Perkenalan
Jumlah Perpindahan Panas dari atau ke suatu permukaan per satuan waktu per satuan luas disebut sebagai fluks panas. Fluks panas juga disebut sebagai kerapatan fluks panas, laju aliran panas dan satuan SI-nya adalah watt per meter persegi (W/m2). Ia memiliki besaran dan arah. Oleh karena itu fluks panas adalah besaran vektor. Fluks panas ini diukur dengan perubahan suhu yang dibawa oleh sensor fluks panas. Ada tiga mode perpindahan panas:-
- Konduksi.
- Konveksi.
- Radiasi.
Konduksi dan konveksi memerlukan media untuk perpindahan panas, sedangkan radiasi tidak memerlukan media apa pun. Radiasi intensitas tinggi tidak dapat diukur secara langsung oleh termopil dan bolometer yang rapuh karena instrumen ini dapat terbakar. Sensor fluks panas Gardon Gauge dapat mengukur intensitas radiasi termal yang tinggi.
Sensor Pengukur Gardon
Konstruksi dan Prinsip Kerja
Sensor fluks panas dirancang untuk pengukuran radiasi intensitas tinggi. Panas diserap dalam lapisan tipis logam melingkar, yang berfungsi sebagai reservoir suhu konstan. Panas ini kemudian ditransfer secara radial (sejajar dengan permukaan penyerap) ke penyerap panas yang terbuat dari tembaga yang dilas di sekeliling keliling lapisan. Distribusi suhu di lapisan tengah maksimum dan minimum di keliling karena pembuangan panas ke penyerap panas. Termokopel diferensial tunggal antara suhu tengah lapisan dan tepi lapisan menghasilkan tegangan keluaran.
Analisis Teoritis Kinerja
Sebuah foil melingkar tipis dengan ketebalan dan radius R disolder di sekeliling kelilingnya ke sebuah heat sink besar yang dijaga pada suhu konstan. Foil ini menyerap radiasi termal dengan intensitas q. Untuk mengukur radiasi insiden yang akurat, dilakukan analisis steady state. Dalam kondisi steady state, panas yang diserap oleh foil sama dengan panas yang dihamburkan melalui konduksi.
Dalam kondisi keadaan stabil :-
Untuk menemukan kecepatan respons sensor, yaitu konstanta waktu, kita perlu menganalisis kondisi keadaan tidak tetap. Dalam kondisi keadaan tidak tetap, panas yang mengenai foil sama dengan panas yang diserap oleh foil dalam interval waktu t. Dalam keadaan tidak tetap:-
Gambar 1: Diagram skema pengukur foil Gardon.
Dalam derivasi di atas konduktivitas termal diasumsikan konstan untuk foil konstantan. Akan tetapi, dalam aplikasi praktis konduktivitas termal tidak konstan yang menyebabkan hubungan nonlinier antara gradien suhu dan intensitas. Selain itu, hubungan emf suhu dalam konstantan dan tembaga juga nonlinier. Ini merupakan kebetulan yang menguntungkan dalam kasus ini karena kedua efek nonlinier ini saling meniadakan untuk menghasilkan hubungan suhu-emf linier dalam radiometer konstantan tembaga.
Gambar 2: Sensor fluks panas didinginkan dan tidak didinginkan yang dikembangkan oleh Tempsens instruments pvt. ltd.
Kepekaan atau Responsivitas adalah rasio tegangan keluaran terhadap fluks panas yang diukur. Untuk radiometer tertentu, responsivitas bersifat konstan.
Sensitivitas = Tegangan Keluaran / Fluks Panas
Desain dan Kalibrasi
Kami telah merancang sensor fluks panas kami sesuai dengan analisis teoritis dengan ketebalan dan diameter foil yang sesuai. Untuk mengkalibrasi sensor fluks panas, disiapkanlah perangkat percobaan. Peralatan percobaan dibuat dari sensor fluks panas, unit akuisisi data, dan PC. Kalibrasi pengukur bergantung pada fluks yang diradiasikan dan keluaran atau respons pengukuran sensor. Sensor didasarkan pada respons termokopel dan keluaran yang diukur dengan voltmeter (unit pengukuran) yang presisi. Konstanta kalibrasi pengukur pada fluks yang diberikan hanyalah rasio fluks terhadap respons. Dalam proses ini, kami mengukur fluks panas dari sumber panas yang sangat stabil yang memancar pada sensor fluks panas. Pertama-tama sumber panas kami, yaitu tungku benda hitam, dipanaskan yang menghasilkan radiasi dari strip grafit rongga pada suhu yang sangat tinggi. Kemudian, tempatkan sensor fluks panas uji dan standar pada jarak yang sama dari strip grafit. Kemudian kendalikan voltase tungku secara manual dengan menambah atau mengurangi hingga Anda memperoleh keluaran 10 milivolt pada sensor fluks panas standar yang memastikan radiasi masukan 10 watt=cm2. Ekspresikan nilai keluaran sensor uji dalam milivolt, lalu lakukan analisis regresi linier untuk fluks panas dan keluaran sensor. Kemiringan regresi linier memberikan responsivitas/sensitivitas sensor dalam mV=(W=cm2) dan terakhir plot data kalibrasi untuk memeriksa keakuratan pengukur uji. Kami menggunakan tungku benda hitam sebagai sumber panas. Sensor fluks panas yang dirancang kemudian ditempatkan di dekat tungku dan tegangan diukur.
Gambar 3: Representasi skematis pengaturan eksperimen.
Nilai tegangan ini dikalikan dengan sensitivitas pengukur utama. Kemudian fluks panas yang diperoleh dari pengukur uji diplot dengan tegangan yang sesuai. Kemudian titik data dalam grafik pengukur uji dipasang secara linier. Kemiringan kurva pemasangan linier memberikan sensitivitas aktual pengukur uji. Keakuratan pengukur uji dihitung dengan mengambil referensi pengukur utama.
Gambar 4: Kalibrasi sensor fluks panas menggunakan tungku benda hitam di Tempsens.
Sensor fluks panas uji 30 watt/cm2 dikalibrasi menggunakan pengaturan eksperimen yang dijelaskan di atas. Responsivitas sensor uji yang diperoleh adalah 0,315. Oleh karena itu akurasinya adalah dalam 5%
Gambar 5: Kalibrasi sensor fluks panas dengan pengukur standar.
Fitur :
- Mengukur intensitas secara langsung.
- Mengukurnya secara kalorimetri, yaitu tanpa mengacu pada kuantitas spektral.
- Konstanta waktu lebih sedikit.
- Kuat secara mekanis.
- Berikan sinyal yang mampu direkam tanpa amplifikasi
