Коефіцієнт емісії: значення для різних матеріалів
Пірометр або тепловізор не вимірює температуру безпосередньо – він вловлює інфрачервоне випромінювання поверхні й перераховує його в градуси. Але різні матеріали за однакової температури випромінюють по-різному, і саме цю різницю враховує коефіцієнт емісії. Якщо він виставлений неправильно, прилад покаже температуру, яка не буде мати нічого спільного з реальністю.
Що таке коефіцієнт емісії
Коефіцієнт емісії (випромінювальна здатність, ε) показує, наскільки ефективно поверхня випромінює теплову енергію порівняно з ідеальним випромінювачем – так званим абсолютно чорним тілом. Значення лежать у межах від 0 до 1:
- ε=1 – ідеальний випромінювач (у природі не існує);
- ε≈0,95 – типове значення для більшості неметалів (фарби, кераміки, бетону, дерева, тканини, пластику);
- ε<0,3 – блискучі метали, які майже не випромінюють власного тепла, зате добре відбивають чуже.
Просте правило: матове й шорстке тіло має високу емісію, блискуче й дзеркальне – низьку. Те, що відбивається як у дзеркалі у видимому світлі, так само поводиться і в інфрачервоному діапазоні.
Чому це важливо
Помилка в налаштуванні емісії призводить не до дрібної неточності, а до принципово хибного результату. Ось що покаже прилад у реальних ситуаціях (розрахунок для температури довкілля +20°C):
| Ситуація | Справжня температура | Покаже прилад |
| Окислена сталь (ε=0,8), у приладі виставлено 0,95 | 200°C | 183°C |
| Блискучий алюміній (ε=0,1), у приладі виставлено 0,95 | 200°C | 57°C |
| Пофарбований радіатор (ε=0,95), у приладі виставлено 0,3 | 60°C | 116°C |
Найнебезпечніший випадок – другий рядок. Розжарена до 200°C алюмінієва деталь виглядатиме ледь теплою. Водночас останній рядок показує зворотну ситуацію – прилад «побачить» перегрів там, де його немає.
Утішна новина: невелика похибка в налаштуванні майже не шкодить. Якщо для цегляної стіни (ε=0,95) виставити коефіцієнт 0,90, помилка становитиме лише близько 1°C за температури 50°C. Тому для побутових поверхонь достатньо орієнтуватися на типове значення коефіцієнта 0,95.
Значення коефіцієнту емісії для неметалів
Це найпоширеніша група – і найзручніша для вимірювання, бо майже всі значення близькі до 0,95 (значення коефіцієнту для довжини хвилі 8-14 мкм).
Будівельні матеріали:
- Бетон – 0,95
- Цегла, глина – 0,95
- Кераміка, керамічна плитка – 0,95
- Штукатурка, гіпс – 0,80-0,95
- Асфальт – 0,95
- Вапняк – 0,98
- Гравій – 0,95
- Пісок – 0,90
- Базальт – 0,70
Дерево й папір:
- Деревина (натуральна) – 0,90–0,95
- Папір (будь-якого кольору) – 0,95
Інші матеріали:
- Фарба (крім алюмінієвої) – 0,90-0,95
- Пластик (непрозорий) – 0,95
- Гума – 0,95
- Тканина – 0,95
- Скло (листове) – 0,85
- Вуглець, сажа – 0,80-0,90
- Графіт – 0,70-0,80
Природні поверхні:
- Вода – 0,93-0,96
- Лід – 0,98
- Сніг – 0,90
- Ґрунт – 0,90-0,98
- Шкіра людини – 0,98
Зверніть увагу на воду. Попри блискучу поверхню, її емісія дуже висока – близько 0,95. Це поширена помилка, коли воді приписують низьке значення через її «дзеркальність» у видимому світлі.
Значення коефіцієнту емісії для металів
Тут ситуація складніша, і головне, що треба знати: емісія металу залежить не від самого металу, а від стану його поверхні. Один і той самий алюміній може мати ε від 0,05 до 0,4 залежно від того, полірований він, шорсткий чи окислений (значення коефіцієнту для довжини хвилі 8-14 мкм).
Сталь і залізо:
- Сталь окислена – 0,70-0,90
- Сталь холоднокатана – 0,70-0,90
- Сталь шліфована – 0,40-0,60
- Сталь полірована – 0,10 (!)
- Нержавіюча сталь – 0,10-0,80 (!)
- Залізо окислене – 0,50-0,90
- Залізо іржаве – 0,50-0,70
- Чавун окислений – 0,60-0,95
- Чавун неокислений – 0,20 (!)
Кольорові метали:
- Алюміній окислений – 0,20-0,40 (!)
- Алюміній шорсткий – 0,10-0,30 (!)
- Алюміній полірований – вимірювання не рекомендоване
- Мідь окислена – 0,40-0,80
- Мідь полірована – вимірювання не рекомендоване
- Латунь окислена – 0,50
- Латунь матована – 0,30 (!)
- Свинець шорсткий – 0,40
- Цинк окислений – 0,10 (!)
- Нікель окислений – 0,20-0,50
- Титан окислений – 0,50-0,60
Електротехніка:
- Мідні клемні колодки – 0,60
Позначкою (!) виділені значення, за яких вимірювання технічно можливе, але ненадійне. Що нижча емісія, то більшу частку показань становить відбите від довкілля випромінювання, і тим сильніше прилад «підсилює» будь-яку похибку.
Для полірованих металів – алюмінію, міді, срібла – виробники прямо не рекомендують безконтактне вимірювання. Ці поверхні працюють як інфрачервоні дзеркала: пірометр покаже температуру того, що в них відбивається, а не самої деталі. Тут радше потрібен контактний метод – термопара.
Як виміряти температуру блискучої поверхні
Якщо все ж треба знати температуру полірованого металу, застосовують один із трьох прийомів.
Матова наліпка або ізолента. На поверхню металу наклеюють шматок матової чорної ізоленти, чекають одну-дві хвилини, поки він прогріється до температури деталі, і вимірюють по ньому, виставивши ε=0,95. Це найпростіший і найпоширеніший спосіб.
Матова фарба або сажа. Ділянку зафарбовують матовою чорною фарбою – принцип той самий, але спосіб придатний там, де наліпка не тримається (наприклад, на гарячих поверхнях).
Підбір за термопарою. Якщо ваш пірометр укомплектований термопарою – виміряйте температуру контактно, а потім, не змінюючи точки вимірювання, підбирайте коефіцієнт емісії на приладі, доки безконтактний показник не збігнеться з контактним. Знайдене значення й буде правильним для цього матеріалу. Саме тому пірометри з термопарою зручні для роботи з невідомими поверхнями.
Практичні поради
Не покладайтеся тільки на таблицю. Наведені значення – це орієнтир. Реальна емісія залежить від шорсткості, ступеня окислення, забруднення, вологості й навіть товщини матеріалу. Вологий бетон і сухий бетон дадуть різні значення (розбіжність може перевищувати 10%).
Стежте за відбитим випромінюванням. Якщо поряд працює піч, прожектор або є пряме сонце, їхнє тепло відбивається від об'єкта й потрапляє в об'єктив. За можливості заслоніть об'єкт від сторонніх джерел тепла або міряйте під іншим кутом.
Для більшості побутових задач достатньо 0,95. Стіни, підлога, радіатори, вікна, меблі, продукти, шкіра – усе це має емісію в межах 0,90-0,98.
Окислення підвищує емісію. Стара, іржава чи закопчена металева поверхня вимірюється значно надійніше, ніж свіжополірована. Це не недолік, а перевага для практики: більшість реальних промислових поверхонь уже окислені.
