Optical Pyrometer कैसे काम करता है: Emissivity की गलती
मान लीजिए जापान के एक supplier की furnace inspection रिकॉर्ड में लिखा है: instrument = hikari koonkei (optical pyrometer), reading = kido ondo (brightness temperature), जैसे "1,000 °C"। आपकी process शीट में स्टील का असली तापमान माँगा गया है, और आपका अपना handheld infrared thermometer कुछ और दिखा रहा है। हो सकता है दोनों instrument ठीक चल रहे हों।
Brightness temperature सतह का असली तापमान नहीं होता। यह वह तापमान है जिस पर एक पूरा blackbody, instrument की wavelength पर, उतना ही चमकदार दिखता। जिस सतह की emissivity 1 से कम हो, उसके लिए (अगर आसपास की चीज़ों का reflection छोड़ा जा सके) यह reading असली तापमान से कम आती है।
इस लेख में आसान शब्दों में बताया है कि disappearing-filament optical pyrometer कैसे काम करता है, यह infrared और two-color (ratio) thermometer से कैसे अलग है, और emissivity, viewing window, धुआँ व reflection से reading कैसे खिसकती है। आख़िर में जापानी पक्ष से पूछने की checklist और एक email का नमूना है।
विषय-सूची
Optical Pyrometer क्या है?
Optical pyrometer गर्म चीज़ को छुए बिना, उससे निकलने वाली thermal radiation (गर्मी से निकलने वाली रोशनी) देखकर तापमान निकालता है। यह radiation thermometer (hosha ondokei) की एक किस्म है। सबसे पुराना और आम तरीका disappearing-filament टाइप (senjo shoshitsu-gata) है, जिसमें तुलना करने वाला "detector" इंसान की आँख होती है।
Operator गर्म चीज़ की image को instrument के अंदर लगे बल्ब के filament के ऊपर रखकर देखता है। फिर बल्ब का current तब तक घटाता-बढ़ाता है जब तक एक पतले लाल रंग के band में दोनों की चमक बराबर न दिखे। उस समय के current को instrument तापमान में बदलकर बताता है। Filament बल्ब का वह पतला तार है जिसमें current बहने पर वह चमकता है।
दूसरे radiation thermometer, जैसे electronic detector वाले infrared instrument, भी चीज़ से आने वाली radiation ही इस्तेमाल करते हैं। फ़र्क इसमें है कि वे कौन सी wavelength band नापते हैं, कैसे detect करते हैं, और reading कैसे बनती है।
कहाँ इस्तेमाल होता है: गर्म, लाल-चमकती चीज़ें
Visual optical pyrometer के लिए चीज़ इतनी गर्म होनी चाहिए कि दिखने वाली रोशनी में ठीक-ठाक चमके। आम target हैं: पिघली धातु, furnace के अंदर का माल, और गर्म किया हुआ तार या बार। शर्त यह है कि target तक आपकी सीधी नज़र पहुँचे।
एक उदाहरण: CHINO Corporation का IR-URN disappearing-filament pyrometer है, जिसमें digital display है। यह 0.65 µm पर नापता है और तीन बदले जा सकने वाले range में 700–3,500 °C कवर करता है। ये आँकड़े उसी model के हैं, हर optical pyrometer के नहीं।
Instrument इतना ऊँचा तापमान इसलिए नाप पाता है कि वह सिर्फ़ target से आने वाली रोशनी लेता है; instrument को खुद उस तापमान तक पहुँचना नहीं पड़ता। फिर भी उसका अपना ambient operating range होता है। ऊँचा measuring range होने का मतलब यह नहीं कि उसे furnace के मुँह के सामने रखकर गर्मी खिलाई जा सकती है।
Battery वाले portable model से आप shop floor पर अलग-अलग जगह नाप सकते हैं। ऐसे में ऐसी जगह चुनें जहाँ हर बार वही दूरी और वही देखने की दिशा रखी जा सके, ताकि आज की reading की पिछली reading से तुलना हो सके।
स्टील में quality सिर्फ़ गर्म करने के तापमान पर नहीं, रुकने के समय (hold time) और ठंडा करने के तरीक़े पर भी टिकती है। Hardening और tempering जैसी heat treatment सँभालते समय सतह की एक reading और पूरी process की शर्तों की जाँच को अलग-अलग रखें।
Optical, Infrared और Two-Color Pyrometer में फ़र्क
Electronic detector वाला आम radiation thermometer, जैसे handheld infrared thermometer, detector के signal को process करके तापमान display पर दिखाता है। Visual disappearing-filament pyrometer में इंसान target पर निशाना लगाता है, बल्ब का current ठीक करता है, और खुद तय करता है कि चमक कब बराबर हुई।
Display digital होने से यह बात नहीं बदलती। अगर चमक का मिलान अब भी आँख से हो रहा है, तो इंसानी फ़ैसले वाला step बना रहता है। इसलिए "digital readout" और "अपने आप detect करना" को दो अलग बातें मानें।
Two-color थर्मामीटर (nishoku ondokei), जिसे ratio pyrometer भी कहते हैं, दो अलग wavelength band में नापी radiation का अनुपात (ratio) इस्तेमाल करता है। Filament और target की चमक मिलाना "दो रंग नापना" नहीं है, इसलिए disappearing-filament pyrometer को two-color instrument न समझें। चित्र 1 में मुख्य तरीक़ों की तुलना है।
बिना छुए नापने का मतलब एक ही detection तरीक़ा नहीं होता। यहाँ "optical pyrometer" का मतलब visual disappearing-filament टाइप है।
| तरीक़ा | क्या मिलता है | तापमान तक कैसे पहुँचता है | मुख्य बातें जो जाँचनी हैं |
|---|---|---|---|
| Contact थर्मामीटर | Target से sensing element तक पहुँची गर्मी | Thermoelectric voltage, resistance आदि को तापमान में बदलता है | Insertion, thermal contact, protection tube, wiring |
| Visual optical pyrometer | Target से आने वाली दिखने वाली radiation | Filament से चमक मिलाता है और calibrated current से तापमान पढ़ता है | निशाना, focus, मिलान का फ़ैसला, emissivity |
| Electronic radiation thermometer (जैसे infrared) | Specification में तय band की radiation | Detector signal को process करके दिखाता या output देता है | Field of view, target का साइज़, emissivity, optical path |
| Two-color (ratio) थर्मामीटर | दो wavelength band की radiation | दोनों signal के ratio से निकालता है | दोनों wavelength पर emissivity का ratio, path की transmission |
Two-color instrument में भी emissivity और optical path की जाँच ज़रूरी है। दो wavelength इस्तेमाल करने से हर target पर गलती खत्म नहीं हो जाती।
Pyrometer बनाने वाली कंपनी KELLER बताती है कि ratio instrument कहाँ काम आते हैं और कहाँ नहीं:
- कहाँ मदद करते हैं: धूल, धुआँ या गंदी window अगर सभी wavelength को बराबर कमज़ोर करे, तो ratio नहीं बदलता, इसलिए reading स्थिर रहती है।
- शर्त: reading तभी असली तापमान के बराबर होती है जब दोनों wavelength पर emissivity एक जैसी हो। KELLER के अनुसार असल में ऐसा कम ही होता है।
- कहाँ बदतर हो सकते हैं: अगर दोनों wavelength पर emissivity अलग हो और घटती-बढ़ती रहे, तो single-wavelength pyrometer से ज़्यादा गलती हो सकती है, ख़ासकर non-ferrous धातुओं पर।
Disappearing-Filament Pyrometer कैसे काम करता है
काम करने का तरीक़ा समझने के लिए दो रोशनियाँ अलग रखें: एक target से आती रोशनी, दूसरी जो instrument खुद बनाता है। Pyrometer target के तापमान को सीधे current में नहीं बदलता। इसके बजाय operator तुलना वाले बल्ब का current ठीक करता है।
Objective lens target की image उसी plane में बनाता है जहाँ बल्ब का filament है। Filter और eyepiece से देखते हुए operator एक ही view में दोनों की चमक की तुलना करता है।
लाल filter तुलना को लाल रंग की एक छोटी wavelength band तक सीमित कर देता है। "पूरा रंग मिलता-जुलता लग रहा है या नहीं" देखने के बजाय तय band में चमक की तुलना करने से ही reading तापमान से जुड़ पाती है।
असली instrument में रोशनी घटाकर range बदलने वाले filter भी होते हैं। चित्र 2 सिर्फ़ यह दिखाता है कि image और तुलना का आपसी रिश्ता क्या है; किसी instrument में कौन से filter किस जगह लगे हैं, यह उसकी optical design से देखें।
Target के ऊपरी सिरे से filament की plane तक दो नमूना किरणें दिखाई हैं। नीली dotted लाइन सिर्फ़ eyepiece की तरफ़ का रास्ता है; यह असली ray trace नहीं है।
Filament खुद चमकता है और target की image के साथ दिखता है। लाल band चुनना और रोशनी घटाना नापने के लिए optics के काम हैं; यह चित्र नहीं कहता कि filter आँखों के safety gear की जगह ले सकता है।
Filament काला, गायब और चमकीला
जब filament का current कम होता है और वह target से मद्धम होता है, तो चमकती पृष्ठभूमि पर एक काली लाइन दिखती है। Current बढ़ाने पर filament चमकने लगता है और पृष्ठभूमि से उसका फ़र्क घटता जाता है।
Current ज़्यादा हो जाए तो filament target से भी ज़्यादा चमकीला होकर उजली लाइन जैसा दिखता है। तब current घटाएँ और काले और चमकीले के बीच वह बिंदु ढूँढें जहाँ दोनों मिल जाते हैं।
जब target और filament की चमक बराबर होती है, तो filament का किनारा target के सामने मुश्किल से दिखता है। यही "disappearing filament" है। बल्ब जलता रहता है; कुछ भी असल में गायब नहीं होता।
तुलना आसान रखने के लिए eyepiece और target पर focus ठीक करें। Image धुंधली हो, या filament target के किनारे पर पड़ा हो, तो मिलान का फ़ैसला ही भरोसेमंद नहीं रहता। चित्र 3 में तीनों हालात दिखाए हैं।
Target की चमक स्थिर रखी गई है। हर view में मुड़ी हुई लाइन वही filament है।
रंग और लाइन की मोटाई समझाने के लिए हैं। बीच वाले view में भी बल्ब जल रहा है; filament बस पृष्ठभूमि में घुल जाता है।
बल्ब का current तापमान में कैसे बदलता है
Current बढ़ाने से filament का तापमान और radiation बदलते हैं, लेकिन सिर्फ़ इससे target का तापमान अपने आप तय नहीं हो जाता। Instrument को calibration चाहिए, जो "मिलान वाले current" और brightness temperature को आपस में जोड़ती है।
Calibration में lab ऐसे standard lamp या blackbody का इस्तेमाल करती है जिसका brightness temperature पता है, और देखती है कि instrument का filament किस current पर उससे मिलता है। Instrument की scale या अंदर का conversion इसी रिश्ते से तापमान पढ़कर बताता है।
बल्ब या optics की हालत बदले तो उसी current पर दिखावट बदल सकती है। Maintenance में दो जाँचें अलग रखें: "filament जल रहा है" और "reading reference से मेल खाती है"।
नापते समय जिस बल्ब से target की तुलना होती है और calibration में इस्तेमाल होने वाला standard lamp, दोनों के काम अलग हैं। Calibration तुलना वाले बल्ब के current से मिली temperature reading को standard lamp या blackbody reference से जोड़ती है।
0.65 µm थर्मल radiation का peak नहीं है
चीज़ गर्म होने पर उसकी दिखने वाली रेंज की thermal radiation बढ़ती है, और वह लाल चमकती दिखने लगती है। तापमान बढ़ने पर blackbody के spectrum का peak छोटी wavelength की तरफ़ खिसकता है, लेकिन जो चीज़ अभी चमकना शुरू हुई है, उसकी सबसे ज़्यादा radiation दिखने वाली रेंज में नहीं होती।
Wien का displacement law blackbody की spectral radiance (प्रति wavelength) का मोटा peak बताता है। Wavelength µm में और thermodynamic temperature K में लें, तो constant लगभग 2,898 µm·K है।
700 °C के blackbody का peak लगभग 2.98 µm है, जो साफ़ infrared में आता है। फिर भी pyrometer दिखने वाली रेंज में चमक की तुलना कर सकता है। इसलिए peak wavelength और instrument की नापने वाली wavelength को अलग-अलग चीज़ मानें।
इसी तरह 650 nm (0.65 µm) का मतलब यह नहीं कि तापमान बदलने पर filter peak की तरफ़ खिसकता है। इस उदाहरण वाले model में 0.65 µm की लाल band इस्तेमाल होती है, लेकिन असली effective wavelength filter, आँख की sensitivity और दूसरी बातों पर निर्भर करती है। चित्र 4 में ये मान एक ही axis पर रखे हैं।
Wavelength का axis linear है। बिंदु निकाले हुए peak की जगह बताते हैं, radiation की तीव्रता नहीं।
लाल band की चौड़ाई समझाने के लिए है, किसी model की असली passband नहीं। Peak की तुलना में emissivity से spectrum में आने वाला बदलाव शामिल नहीं है।
Brightness Temperature बनाम असली तापमान
Brightness temperature (kido ondo) उस blackbody का तापमान है जो किसी wavelength पर target जितना ही चमकदार दिखे। Blackbody एक आदर्श चीज़ है जो अपने ऊपर पड़ने वाली पूरी radiation सोख लेती है, और उसी तापमान की असली चीज़ों की thermal radiation की तुलना के लिए reference का काम करती है।
जिस target की emissivity (hosharitsu) 1 से कम है, वह उसी तापमान के blackbody से कम radiation छोड़ता है। अगर आसपास से आ रहे reflection को छोड़ा जा सके, तो blackbody के हिसाब से पढ़ा brightness temperature असली तापमान से कम आता है।
Emissivity correction लगाएँ तो ऐसी value लें जो नापने की wavelength और सतह की हालत से मेल खाए। सिर्फ़ धातु का नाम देखकर value तय न करें; oxide की परत, खुरदरापन, तापमान और देखने का कोण बदलने पर क्या असर पड़ता है, यह भी देखें।
हल किया उदाहरण: Emissivity से reading कितनी खिसकती है
Wien के approximation से brightness temperature और असली तापमान का रिश्ता वह है जिसे IIT Madras के एक course text में ideal pyrometer equation कहा गया है (नीचे)। संख्याएँ काल्पनिक हैं और सिर्फ़ असर का आकार दिखाती हैं।
Wavelength का असर भी बड़ा है। यही ε = 0.80 एक काल्पनिक 1.6 µm वाले instrument पर लगाएँ, तो 1,000 °C की reading के पीछे असली तापमान लगभग 1,042 °C निकलता है। यानी छोटी wavelength पर emissivity की गलती का reading पर कम असर पड़ता है। KELLER भी धातुओं के लिए short-wavelength pyrometer की सलाह देती है।
यही एक वजह है कि एक ही सतह पर infrared thermometer और optical pyrometer अलग reading दे सकते हैं, चाहे दोनों calibrated हों। किसी को खराब मानने से पहले दोनों की wavelength और emissivity setting मिलाकर देखें।
सतह की reading बनाम अंदर का तापमान
अपारदर्शी स्टील पर optical pyrometer को मुख्य रूप से दिखने वाली सतह की radiation मिलती है। वह मोटे टुकड़े के बीच का तापमान, या दीवार के पीछे का तापमान सीधे नहीं पढ़ सकता।
गर्म करते समय सतह पहले गर्म होती है और गर्मी को अंदर पहुँचने में समय लगता है। सतह की reading तय value तक पहुँच गई, इसका मतलब यह नहीं कि पूरा पार्ट अंदर तक एक-सा गर्म हो गया।
Contact थर्मामीटर में भी यही बात है: गलत जगह लगे हों तो वे वह तापमान नहीं पढ़ते जो आपको चाहिए। Fluid के तापमान में thermowell की insertion length और response से भी वही सवाल उठता है कि sensor को गर्मी असल में कहाँ से मिल रही है।
काँच जैसी रोशनी गुज़रने देने वाली चीज़ों में target के अंदर या पीछे से आती radiation भी मिल सकती है। यह न मान लें कि pyrometer हर चीज़ की सिर्फ़ सतह पढ़ता है; देखें कि नापने की wavelength पर target अपारदर्शी है या नहीं।
Insulated पाइप पर भी यही लागू होता है: बाहरी cladding का तापमान अंदर बहते fluid का तापमान नहीं है। Insulation की मोटाई, गर्मी का नुकसान और सतह के तापमान के रिश्ते को ध्यान में रखकर जाँचें कि जो सतह आप नाप रहे हैं, वह उस तापमान से मेल खाती है जिसे आपको control करना है।
Reflection, window, धुआँ और target का साइज़
जब furnace की दीवार की radiation चमकदार धातु से टकराकर instrument में आती है, तो target की अपनी रोशनी में reflection वाला हिस्सा जुड़ जाता है। तब यह सीधा मान लेना ठीक नहीं कि कम emissivity हमेशा reading कम ही करेगी। चित्र 5 में अलग-अलग रास्ते अलग करके दिखाए हैं।
Target की अपनी radiation, पृष्ठभूमि से reflection, और बीच की window व धुआँ, तीनों को अलग देखें। समझाने के लिए दोनों रास्ते थोड़े ऊपर-नीचे रखे हैं।
तीर सिर्फ़ रास्ते अलग दिखाते हैं; radiation की मात्रा या reflection का कोण scale में नहीं हैं। Reading पर window, धुएँ और पृष्ठभूमि का असर कितना पड़ेगा, यह उनके absorption, emission और तीव्रता पर निर्भर है।
रास्ते की हर चीज़ को अलग से जाँचना पड़ता है:
- Viewing window: देखना यह है कि नापने की wavelength पर window कितनी रोशनी गुज़रने देती है। आँख को साफ़ दिखने वाली window का मतलब यह नहीं कि reading पर उसका असर छोड़ा जा सकता है। KELLER बताती है कि window का जाना-पहचाना नुकसान emissivity setting से सुधारा जा सकता है (instrument की setting = target की emissivity × रास्ते की transmittance)।
- गंदगी, धुंध और जमाव: ये बढ़ें तो target से आने वाली रोशनी बदलती है और reading खिसकती है। KELLER के अनुसार lens पर जमाव से reading कम आती है। असली तापमान के बदलाव से अलग पहचानने के लिए window की हालत और देखने का रास्ता लिखकर रखें।
- पृष्ठभूमि का reflection: जहाँ हो सके, ऐसी जगह निशाना लगाएँ जहाँ furnace की दीवार की radiation न पहुँचती हो।
- छोटे target: Visual तरीक़े की optics यहाँ काम आ सकती है, लेकिन देखें कि filament के नीचे target का हिस्सा साफ़ दिख रहा है और instrument की magnification व focal length उसके लिए ठीक हैं।
- Electronic instrument: Target को तय measuring field पूरा भरना चाहिए। Laser वाले निशान के बिंदु को नापने का क्षेत्र न समझें; spec में दूरी और spot के साइज़ का रिश्ता देखकर target का साइज़ मिलाएँ।
Optical Pyrometer के फ़ायदे और सीमाएँ
सबसे बड़ा फ़ायदा यह है कि sensor लगाए बिना, गर्म हिस्से की radiation से तापमान मिल जाता है। Target को छूने से उस पर पड़ने वाला असर नहीं होता, और sensor को खुद ऊँचे तापमान में नहीं डालना पड़ता।
Contact sensor की टिकाऊपन उसकी किस्म, protection tube, atmosphere और लगातार चलने की शर्तों पर निर्भर करती है। "सब thermocouple 2,000 °C तक चलते हैं" या "सब RTD 700 °C तक चलते हैं" जैसी एक-सी सीमा से चुनाव नहीं होता।
तापमान optical pyrometer के range में आता है, सिर्फ़ इससे वह contact sensor से बेहतर नहीं हो जाता। चुनाव इस पर करें कि कौन सा नापने का बिंदु चाहिए और नापे हुए मान का इस्तेमाल कैसे होगा।
कभी-कभार की जाँच बनाम लगातार निगरानी
Visual तुलना उन नापों के लिए ठीक है जहाँ इंसान निशाना लगाकर मिलान का फ़ैसला करे। तेज़ी से बदलते तापमान को लगातार record करना हो और उसे automatic control में भेजना हो, तो electronic instrument, या ज़रूरी output देने वाली दूसरी किस्म पर सोचें।
PID control के लिए instrument सिर्फ़ अधिकतम तापमान देखकर नहीं चुना जा सकता। Response, update rate, output, और गंदे optical path के हिसाब से maintenance, सब control loop की ज़रूरत से मेल खाने चाहिए।
Display में बारीक resolution होने का मतलब यह नहीं कि असली तापमान भी उतनी ही बारीकी से नपा है। Quartz थर्मामीटर जैसे contact instrument पर भी यही लागू है: सिर्फ़ digit गिनकर नाप की भरोसेमंदी न आँकें।
कई थर्मामीटर की तुलना करते समय पहले देखें कि सब एक ही जगह, एक ही शर्तों में नाप रहे हैं या नहीं। Dual-element sensor दो नापने वाले channel देता है, लेकिन किसी दूसरी सतह पर बिना छुए नापी reading से वह अपने आप मेल नहीं खाएगा।
Calibration और Traceability
Calibration से पता चलता है कि instrument reference से कितना हटा हुआ है। Calibrated instrument भी field में अलग reading दे सकता है, अगर नापने की जगह, emissivity या viewing window बदल जाए।
जापानी calibration के कागज़ पढ़ते समय ये बातें काम आएँगी:
- ITS-90: चाँदी के जमने के बिंदु (961.78 °C) के ऊपर, 1990 की International Temperature Scale तापमान को Planck के radiation law से तय करती है, जिसका reference चाँदी, सोने (1,064.18 °C) या ताँबे (1,084.62 °C) का जमने का बिंदु होता है। उस बिंदु के ऊपर scale को खुद radiation thermometer से realize किया जाता है।
- JCSS: यह जापान की मान्यता प्राप्त calibration योजना (Japan Calibration Service System) है, जिसमें radiation thermometer भी आते हैं। पूछें कि calibration JCSS की है या नहीं, और अंतरराष्ट्रीय स्वीकृति चाहिए तो certificate पर ilac-MRA का निशान है या नहीं।
- ITS-90 या thermodynamic temperature: जनवरी 2020 की NITE की एक सूचना में JCSS lab को बताया गया कि जापान की national metrology संस्था NMIJ ने 960 °C से 2,800 °C तक के radiation thermometer standard को ITS-90 की जगह thermodynamic temperature पर आधारित मानों में बदला है। Lab से कहा गया कि certificate में लिखें कि हर मान किस आधार पर है, इसलिए वह लाइन ज़रूर देखें।
- Calibration की range: यह न मान लें कि calibrate किए बिंदुओं पर जो गलती मिली, वही उनके बाहर भी रहेगी। Certificate के बिंदुओं की तुलना अपनी काम की range से करें।
- भारत में: यहाँ calibration के लिए आम तौर पर ISO/IEC 17025 के तहत NABL से मान्यता प्राप्त lab देखी जाती है। कौन सी lab आपकी range के लिए मान्य है, यह lab के accreditation scope से पक्का करें।
जापानी radiation thermometer के datasheet में JIS C 1612:2023 का ज़िक्र हो सकता है। यह radiation thermometer की performance test के तरीक़ों का जापानी standard है। अमेरिकी और अंतरराष्ट्रीय पक्ष में ASTM E1256 (single-waveband radiation thermometer के test तरीक़े) और IEC TS 62492-1 (वह technical data जो datasheet में लिखा होना चाहिए) मिल सकते हैं।
भारत के BIS (IS) standard में इसके बराबर कौन सा standard आता है, यह हम यहाँ पक्का नहीं बता रहे। अगर आपकी acceptance में performance के आँकड़े मायने रखते हैं, तो supplier से पूछें कि वे कौन सा standard और कौन सी test शर्तें मानते हैं।
Calibration के लिए instrument भेजते समय बताएँ कि आप कौन सी temperature range और range setting इस्तेमाल करते हैं, और उन्हीं शर्तों में reading की गलती जाँचें। Standard के मुक़ाबले की गलती और shop floor की गलती के कारण, दोनों अलग-अलग लिखकर रखें।
जब Reading मेल न खाएँ: कारण कैसे अलग करें
दो instrument की reading में फ़र्क हो, या आज की reading पिछले हफ़्ते से अलग हो, तो कारण को नापने की जगह, optical path और reading के हिसाब से छाँटें। तापमान के फ़र्क और शर्तों के फ़र्क को अलग लिखें, और कोई setting बदलने से पहले तुलना की शर्तें मिला लें। चित्र 6 में चार हिस्से हैं।
तापमान का फ़र्क और नापने की शर्तों का फ़र्क मिलाएँ नहीं। कोई setting बदलने से पहले तुलना की शर्तें एक जैसी करें।
फ़र्क पाटने के लिए emissivity को मनमर्ज़ी से बदलने पर असली कारण छिप जाता है। Target और reference की शर्तों से मेल खाती value ही लें।
ऐसा रिकॉर्ड रखें जिससे नाप दोहराया जा सके:
- कहाँ और कैसे निशाना लगाया: instrument का नंबर, reading, target की जगह और देखने की दिशा, यानी furnace का कौन सा opening और सामान का कौन सा हिस्सा देखा।
- Setting: range, emissivity की setting, और window या filter की शर्तें।
- समय के साथ बदलाव: window कब साफ़ की गई और target की सतह कैसे बदली, ताकि इन्हें चल रही process की शर्तों के बदलाव से अलग पहचाना जा सके।
- बिखराव: एक बार में मिलान तय करना मुश्किल हो, तो पक्का करें कि target का तापमान स्थिर है, और बार-बार की reading का फैलाव देखें। Target के उतार-चढ़ाव को निशाने और मिलान की भिन्नता से अलग करें।
- Operator में एकरूपता: shift में operator बदलें तो focus करने का तरीक़ा और तुलना की जगह एक जैसी रखें। सिर्फ़ सबसे चमकीले हिस्से की reading को किसी दूसरी जगह की reading के साथ "एक ही बिंदु" बनाकर दर्ज न करें।
जापानी पक्ष के लिए Checklist और सवाल
जब जापानी spec, inspection रिकॉर्ड या furnace manual में optical pyrometer की reading दी हो, तो यह checklist इस्तेमाल करें:
- Instrument की किस्म: visual disappearing-filament, single-band infrared या two-color
- नापने की (effective) wavelength, जैसे 0.65 µm
- दर्ज की गई value brightness temperature (kido ondo) है या emissivity से सुधारा हुआ तापमान
- इस्तेमाल हुई emissivity की setting, और वह कैसे चुनी गई (सतह की हालत, wavelength)
- Viewing window: material, हालत, और transmittance का correction हुआ या नहीं
- नापने की जगह: कौन सी सतह, कौन सी position और furnace का कौन सा opening, और देखने की दिशा
- उस जगह furnace की दीवारों या heater से reflection की संभावना
- देखने के रास्ते में धुआँ, भाप या धूल
- Calibration certificate: JCSS है या नहीं, calibration के बिंदु बनाम आपकी काम की range, ज़रूरत हो तो ilac-MRA का निशान
- Certificate के मान ITS-90 पर हैं या thermodynamic temperature पर (NITE की सूचना वाली 960–2,800 °C की range)
- आपकी process spec में सतह का तापमान चाहिए, अंदर का, या furnace का
कोई बात लिखी न मिले, तो एक छोटा email अक्सर काफ़ी होता है। नीचे नमूना है (जापानी पक्ष के लिए अंग्रेज़ी में); ब्रैकेट वाली जगहें बदल लें।
Subject: Optical pyrometer readings for [furnace / process name] – measurement conditions
Hello [name],
Thank you for the inspection record dated [date]. It lists the temperature as a brightness temperature (kido ondo) measured with an optical pyrometer (hikari koonkei). To compare it with our own measurements, could you confirm the following?
- The pyrometer model and its measuring wavelength.
- Whether the recorded value is a brightness temperature or has been corrected for emissivity, and if corrected, the emissivity value used.
- Whether the measurement was taken through a viewing window, and if so, whether the window transmittance was included in the setting.
- The measuring point (which face and position of the workpiece) and the viewing port used.
- The latest calibration certificate for the instrument, including the calibration points, and whether the values are based on ITS-90 or thermodynamic temperature.
- Whether the temperature requirement in the specification refers to the surface, the core, or the furnace atmosphere.
Best regards,
[Your name]
[Company]
इस लेख की सीमाएँ
- Range, accuracy, wavelength और features हर model के अपने होते हैं। CHINO IR-URN के आँकड़े सिर्फ़ एक उदाहरण हैं, आम spec नहीं।
- हल किए उदाहरण में emissivity और transmittance काल्पनिक हैं और reflected radiation छोड़ी गई है। असली emissivity material, सतह की हालत, तापमान, wavelength और देखने के कोण पर निर्भर करती है।
- इस लेख में किसी खास material की emissivity की value नहीं दी गई। वह instrument बनाने वाले से लें, या अपने पार्ट पर नापकर तय करें।
- Calibration का तरीक़ा और certificate की भाषा lab के हिसाब से बदलती है। जापानी certificate आपके quality system में मान्य होगा या नहीं, यह आपकी और आपके customer की ज़रूरत पर निर्भर है। BIS (IS) में बराबर के standard का नंबर यहाँ पक्का नहीं किया गया।
- यह furnace देखने का work instruction नहीं है। आँखों की सुरक्षा और देखने की सुरक्षित जगह अपनी फ़ैक्टरी के safety नियमों के हिसाब से रखें। (Factories Act 1948 और 2020 की OSH Code के नियम आपके राज्य और कंपनी में किस रूप में लागू हैं, यह अपने safety विभाग से पूछें।)
FAQ
क्या सिर्फ़ चमक के रंग से तापमान बताया जा सकता है?
नहीं। जो दिखता है वह आसपास की रोशनी और आँखों के अभ्यस्त होने पर भी निर्भर करता है, इसलिए सिर्फ़ रंग instrument की जगह नहीं ले सकता। Disappearing-filament pyrometer तय band में reference filament से चमक की तुलना करता है और calibrated रिश्ते से तापमान पढ़ता है।
Filament गायब हो जाए तो क्या target blackbody है?
नहीं। Filament गायब होने का मतलब सिर्फ़ इतना है कि target से instrument तक आने वाली रोशनी filament की चमक के बराबर हो गई। इससे यह पता नहीं चलता कि target blackbody है। असली तापमान के लिए emissivity और optical path की जाँच करें।
क्या हिलती-चलती चीज़ पर optical pyrometer चल सकता है?
चल सकता है, बशर्ते आप target को view में रख सकें और उसकी चमक पर फ़ैसला कर सकें। Target की रफ़्तार, वह कितनी देर दिखता है और उसका साइज़ देखें; लगातार नाप चाहिए तो detection का तरीक़ा और response time उसी हिसाब से चुनें।
Calibrated pyrometer window के पार भी वही reading देगा?
ज़रूरी नहीं। Calibration सिर्फ़ instrument की होती है, जबकि window की transmittance और गंदगी instrument तक पहुँचने वाली रोशनी बदल देती है। Calibration की शर्तों को असली देखने के रास्ते से मिलाएँ, फिर तय करें कि कौन सा correction और कौन सी जाँच चाहिए।
मेरा infrared thermometer और optical pyrometer अलग reading क्यों देते हैं?
आम वजहें हैं: अलग wavelength, अलग emissivity setting और अलग spot का साइज़। Emissivity की वही गलती लंबी wavelength वाले instrument की reading को 0.65 µm वाले से ज़्यादा खिसकाती है। किसी को दोष देने से पहले दोनों की setting मिलाएँ और दोनों को एक ही जगह पर लगाकर देखें।
Sources
- Disappearing filament, brightness temperature, thermal radiation की बुनियाद: NBS/NIST, Self-Study Manual on Optical Radiation Measurements, Technical Note 910-8 (1985), §8.2
- Ideal pyrometer equation, effective wavelength, vanishing-filament का तरीक़ा: S. P. Venkateshan, Mechanical Measurements, IIT Madras (NPTEL)
- IR-URN का measuring principle और specification: CHINO Corporation, digital optical pyrometer (जापानी भाषा में)
- IR-URN की optics और measuring band: CHINO Corporation, catalog CP-107-02 (जापानी भाषा में)
- Brightness temperature बनाम असली तापमान: Ushio, "Basics of halogen lamps," §8(1) (जापानी भाषा में)
- Wien displacement constant: NIST, 2022 CODATA values (इस लेख में 2,898 µm·K तक गोल किया गया)
- पृष्ठभूमि का reflection, रास्ते की transmission, ratio pyrometer: KELLER, "Metrological errors"
- Emissivity और wavelength: KELLER, "Definition and influence of emissivity"
- चाँदी के बिंदु के ऊपर ITS-90: BIPM/CCT, Guide to the Realization of the ITS-90: Radiation Thermometry (2018)
- JCSS radiation thermometer, 960 °C से 2,800 °C तक thermodynamic temperature: NITE, JCSS radiation thermometry lab के लिए सूचना, 30 जनवरी 2020 (जापानी भाषा में)
- Single-waveband radiation thermometer के test तरीक़े: ASTM E1256-17(2022)
- Radiation thermometer के datasheet की शर्तें: IEC TS 62492-1:2008
मूल जापानी लेखयह गाइड जापान के पाठकों के लिए लिखे गए MONOSCOPE के एक लेख पर आधारित है: 光高温計の原理とは？線条消失・放射温度計との違いと測定誤差
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MONOSCOPE संपादकीय टीमFOUNDER & EDITORप्लांट उपकरण निर्माता और प्लांट इंजीनियरिंग कंपनी में लगभग दस साल तक उपकरणों के प्रस्ताव, डिज़ाइन और कमीशनिंग का काम करने के बाद डिजिटल मार्केटिंग में आए। आज B2B निर्माताओं को वेब कंसल्टिंग देते हैं, ताकि वे अपने उत्पाद और तकनीक आसानी से समझा सकें। जापान के राष्ट्रीय लाइसेंस Energy Manager और तृतीय श्रेणी चीफ़ इलेक्ट्रिकल इंजीनियर धारक।
2017 से एक इंजीनियरिंग ब्लॉग (500 से ज़्यादा लेख) और लगभग 20,000 सब्सक्राइबर वाला जापानी YouTube चैनल चलाते हैं। हर गाइड जापानी शॉप फ़्लोर के नज़रिए से लिखा जाता है और उद्धृत मानकों से मिलाकर जाँचा जाता है।
