Podczas całego procesu produkcji i dalszej obróbki szkła, temperatura jest jednym z najważniejszych parametrów, które należy mierzyć, czy to bezpośrednio do kontroli produkcji, czy do dokumentacji, czy też do obu tych celów.

Rys. 1. Emisyjność różnych rodzajów szkła

Aby pomiar był precyzyjny należy znać zachowanie szkła w zakresie promieniowaniampodczerwonego (infrared IR). Wpływ na to ma otoczenie, jak również specyficzne wartościmemisyjności różnych typów szkła. Dlatego należy wybrać odpowiedni rodzaj czujnikamlub kamery termowizyjnej. Na rysunku 1 podano typowe wartości emisyjności dla kilku rodzajów szkła.

Jak widać, istnieją dwa zakresy ze stosunkowo wysokimi szczytami emisyjności, około 5 μm i 7,9 μm. Z tego powodu większość pirometrów, skanerów liniowych czy kamer termowizyjnych (IR) w przemyśle szklarskim pracuje z takimi właśnie filtrami spektralnymi – na 5 lub na 7,9 μm. Wysoka emisyjność w tym zakresie oznacza małą ilość odbić od otoczenia.

W zastosowaniach, gdzie nie mierzy się temperatury powierzchni, ale temperaturę wewnątrz masy szklanej, potrzebna jest znacznie krótsza długość fali. Może to mieć miejsce na przykład przy produkcji szkła float poprzez pomiar szkła w wannie float lub za nią. Innym przykładem jest wewnętrzna temperatura kropli szkła mierzona w czasie produkcji szkła opakowaniowego.

Rysunek 2 przedstawia przykład niewłaściwego pomiaru poprzez porównanie urządzenia o długich falach, pracującego w zakresie 7,5-13 μm, z urządzeniem pracującym przy 7,9 μm.

Po prawej stronie obraz przedstawia spokojny profil temperatury, podczas gdy po lewej stronie wyraźnie widać zakłócenia spowodowane odbiciami, z pewnością części dachu zakładu. Oznacza to, że ostatecznie lewy obraz dałby znacznie mniej niepewny obraz temperatury w porównaniu z urządzeniem 7,9 μm.

Problem odbić staje się jeszcze większy, gdy w grę wchodzi szkło powlekane. Ze względu na zwykle silnie zredukowaną emisyjność przez powłokę, nawet pomiary przy określonej długości fali nie mogą być pewne. W takim przypadku pozostaje tylko jedna możliwość – pomiar od dołu, gdzie szkło nie jest pokryte powłoką.

Istnieją dwie różne metody:
1. Pomiar bezpośredni od dołu – za pomocą odpowiedniego urządzenia, co oznacza, że musi ono być możliwe do zainstalowania na spodzie i w najlepszym przypadku jest w stanie zmierzyć całą szerokość tafli szkła.
2. Druga metoda zależy głównie od stopnia zmniejszenia emisyjności w wyniku zastosowania powłoki niskoemisyjnej.

W niektórych przypadkach właściwe rozwiązanie może być rezultatem użycia jednego pirometru od dołu jako pirometru referencyjnego/wzorcowego. Odczyt temperatury z tego pirometru może być użyty jako wartość wejściowa do urządzenia, które nadal mierzy od góry – w większości przypadków są to skanery liniowe lub kamery termowizyjne IR w trybie skanera liniowego. Zwiększa się wtedy dokładność pomiaru od góry.

Oprócz emisyjności, w niektórych zastosowaniach sama temperatura szkła stanowi wyzwanie dla precyzyjnego pomiaru temperatury. Często, zaraz po procesie laminowania, temperatura szkła jest zbyt niska, aby można ją było zmierzyć urządzeniami o długości fali 5 lub 7,9 μm. W takim przypadku można stosować tylko urządzenia o długich falach, co (jak już wspomniano) oznacza większe potencjalne ryzyko nieprawidłowego pomiaru z powodu odbić (rys. 2).

Rys. 2. Refleksyjność szkła w różnych zakresach spektralnych IR

Dla wszystkich rodzajów bezkontaktowych pomiarów temperatury szkła istotny jest przede wszystkim właściwy dobór odpowiedzi spektralnej/widmowej, który jest podyktowany głównie zastosowaniem. Po drugie, instalacja musi być wykonana w sposób fizycznie poprawny.

Obejmuje to prawidłową odległość, aby zapewnić odpowiednie pole widzenia oraz dobór właściwych akcesoriów ochronnych na wysokie temperatury otoczenia. W wielu instalacjach, gdzie mierzy się szkło powlekane, wciąż najnowocześniejsze jest stosowanie skanerów liniowych od góry i pirometru referencyjnego od dołu.

Nowa, innowacyjna metoda polegająca na skaningowym pomiarze temperatury od spodu wymaga nowoczesnych, kompaktowych kamer IR, które mogą pracować w trybie skanowania liniowego. Wielkość tradycyjnych skanerów liniowychmnie mieści się w niewielkiej przestrzeni pomiędzy piecem do hartowania a sekcją chłodzenia. Zmniejsza się również cały nakład pracy związany z montażem, ponieważ w przypadku urządzeń umieszczonych pod spodem zazwyczaj nie jest wymagane chłodzenie. 

Ingo Stahlkopf, Torsten Czech

Artykuł został oparty na wykładzie zaprezentowanym na Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2019, która odbyła się w dniach 26-28 czerwca 2019 r. w Tampere w Finlandii