. Ecco perchè il discorso della temperatura della lampadina 'calcolata'.

L'alternativa è un pirometro ottico-manuale, che ad occhio veda scomparire il filamento nello stesso colore che sta focalizzando l'ottica, ma ha il problema di non 'vedere' l'IR e di non poter essere 'tracciato' se non a manina.

Uh!? Grazie Ennio, vedo che mi hai risposto mentre scrivevo il post. Proverò.

[Ospite]

CITAZIONE (Ennio Vocirzio @ 23/8/2006, 15:22)

CITAZIONE

Per far questo, dovrei calolare la temperatura di un filamento di W di una comune lampadina, conoscendo tensione e corrente applicata.
Dovrebbe essere possibile, chi mi aiuta?

Caro Elettrorik

Per eseguire questo calcolo (molto delicato) occorre usare questa formula che mi ha dato risultat molto precisi in passato:

T = Ta + (Rt - Ra)/ (alfa X Ra)

La temperatura T del filamento di tungsteno della lampada è calcolata facendo quindi una misura di resistenza ohmica a freddo e una misura di resistenza ohmica a caldo (cioè a regime). Puoi quindi alimentare la lampadina a bassa tensione, pochi volt e misurare la resistenza Ra, poi effettuare una misura applicando la .....
.........
Sono a tua disposizione

Un abbraccio a te e attutti gli altri amici

Scusami Ennio ma hai tirato in ballo le tabelle e quindi penso di fare cosa utile e gradita proponendone una.

Procedura:

Misurare a freddo la R del filamento detta Rref. Occorre una precisione piu' grande possibile, piccoli errori nella misura porteranno grandi errori nella stima.

Alimentare il filamento e misurare Rt come V/I

Calcolare Rr (resistenza relativa) come Rt/Rref

Usare la tabella per il Tungsteno sotto allegata per calcolare la temperatura




Attached Image

[ElettroRik]

CITAZIONE (Elektron @ 23/8/2006, 16:59)

Usare la tabella per il Tungsteno sotto allegata per calcolare la temperatura

Ottimo!
Questa è molto comoda!


Pensavo che potrei anche usare uno di questi http://www.avagotech.com/products/highligh...944,C881&id=881
http://scientificsonline.com/product.asp?p...hcd2=1156348849
che usa un sensore RGB già bello e pronto...
Ora ci vorrebbe un'altra tabella con la temperatura di colore espressa in valori RGB...

Certo, a me piacerebbe fare una 'triangolazione' IR - Green(è al centro o a sto punto è meglio Yellow?) - UV, insomma, una rilevazione del colore ad ampio spettro, ma... ci si può accontentare...
Con 3 IPX65copro tutta la banda. Bastano poi il filtro passivo da applicarci sopra e calcolare la 'pendenza' della curva che è quasi lineare.

">


Edited by ElettroRik - 23/8/2006, 18:23

[brunovr]

rik, non so se possa esserti utile ma ti segnalo questo sito :

http://www.photoactivity.com/Pagine/Artico...iFotocamere.asp

ciao ciao

[ElettroRik]

CITAZIONE (brunovr @ 23/8/2006, 18:07)

rik, non so se possa esserti utile ma ti segnalo questo sito :
http://www.photoactivity.com/Pagine/Artico...iFotocamere.asp

Eh, quasi!

Io ho trovato questo:
http://ww2.unime.it/weblab/ita/physlet/bla...y/corponero.htm, molto bello ma... non ancora. Mi sa che è meglio CALCOLARLA direttamente.
http://it.wikipedia.org/wiki/Legge_di_Boltzmann

Il problema matematico è che da queste due formule devo, data una temp T, ricavare l'intensità em rispettivamente alla frequenza R, G, B, e poi calcolarne il rapporto % tra di loro, o ridotto a 8bit (0-255) per semplicità.

Qui m'incaglio un po'...


Edited by ElettroRik - 23/8/2006, 19:01

[Ospite]

CITAZIONE (ElettroRik @ 23/8/2006, 17:54)

CITAZIONE (Elektron @ 23/8/2006, 16:59)

Usare la tabella per il Tungsteno sotto allegata per calcolare la temperatura

Ottimo!
Questa è molto comoda!


Pensavo che potrei anche usare uno di questi http://www.avagotech.com/products/highligh...944,C881&id=881
http://scientificsonline.com/product.asp?p...hcd2=1156348849
che usa un sensore RGB già bello e pronto...
Ora ci vorrebbe un'altra tabella con la temperatura di colore espressa in valori RGB...

Certo, a me piacerebbe fare una 'triangolazione' IR - Green(è al centro o a sto punto è meglio Yellow?) - UV, insomma, una rilevazione del colore ad ampio spettro, ma... ci si può accontentare...
Con 3 IPX65copro tutta la banda. Bastano poi il filtro passivo da applicarci sopra e calcolare la 'pendenza' della curva che è quasi lineare.

">

Ehm ... non vorrei scoraggiarti ma non funziona esattamante cosi, la maniera che io vedrei e convertire da RGB a XYZ e successivamente tramite doppia interpolazione calcolare la temperatura correlata.

Vai qui':
Bruce Lindbloom

Premi Math per arrivare a Useful Color Equation, e trovi la RGB to XYZ (ultima riga prima colonna)
alla fine della pagina c'e il link allla conversione XYZ > temperatura "XYZ to correlated Color Temperature"

...come dire ... il tuo rosso non e' uguale al mio rosso .... ">

[ElettroRik]

CITAZIONE (Elektron @ 23/8/2006, 18:53)

Ehm ... non vorrei scoraggiarti ma non funziona esattamante cosi, la maniera che io vedrei e convertire da RGB a XYZ e successivamente tramite doppia interpolazione calcolare la temperatura correlata.

Vai qui':
Bruce Lindbloom

Premi Math per arrivare a Useful Color Equation, e trovi la RGB to XYZ (ultima riga prima colonna)
alla fine della pagina c'e il link allla conversione XYZ > temperatura "XYZ to correlated Color Temperature"

...come dire ... il tuo rosso non e' uguale al mio rosso .... ">

Penso diciamo la stessa cosa.

Certo, bisogna fissare QUALE DEBBA ESSERE la Temperatura di colore da far corrispondere al valore RGB 255-255-255 (o 100%-100%-100%) e poi ottenere gli altri valori in riferimento ad essa.

Credo che, nel mio caso, quando si fissano i classici 6500°K possa andare più che bene. In questo modo il tuo rosso sarà uguale al mio. ">

[Ospite]

Eh si!
Io pero seguirei una strada piu' semplice ... senza SW .. solo analogica

[brunovr]

Rik, domandina stupida ma forse no :

i pirometri a puntamento laser(ne ha uno il mio idraulico che utilizza per rilevare la temperatura dei muri negli imianti a parete che esegue), ti potrebbe andar bene?
Cioè il discorso è se devi rilevare la temperatura (caldo-freddo) o se come penso vuoi rilevare la temperatura colore(si dice così?) Nella seconda ipotesi, che area vuoi rilevare(mm2, cm2)? Se nello stesso posto di misura esistono differenti colori(ad esempio nel plasma!)rileva la media?
..mm mi sento un rompiscatole,mi sa che stanotte piove!...

[ElettroRik]

CITAZIONE (brunovr @ 23/8/2006, 22:53)

Rik, domandina stupida ma forse no :

i pirometri a puntamento laser(ne ha uno il mio idraulico che utilizza per rilevare la temperatura dei muri negli imianti a parete che esegue), ti potrebbe andar bene?
Cioè il discorso è se devi rilevare la temperatura (caldo-freddo) o se come penso vuoi rilevare la temperatura colore(si dice così?) Nella seconda ipotesi, che area vuoi rilevare(mm2, cm2)? Se nello stesso posto di misura esistono differenti colori(ad esempio nel plasma!)rileva la media?
..mm mi sento un rompiscatole,mi sa che stanotte piove!...

Allora, rispettivamente:

- Si, ma non arrivano oltre i 1000°C, a meno di spendere 2-3mila euri
- l'area sono pochi mm2
- credo che rivelino il punto più caldo (a meno che l'area del punto caldo non sia troppo insignificante rispetto al contorno), ma con delle ottiche si potrebbe 'zoomare' un punto di fuoco più definito e ristretto.
- Ah, ecco perchè sono settimane che piove!

[Ospite]

Saluti,Rik.Leggevo circa il pirometro.E immaginavo che,forse avevi idea di utilizzarlo anche per rilevazioni nella cella al plasma.Da quel che ho visto,credo non si possa utilizzare più di tanto in una cella,visto che il catodo tende a fondere ,impedendo rilevazioni di temperature superiori ai 3/4000 gradi....in questo caso,infatti,il pirometro si arresterebbe sempre alla temperatura di liquefazione del metallo utilizzato.Non è che per caso avevi intenzione di realizzare uno 'spettrofotometro' ??.....con questo apparecchio si puo' analizzare lo spettro luminoso emesso,e capire dalle varie righe spettrali quali tipi di atomi o molecole stiano oscillando e quali densità abbiano ......legge i fotoni,un po' come fa un prisma ottico. Se in realtà ti occorre proprio un pirometro.....buoni pasticci con fotodiodi e amp operazionali

[ElettroRik]

CITAZIONE (OggettoVolanteIdentificato @ 24/8/2006, 03:25)

Non è che per caso avevi intenzione di realizzare uno 'spettrofotometro' ??.....con questo apparecchio si puo' analizzare lo spettro luminoso emesso,e capire dalle varie righe spettrali quali tipi di atomi o molecole stiano oscillando e quali densità abbiano ......legge i fotoni,un po' come fa un prisma ottico.

Ciao OVI, grazie del suggerimento.
Lo spettrometro a prisma l'ho già fatto, ma è un po' un casino l'ottica. Ho prelevato la luce dall'area di plasma usando un tubetto di quarzo come guida d'onda. Poi però mi mancano le ottiche per collimare il raggio dopo la fenditura. Inoltre non ho trovato prismi a 60° ma solo a 45°.

In ogni caso, il pirometro mi serve per determinare veramente le temperature, non solo col plasma.

[Ospite]

Ciao Rik, purtroppo ho dei dubbi sulla reale affidabilità del pirometro.
Infatti noi misuriamo la luce emessa con un tale strumento, ma non dobbiamo dimenticare che questa dipende anche dalle emissioni di spettro delle sostanze li presenti.
Quindi il problema è che se ad esempio il sodio (e qui dovresti controllare in effetti quanto emette ed a che temperatura) che abbiamo disciolto in acqua, a causa del calore del catodo emette, influisce sul pirometro?
Mi segui? E' un dubbio, si dovrebbe valutare il reale impatto sulle misurazioni...

[Ospite]

Scusate, mi premeva moltissimo ringraziare Elektron della tabella relativa alla resistivita' del tungsteno. Grazie tanto Amico mio. Una tabella che non avevo e che mi e' molto utile.

Ancora grazie

Un abbraccio

[Ospite]

Di nulla Ennio, ho pensato che poteva servire ... e quindi.
Riguardo alle osservazioni di Hellblow, ecco ... e' per questo che dobbiamo fissare quale e' la palette RGB in maniera che il mio rosso sia uguale al tuo rosso. Gli analizzatori di colore dovrebbero dire quale e' la palette in uso o dare la maniera di bilanciarla secondo criteri opportuni. (spiegato alla fine del manuale per il modello proposto da Elettrorik).
Se dovessi io imbarcarmi in una tale avventura ... opterei per qualcosa di piu' immediato ... esempio ...
Una webcam o equivalente macchina fotografica digitale le cui immagini possano essere raccolte da un normale PC.
A questo punto un filamento di paragone del quale possiamo conoscere la T per metodo indiretto misurandone I/V ... addirittura si puo' fotografarlo gia' sovrapposto al campione sotto osservazione! o separatamente ... e visto che la palette resta la stessa per le due foto ... si potrebbe semplicemente usare un programma di grafica che ti dica quale e' l'RGB che sta sotto il cursore. ... quando i due RGB sono uguali misurare I/V e quindi calcolare la Tfilamento dalla tabella.

Costo totale: 29 euro (beh ... piu' o meno ... non usabili sono le Logitech che hannno un filtro IR dentro l'obbiettivo!)

[ElettroRik]

CITAZIONE (Elektron @ 24/8/2006, 14:17)

Se dovessi io imbarcarmi in una tale avventura ... opterei per qualcosa di piu' immediato ... esempio ...
Una webcam o equivalente macchina fotografica digitale le cui immagini possano essere raccolte da un normale PC.

He, he...
ti pare che alla soluzione più semplice non ci abbia pensato per prima? ">

Il problema è che il CCD satura di nulla. Son fatti per lavorare a pochi lux, e quindi non accettano contrasti molto ampi. Inoltre il colore è mostruosamente falsato, ecc...

">

[Quantum Leap]

Salve a tutti.

Se l'obiettivo è quello di voler risalire alla temperatura del plasma attraverso l'ausilio di un pirometro, la strada non è quella giusta.
Questo strumento (pirometro) o anche i metodi di misura che si rifanno alle varie formule e tabelle postate, si rifanno ad emettitori di una banda luminosa pressocchè "continua" (vedi "corpo nero") come può essere un filamento di tungsteno che emette luce. Da questa banda luminosa, misurando dell'energia emessa è possibile risalire con buona approssimazione alla temperatura dell'emettitore, sempre tenendo presente il coefficiente di emissività del materiale. Formalmente è molto semplice:
la lettera "sigma" è la costante di Stefan Boltzmann

Il problema viene quando si vuole fare la stessa cosa col plasma: NON si puo'. Il plasma, come hanno già anticipato Hellblow e OVI, emette a bande molto strette e a misurarne la temperatura con questo metodo si commette un errore grossolano. In realtà per ogni "colore" andrebbe individuata ampiezza, temperatura e "peso" nella composizione dell'emissione luminosa globale e, da calcoli successivi, sarà possibile risalire a misure più precise. Solitamente la stima di questi valori è affidata a spettrometri elettronici che hanno già in se' tutta la procedura analitica che fornisce buoni risultati.

E' un problema complicato. Ma non è detto che non si possa risolvere con un (bel) po' di ingegno e inventiva.


Se poi la Temperatura che si vuol misurare non è quella del plasma, ma di un metallo, allora il pirometro va bene (ma anche un radiometro e un po' di tabelle).

[ElettroRik]

CITAZIONE (Quantum Leap @ 24/8/2006, 15:39)

Se l'obiettivo è quello di voler risalire alla temperatura del plasma attraverso l'ausilio di un pirometro, la strada non è quella giusta.
...
Se poi la Temperatura che si vuol misurare non è quella del plasma, ma di un metallo, allora il pirometro va bene

Ciao,
si, è quello del corpo nero che mi interessa.

Dalla formula che tu citi, un filamento ad una data T ha un'intensità luminosa calcolabile, ok.

Ma il problema è che io vorrei prescindere dall'ampiezza della superficie emittente, e quindi dall'intensità assoluta della luce emessa, per valutare e determinare così, dal rapporto tra le intensità dei 3 campioni a lunghezza d'onda l1, l2, l3 (meglio IR, giallo, UV ma anche RGB) la posizione dello spettro caratteristico del corpo nero (indipendentemente dall'intensità assoluta, appunto) e di conseguenza la temperatura.

Che poi è quello che credo facciano i pirometri IR senza contatto. Cioè, dato che non sanno a che distanza stai 'sparando' nè l'area che investe il loro punto focale, fanno 3 campioni con 3 fotodiodi diversi filtrati a 3 diverse lambda. Dal rapporto reciproco tra essi, determinano il 'colore' del corpo e quindi la sua temperatura.

[Ospite]

forse si può ovviare. Il problema è abbiamo detto che l'emissione di banda dovuta agli elementi dell'elettrolita falsa la misura. Bene, basta usare un catodo cavo e chiuso nell''estremità immersa.
Il pirometro misurerà il colore che il catodo assume all'interno, dove c'e' soltanto aria.
Credo possa funzionare dimensionando opportunamente il tutto, perchè misuriamo il colore del metallo stavolta, e non del plasma.

Questa misura è utile fino a temperature prossime a quelle di fusione del tungsteno, ma permette di individuare la distribuzione di calore lungo il catodo con una buona approssimazione.

[ElettroRik]

CITAZIONE (Hellblow @ 24/8/2006, 17:13)

forse si può ovviare. Il problema è abbiamo detto che l'emissione di banda dovuta agli elementi dell'elettrolita falsa la misura. Bene, basta usare un catodo cavo e chiuso nell''estremità immersa.
Il pirometro misurerà il colore che il catodo assume all'interno, dove c'e' soltanto aria.
Credo possa funzionare dimensionando opportunamente il tutto, perchè misuriamo il colore del metallo stavolta, e non del plasma.

Questa misura è utile fino a temperature prossime a quelle di fusione del tungsteno, ma permette di individuare la distribuzione di calore lungo il catodo con una buona approssimazione.

L'unico problema è .... fare/trovare un catodo cavo di tungsteno...

[Ospite]

Eh lo so....però è l'unica che mi viene in mente purtroppo....

[Quantum Leap]

Il problema tecnico scientifico proposto da elettrorik è un po' complicato, ma qualcosa possiamo cavarci.
Partiamo dal presupposto che non vogliamo misurare la temperatura del plasma (il cui comportamento è troppo lontano dal corpo nero) ma del tungsteno incandescente. L'idea di Hellblow del catodo cavo, magari sottile mi fa pensare ad una lamierina di tungsteno, tanto sottile da "illuminarsi" anche dalla parte opposta al plasma (dopo un po' si buchera').

Il tungsteno non si comporta propriamente come un corpo nero (c'è una bella animazione su temperatura e emissione di corpo nero a questo sito ) perchè diversamente da esso non emette perfettamente tutte le lunghezze d'onda elettromagnetiche, ma un po' meno. Lo si vede in questa immagine



dove il tungsteno puo' essere assimilato alla curva indicata dal nome "superficie reale" . Si vede subito che essa è diversa da quella relativa al corpo nero. Questa diversità è indicata dal fattore ε (emissivit&agrave. Seppur la curva relativa al tungsteno non mostra una emissività costante su tutto lo spettro (infatti la curva è tutta frastagliata) decenni di esperimenti hanno prodotto tabelle dell'emissività del tungsteno alle svariate temperature T. tramite queste costanti, tramite la legge di Stefan Boltzmann postata più sopra e, infine, tramite un radiometro con un'adeguata finestra, è possibile risalire alla Temperatura del nostro tungsteno.

Un lavoraccio, ma si puo' fare.

PS x elettrorik: a domani per il secondo tempo ">

[Ospite]

Ecco la tabella plottata x Tungsteno dal CRC handbook. Anche qui' non stiamo parlando di un plasma, la soluzione realmente adottata commercialmente in questi casi consisterebbe in un sistema esperto di spettropirometria. Gran casino.


Attached Image