{{{sourceTextContent.title}}}

Emissività: Definizione ed influenza nella misura senza contatto di temperatura

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Nella misura senza contatto della temperatura, un pirometro individua l'energia termica o la radiazione infrarossa emessa da un oggetto. Da questa radiazione individuata, il pirometro calcola la temperatura secondo legge della radiazione di Planck.

{{{sourceTextContent.description}}}

Nella misura senza contatto della temperatura, un pirometro individua l'energia termica o la radiazione infrarossa emessa da un oggetto. Da questa radiazione individuata, il pirometro calcola la temperatura secondo legge della radiazione di Planck. La quantità di energia emessa dall'oggetto in gran parte dipende dall'emissività del materiale.

Ma che cosa esattamente significhiamo quando ci riferiamo all'emissività e come influenzerà la misura della temperatura? Come possiamo determinare la quantità di emissività e che cosa dipende sopra? Che genere di errori di lettura della temperatura potrebbe accadere dovuto una regolazione sbagliata dell'emissività e come può una impedire gli errori di misura? Questo articolo discute questi ed altre domande circa l'emissività.

Definizione di emissività

La quantità energia che infrarossa/termica un oggetto si irradierà è non solo una funzione della temperatura, ma dipende dal materiale stesso. L'emissività descrive la capacità di un materiale di emettere o liberare l'energia termica che ha assorbito. Un radiatore perfetto – conosciuto come “un corpo nero” – emetterà l'intera quantità di energia assorbente. Un corpo reale emetterà sempre meno energia che un corpo nero alla stessa temperatura. Il ε dell'emissività è il rapporto di radiazione infrarossa emesso di un oggetto dato (ente reale) Φr e di un corpo nero Φb alla stessa temperatura.

ε = Φr/Φb

Quindi, l'emissività è una quantità o un fattore non dimensionale fra 0 e 1, o fra 0 e 100%.

La radiazione atmosferica che raggiunge un oggetto di misura è riflessa più o meno forte, secondo la riflettività del materiale. Le stesse leggi di radiazione che governano la luce visibile inoltre si applicano ad energia termica. Nel caso degli oggetti trasparenti quali vetro o stagnola di plastica, l'energia termica supplementare da sotto la superficie dell'oggetto o dai precedenti ha potuto contribuire alla radiazione individuata. La trasmettività descrive la percentuale di radiazione che può essere trasmessa attraverso un oggetto. La somma totale di radiazione individuata dal sensore ΦΣ di un pirometro è la somma di parecchie componenti, secondo le indicazioni di seguente equazione.

ΦΣ = ε * Φobj + ρ * Φamb + τ * Φback

ε = fattore di emissività

ρ = fattore di riflettività

τ = fattore di trasmettività

Φobj = radiazione dall'oggetto dell'obiettivo

Φamb = radiazione ambientale (priorità alta)

Φback = radiazione da fondo

I coefficienti di radiazione sono collegati insieme nell'equazione:

1 = ε + ρ + τ

Non ci sarà trasmissione di radiazione attraverso gli oggetti opachi; il fattore di trasmettività non sarà così applicabile.

1 = ε + ρ

Fattori che influenzano l'emissività

L'emissività di un oggetto dipende soprattutto dal tipo di materiale e di sue proprietà di superficie. Gli oggetti non metallici e non trasparenti sono radiatori generalmente buoni con un'emissività > 80%. L'emissività dei metalli può variare fra 5% e 90%. Le superfici di metallo brillanti e altamente riflettenti avranno emissività più basse.

Ancora, l'emissività può cambiare secondo la lunghezza d'onda. Ciò è particolarmente vera per i metalli. La capacità di un metallo di emettere gli aumenti di radiazione termica alle più brevi lunghezze d'onda. Di conseguenza, per le applicazioni del metallo, è meglio da selezionare un pirometro che misure alle brevi lunghezze d'onda.

Gli oggetti trasparenti quali vetro, i film plastici, o i gas hanno lunghezze d'onda distinte in cui le caratteristiche di radiazione sono buone. Per misurare esattamente la temperatura di questi oggetti, è necessario da selezionare i pirometri con i sensori ed i filtri speciali che sono sensibili alla lunghezza d'onda particolare.

L'emissività dei metalli e del vetro inoltre cambia in funzione della temperatura. Con l'ossidazione di superficie di metallo liquido e durante il liquido alla transizione solida l'emissività può cambiare considerevolmente.

Come la temperatura degli aumenti di un metallo, in modo dall'emissività. Nel caso di vetro, un'più alta temperatura permette che il pirometro vedi ad una maggior distanza nel vetro. Ciò significa che il pirometro misurerà ad una profondità sotto la superficie di vetro, individuante l'energia termica dall'interno dell'oggetto.

Come l'atmosfera influenza l'emissività

La radiazione estranea può sorgere negli ambienti in cui le misure hanno luogo. Un esempio classico è la misura della lamiera sottile fredda all'interno di una fornace di riscaldamento calda. Il pirometro individua sia l'energia termica che si irradia direttamente dalla lamiera sottile come pure dalla radiazione termica dalla parete di fornace che riflette fuori dalla lamiera sottile. Più piccola la differenza di temperatura fra le due fonti di radiazione (oggetto e fornace) è, maggior l'accuratezza della misura è.

Per individuare la temperatura reale dell'oggetto un tubo d'avvistamento raffreddato ad acqua dovrebbe essere impiegato. Questo accessorio serve a proteggere il pirometro da radiazione d'interferenza dalla parete di fornace. Per bloccare la radiazione riflessa dall'entrare nel percorso di vista, il diametro del tubo dovrebbe misurare almeno sei volte la distanza fra il tubo e l'oggetto.

Modi determinare emissività

La letteratura o i manuali di istruzioni industriali contiene spesso i dati sulle emissività di vari materiali. Questi informazioni dovrebbero essere usate con prudenza, tuttavia. È importante da sapere per quale temperatura e quale lunghezza d'onda il valore dell'emissività è applicabile.

Ancora, i valori dichiarati dell'emissività sono stati ottenuti nelle circostanze ideali. Nella pratica reale, l'emissività totale dell'oggetto dell'obiettivo varierà, secondo la quantità di radiazione estranea trasmessa attraverso l'oggetto dai precedenti o ha riflesso sull'oggetto dalla priorità alta. Se doveste registrare il pirometro per ottenere il valore teorico dell'emissività ricavato da letteratura, la lettura visualizzata della temperatura sarà erroneamente alta.

Per ottenere una lettura accurata della temperatura, l'utente dovrà registrare il pirometro per ottenere un'emissività piuttosto più alta di quanto dichiarata. Potremmo chiamare questo un aumento simulato nell'emissività. Con una misura di confronto facendo uso di un termometro a contatto possiamo stabilire l'emissività reale di un oggetto e regolare di conseguenza il pirometro, a condizione che la misura del termometro a contatto è molto precisa.

Alternativamente, per le temperature fino a °C circa 250, un autoadesivo con un'emissività definita può essere affigguto all'oggetto dell'obiettivo.

In primo luogo, la vera temperatura dell'oggetto è determinata nel posto dell'autoadesivo (fig. 2). Poi una misura di confronto è realizzata alla destra dell'oggetto accanto all'autoadesivo. Successivamente, l'emissività del pirometro è regolato in modo che lo strumento visualizzi la lettura priore della temperatura.

Poiché l'influenza dell'emissività tende ad aumentare con la temperatura, questa misura di confronto dovrebbe essere realizzata sempre alle più alte temperature

Quando misurare le temperature elevate o se l'obiettivo è difficile da accedere, quale in una fornace di vuoto, ad una misura di confronto facendo uso delle lunghezze d'onda di un pirometro in breve è raccomandabile, perché in ragione di fisica, l'accuratezza della misura sarà maggior alle più brevi lunghezze d'onda.

Un pirometro moderno di scomparsa di confronto di intensità (fig. 3) è ideale a questo fine. La tecnica di questo strumenti è basata su un confronto visivo di colore ad una lunghezza d'onda di 0,67 μm.

L'efficacia di questo metodo non dipende dalla dimensione dell'oggetto dell'obiettivo. La fig. 4 del grafico dimostra l'effetto di un adeguamento sbagliato del pirometro o un cambiamento nell'emissività.

misure dei pirometri di Due-colore – indipendentemente da emissività?

Parecchi anni fa, i pirometri che hanno avuti la capacità di individuare simultaneamente la radiazione termica a due lunghezze d'onda differenti sono uscito sul mercato. Il rapporto di queste due misure è proporzionale alla temperatura. Se l'emissività delle modifiche essenziali e gli effetti dell'obiettivo un cambiamento nella quantità di radiazione individuata da ogni canale, il rapporto o il quoziente di questi valori e così la temperatura, ancora rimarrà costante. Ciò è soltanto vera, tuttavia, quando il cambiamento nell'emissività è identico per entrambi i canali. La pratica ha indicato che questa è raramente la cassa per i metalli. Per le applicazioni del metallo, l'uso dei pirometri di due-colore può provocare ancora i maggiori errori di misura che un pirometro di un-Manica produrrebbe. Di conseguenza, la cautela si consiglia con questa tecnica spesso citata «dell'emissività-indipendente».

i pirometri di Due-colore fanno per offrire i chiari vantaggi nelle situazioni che producono lo stesso grado di attenuazione del segnale ad entrambi i canali, per esempio quando la polvere o il fumo sulla lente o nel campo visivo dello strumento parzialmente ostruisce la trasmissione di energia irradiata al sensore del pirometro. La lettura della temperatura del pirometro di due-colore continuerà ad essere corretta.

Negli stati di misurazione particolarmente sfavorevoli o complessi, è raccomandabile considerare gli entrambi due valori spettrali della temperatura come pure la lettura della temperatura basati sul rapporto di due-colore. Secondo il risultato, l'utente può selezionare il metodo che è più adatto per la sua applicazione e regola il pirometro di conseguenza.

Conclusione

Nel precisare gli attributi di un pirometro, gli opuscoli attirano spesso l'attenzione speciale su incertezza di misura specificata di uno strumento. Con rilevazione senza contatto della temperatura, tuttavia, la probabilità di avvenimento di errori di misurazione dipenderà generalmente dalle caratteristiche e dalle condizioni dell'ambiente dell'oggetto dell'obiettivo. Soltanto raramente fare gli errori metrologici realmente provengono da uno strumento difettoso. Di conseguenza, se selezionando un pirometro o scegliendo la posizione di misurazione, è meglio da tenere presente i principi hanno descritto in questo articolo.