Kas yra spinduliavimo geba (emisyvumas)?

Pirkdami arba naudodami infraraudonųjų spindulių (IR) termometrą (dar vadinamą pirometru), techninių specifikacijų sąraše neabejotinai pastebėsite rodiklį, žymimą graikiška raide ε (epsilon). Tai – spinduliavimo geba (angl. emissivity), kartais vadinama emisyvumu. Šis parametras yra esminis faktorius, nulemiantis, ar jūsų atliekami temperatūros matavimai bus tikslūs, ar visiškai klaidingi.

Kaip veikia infraraudonųjų spindulių termometras?

Norint suprasti emisyvumo svarbą, pirmiausia reikia žinoti IR termometro veikimo principą. Kiekvienas objektas, kurio temperatūra yra aukštesnė už absoliutų nulį (-273,15 °C), į aplinką skleidžia nematomą šiluminę (infraraudonąją) spinduliuotę.

Termometras pats „nešaudo“ jokio matavimo spindulio (lazeris jame integruotas tik tam, kad matytumėte, kur nusitaikėte). Prietaiso optinė sistema surenka objekto skleidžiamą šiluminę energiją, sufokusuoja ją į fotodetektorių, paverčia elektriniu signalu ir po vidinių mikroschemos skaičiavimų ekrane parodo temperatūros vertę.

1 pav.: Infraraudonųjų spindulių termometro veikimo ir energijos surinkimo principas.

Mokslinis spinduliavimo gebos apibrėžimas

Spinduliavimo geba (ε) yra santykis tarp realaus objekto paviršiaus spinduliuojamos energijos ir idealaus spinduolio (vadinamo juodu kūnu) spinduliuojamos energijos, esant tai pačiai temperatūrai. Šis rodiklis išreiškiamas skaičiumi nuo 0 iki 1 (arba nuo 0% iki 100%).

• Juodas kūnas (ε = 1.0): Tai idealus, teorinis spinduolis, kuris sugeria visą į jį krentančią spinduliuotę, nieko neatspindi ir idealiai skleidžia šilumą.
• Realaus pasaulio objektai (ε < 1.0): Visi mus supantys daiktai šilumą skleidžia silpniau nei juodas kūnas. Likusi energijos dalis yra atspindima arba praleidžiama pro patį objektą.

2 pav.: Termovizorinis (terminis) vaizdas, iliustruojantis, kaip skirtingos medžiagos, esant vienodai temperatūrai, spinduliuoja nevienodai.

Kodėl svarbu reguliuoti termometro emisyvumą?

Daugumos standartinių buitinių IR termometrų spinduliavimo geba gamykliškai yra fiksuota ties 0,95 verte. Kodėl būtent tiek? Todėl, kad didžiosios dalies organinių medžiagų (medžio, vandens, odos, plastiko, gumos), maisto produktų, dažų ar stipriai oksiduotų (surūdijusių) paviršių emisyvumas natūraliai siekia apie 0,95. Matuojant šias medžiagas, paklaida bus minimali.

Tačiau problema kyla matuojant metalo paviršius. Švarus, blizgantis varis, aliuminis ar nerūdijantis plienas turi labai žemą emisyvumą (nuo 0,02 iki 0,2). Jei matuosite blizgų metalą su įprastu 0,95 pirometru, prietaisas parodys drastiškai mažesnę temperatūrą nei yra iš tikrųjų.

Reguliuojant termometro emisyvumą, vidinis prietaiso stiprintuvas kompensuoja trūkstamą infraraudonosios spinduliuotės energiją. Pavyzdžiui, jei matuojamo objekto emisyvumas yra tik 0,8, prietaisas automatiškai padidina signalo stiprinimą 1,25 karto (1 / 0,8 = 1,25), kad gauta vertė atitiktų realybę.

Todėl profesionaliam naudojimui rekomenduojama rinktis prietaisus su reguliuojamu emisyvumu. Pavyzdžiui, dauguma profesionalių UNI-T infraraudonųjų spindulių termometrų leidžia laisvai keisti šį rodiklį itin plačiame diapazone – nuo 0,1 iki 1,0.

3 pav.: UNI-T UT301+ serijos profesionalaus termometro spinduliavimo gebos nustatymo sąsaja ekrane.

Kaip sužinoti ir nustatyti teisingą medžiagos emisyvumą?

Specialistai ir vartotojai naudoja keturis pagrindinius metodus medžiagos spinduliavimo koeficientui nustatyti:

1. Vizualinis įvertinimas (orientacinis): Galioja taisyklė – kuo paviršius labiau blizga ir atspindi šviesą (veidrodinis efektas), tuo mažesnė jo spinduliavimo geba. Pavyzdžiui, naujas, nušlifuotas varis turi labai mažą emisyvumą (0,07–0,2), tačiau leidus jam pastovėti ir pasidengti tamsiu oksido sluoksniu, jo emisyvumas pakyla iki 0,4–0,8.
2. Naudojantis orientacine lentele: Tai greičiausias būdas rasti gamyklinius skaičiavimus įvairioms medžiagoms. Žemiau pateikiama pagrindinių medžiagų emisyvumo lentelė.

Medžiagų spinduliavimo gebos (ε) lentelė

Jei lentelės duomenų neužtenka, tiksliems profesionaliems matavimams naudojami šie praktiniai metodai:

3. „Izoliacinės juostos“ metodas (praktinis): Užklijuokite gabalėlį juodos plastikinės izoliacinės juostos (jos emisyvumas tiksliai žinomas ir lygus 0,95) ant matuojamo objekto paviršiaus ir leiskite jai susilyginti su objekto šiluma. Pamatuokite juostos temperatūrą (termometras nustatytas ties 0,95). Tada nutaikykite termometrą į šalia esantį gryną objekto paviršių ir rankiniu būdu reguliuokite termometro emisyvumą, kol ekrane pamatysite tokią pačią temperatūrą, kokią rodė matuojant juostą. Ši nustatyta vertė ir bus tikrasis objekto emisyvumas.
4. Kontaktinio termometro metodas (etaloninis): Iš pradžių išmatuokite objekto paviršiaus temperatūrą tiksliu kontaktiniu prietaisu (pavyzdžiui, termopora arba K-tipo temperatūros zondu). Tuomet nukreipkite IR termometrą į tą patį tašką ir keiskite jo emisyvumo rodiklį tol, kol belaidžio termometro rodmenys sutaps su kontaktinio termometro skaičiais.

Straipsnis paruoštas remiantis UNI-T informaciniu straipsniu, esančiu adresu: https://meters.uni-trend.com/what-is-emissivity.