Závislost emisivity na teplotě

V průmyslu i v oblasti řemesel je termografie již několik let nanejvýš cenným nástrojem při rozeznávání závad a anomálií. Na základě technologického pokroku u termokamer a jejich stále dostupnějších cen se stala tato fascinující technologie zajímavou pro široké oblasti činností.

Každý objekt s teplotou vyšší než absolutní nula (0 Kelvinů = -273,15 °C) vysílá infračervené záření. Infračervené záření má vlnovou délku v rozsahu 0,75 μm až téměř 1000 μm (= 1 mm) a tudíž hraničí s vlnovým rozsahem viditelného světla (0,38 - 0,75 μm).

Když dopadá elektromagnetické infračervené záření na objekt, absorbuje tento objekt část dopadající energie. Absorpce způsobuje ohřívání objektu. Teplejší objekty vysílají víc infračerve-ného záření než objekty studené. Absorbované (přijaté) infra-červené záření se přemění na infračervené záření emitované (z objektu vycházející).

Objekt, který absorbuje všechnu energii z dopadajícího infračerveného záření, převede ji ve vlastní infračervené záření a 100% této energie opět vyzáří. Nedochází zde k žádné reflexi nebo prostupu záření.

Zařízení pro kalibraci termokamer se nazývá černý zářič. Detektor snímá infračervené záření a převádí je na elektrický signál.

Čtěte také: Emise a využití výnosů

Měřítko schopnosti materiálu emitovat (vysílat) infračervené záření. Ideální černé těleso (ε = 1) v přírodě neexistuje, místo toho se vyskytují tzv. tělesa šedá (ε < 1) jako alternativa k černým tělesům. Mnoho stavebních a organických materiálů mohou být v úzkém spektrálním rozsahu považována za šedé zářiče. Závislost emisivity na vlnové délce záření je v tomto rozsahu zanedbatelná (v porovnání s „barevnými zářiči“). Spektrální citlivost většiny termokamer zaznamenává pouze malé spektrum z celého infračerveného spektra. To představuje přijatelnou chybu. Šedé zářiče v porovnání s černými nikdy neabsorbují 100% infračerveného záření.

V případě reálných zářičů se část tepelného záření odráží. Tato odražená teplota musí být zohledněna při měření objektů s nízkou emisivitou. Pomocí korekčního faktoru se reflexe v termokameře odečte, čímž se zvýší přesnost měření teploty. Ve většině případů odpovídá odražená teplota teplotě okolí.

Emisivita černého tělesa je rovna 1,0. Emisivita je velkým podílníkem na nejistotě při použití kalibrátorů s plochou deskou.

Znalost emisivity měřeného povrchu je velmi důležitou součástí jakéhokoliv IR měření. Jak je patrno, je třeba dát velkou pozornost vlivům emisivity povrchu na měření. Stejně tak je důležitá znalost teploty pozadí a vlivu emisivity předmětů v pozadí.

Jsou objekty s nízkou emisivitou, která je závislá na teplotě a s ní kolísá. Emisivita většiny kovů je závislá na teplotě.

Čtěte také: Vliv závislosti na jídle na ekologii

Emisivita má směrovost a závisí na úhlu vyzařování. Obecně platí, že obvykle je emisivita přibližně konstantní v úhlu do 60° od kolmice, u většiny materiálů dokonce do 45°, pod většími úhly pak emisivita již výrazně klesá a těleso má zdánlivě nižší povrchovou teplotu.

Termografickým měřením pomocí infračervených kamer lze zjistit povrchovou teplotu měřeného objektu. Infračervená radiometrie (IR) je velmi užitečný způsob měření teploty, který má oproti kontaktnímu měření přednost v rychlosti odezvy a neovlivňuje měřený předmět.

Emisivita (ε) je poměr intenzity vyzařování reálného tělesa k intenzitě absolutně černého tělesa se stejnou teplotou. Jedná se o bezrozměrnou veličinu.

Nejlepší způsob, jak kalibrovat IR teploměry, je použití téměř dokonalého černého tělesa. Dokonalé černé těleso by mělo mít emisivitu 1,000. Matematický výraz popisující spektrální výkon vyzařovaný dokonalým černým tělesem pro danou vlnovou délku se nazývá Planckův zákon.

V reálném světě neexistuje dokonalé černé těleso, ale existují aproximace, jako například dutina. Dutina může být válec, koule, jehlan nebo jejich kombinace. Emisivita dutin je závislá na jejich geometrii a blíží se velmi 1,000. Dutiny mají emisivitu typicky 0,99, 0,999 nebo 0,9999.

Čtěte také: Role listů v ekosystému

Je třeba dbát pečlivě o znalost emisivity daného deskového kalibrátoru. Je k dispozici mnoho příruček, kde nalezneme tabulky s emisivitami různých materiálů. Jinak řečeno materiály mají spektrálně závislou emisivitu. Emisivita je také závislá na teplotě. Má-li matný povrch emisivitu 0,95, znamená to, že 5 % energie je odraženo, jak určuje Kirchoffův zákon.

Při diagnostice pomocí termokamery je nutné zdůraznit, že termovize zobrazuje teplo emitované z měřeného objektu.

Termografické měření povrchové teploty a emisivity u lesklých materiálů Praktické zjištění povrchové teploty a emisivity u lesklých materiálů pomocí infračervené termografie se v současné době provádí tak, že se jejich povrch opatří materiálem se známou hodnotou emisivity. Uvedené veličiny je však možno určit bez pomoci materiálů se známou hodnotou emisivity: pomocí infračerveného záření, které je odraženo lesklým povrchem a je detekováno termografickým zařízením následovně:

• Pořídíme termografický snímek oblohy a okolních objektů, které se nám na měřeném lesklém materiálu odrážejí (tzv. přímá metoda určování zdánlivě odražené teploty). Na tomto termogramu vybereme čtyři referenční body s rozdílnou teplotou - např. v místě oblohy, okolní zástavby či vegetace.
• Následně provedeme měření na lesklém povrchu. Termokamerou zaostříme odraz tak, aby odpovídal zrcadlově termogramu okolí pro určení odražené teploty přímou metodou (viz bod 1.). Na tomto termogramu vybereme čtyři totožné zrcadlově obrácené referenční body.

Základní podmínkou pro použití této metody je schopnost zaostřit odrazy infračerveného záření na měřeném povrchu. To je možno za předpokladu, že měřený povrch je dostatečně hladký a lesklý (například sklo, leštěný plech z jakéhokoliv kovu apod.). V termografickém systému pak u čtyř měřených bodů simulujeme výsledky měření povrchových teplot v závislosti na různých hodnotách odražené teploty a emisivity povrchu. Ty hodnoty povrchových teplot, které termografický systém vyhodnotil jako stejné, nebo přibližně stejné s určitou přesností, jsou konečnou povrchovou teplotou lesklého materiálu. Tomu pak odpovídá příslušná emisivita.

Průměrná hodnota emisivity povrchu žárově zinkovaných prvků byla stanovena na εm = 0,322. Je pochopitelné, že zinkování s příměsí hliníku je lesklejší a lepší.

Jednou z věcí, které je třeba pochopit, je to, že protože elektrické součásti jsou většinou holé kovy, emisivita je nízká, a proto může být měření teploty nespolehlivé.

Emisivita (ε) je poměr toho, jak dobře materiál vyzařuje infračervené záření ve srovnání s dokonalým zářičem. Hodnoty emisivity se pohybují mezi 0,0 a 1,0. Objekt, u něhož je naměřena hodnota 1,0, je považován za dokonalý zářič a nazývá se „černé těleso“.

Většina infračervených kamer má funkci změny nastavení emisivity, takže pokud znáte hodnotu emisivity materiálu, který kontrolujete, můžete provést nastavení kamery tak, že se naměřená hodnota přibližuje skutečné povrchové teplotě.

tags: #závislost #emisivity #na #teplotě

Oblíbené příspěvky:

• Jak napojit splachovač na odpad vany
• Česká republika a znečištění prachem
• Kvalita vnitřního ovzduší dle SZÚ
• Škola v Přírodě a Sponzoring
• Obsah a význam "Velké knihy přírody"