Käytämme sivustollamme evästeitä. Jatkamalla hyväksyt evästeiden käytön. Hyväksyn
In English Suomeksi

Asiantuntijamme kertovat

Emissiivisyyden vaikutus anturin valintaan

Infrapuna

05.09.2016

Mittausvirheen riski ja sen välttäminen

Pinnan emissiivisyys asettaa mittauksessa käytettävälle anturille omat haasteensa. Edullisemmat infrapuna-anturit toimivat yleisesti aallonpituudella 8-14 µm, minkä vuoksi ne sopivat vain yleisille materiaaleille, kuten maalatut pinnat, puu tai betoni. Mittausvirheen riski kasvaa, mikäli pinnan emissiivisyyttä ei tarkasti tiedetä tai se vaihtelee. Alla olevasta taulukosta voidaan havaita, että 8-14 µm aallonpituudella toimivien infrapuna-anturien mittausvirhe on merkittävä esimerkiksi jo 10 prosentin vaihteluvälillä. Hankaluuksia mittauksissa tuottavat erityisesti kiiltävät metallipinnat, joilla on hyvin alhainen emissiivisyys (0.05...0,3). Tällöin infrapuna-anturilta vaaditaan mittauskykyä 1,0 - 2,3 µm aallonpituudella, jotta saadaan riittävän tarkka mittaustulos.

 

Optriksen CT-LT-sarjan anturit ovat hyvä valinta yleisille materiaaleille, joiden pinnan laatu ei vaihtele. Antureissa on emissiivisyyden säätömahdollisuus, jolla saadaan asetettua oikea emissiivisyys. Korjaus tehdään vertausmittarin avulla, ellei emissiivisyys ole tiedossa. Korjaus ei poista emissiivisyyden vaihtelun virhettä. Optriksen CT-3M-sarjan anturit ovat hyvä valinta kiiltäville metallipinnoille, kun lähdetään matalista lämpötiloista (>50°C). Ne sopivat myös yleisille materiaaleille, kun halutaan eliminoida pinnan laadusta aiheutuvaa emissiivisyyden vaihtelua. Optriksen CT-LT-1M-sarjan anturit antavan tarkimman mittaustuloksen. Sarjan käytön vaatimuksena kuitenkin on, että mittausalue on korkeammalla kuin 450°C.

Aallonpituuden vaikutus energiaan

 

Pinnan säteilemä energia riippuu aallonpituudesta. Energiamäärä kasvaa voimakkaasti sen mukaan, mitä korkeampiin lämpötiloihin siirrytään aallonpituuksien lyhentyessä. Suurempi energia merkitsee suurempaa mittaussignaalia, parempaa stabiilisuutta ja tarkkuutta. Yleiskäyttöisillä antureilla aallonpituus on 8-14 µm, mikä ei riitä pienempien aallonpituuksien mittaamiseen.

Kiiltävillä metallipinnoilla emissiivisyys on erittäin alhainen pitkillä aallonpituuksilla (8-14 µm), minkä vuoksi ko. mittausvälillä toimivilla yleiskäyttöisillä infrapuna-antureilla ei saada aikaiseksi riittävän tarkkaa mittaustulosta. Hapettuneilla metallipinnoilla niillä saavutetaan kohtalainen tarkkuus, sillä emissiivisyys paranee pinnan karhenemisen ansiosta.

Esimerkki emissiivisyyden vaikutuksesta mittaustulokseen:

Jos pinnan emissiivisyys on 0.5 (50%), tällöin pinta luovuttaa 50% mitattavasta energiasta ja ympäristö toiset 50%. Toisin sanoen, jos ympäristössä on lämmön lähteitä (esimerkiksi hehkulamppuja), lämpö peilautuu suoraan pinnan kautta anturiin. Ympäristön vaikutus on tällöin 50% mittauslukemasta. Mitä alhaisempi emissiivisyys pinnalla on, sitä enemmän ympäristö vaikuttaa. Tämän vuoksi mittauksissa pyritään käyttämään lyhytaaltoisia antureita, mikäli mahdollista. Matalat lämpötilat ja korkeampi hinta kuitenkin rajoittavat monesti lyhytaaltoisten anturien käyttöä.

Anturityypin valinta emissiivisyyden mukaan

Blackbody antaa infrapunaenergiaa 100%, eli 1.0. Tällainen energiataso saavutetaan kuitenkin käytännössä vain laboratorio-olosuhteissa. Yleisillä materiaaleilla emissiivisyys vaihtelee 0,92..0,97. Edullisissa antureissa on yleensä kiinteä emissiivisyys 0.95, minkä vuoksi mittauslukema vaihtelee eri pinnoilla samassa lämpötilassa. Pitkäaaltoiset 8-14 µm anturit antavat heikon signaalin materiaaleilla, joiden emissiivisyys on alhainen (esimerkiksi uusi alumiini 0.05..0,1). Lyhytaaltoisilla antureilla käytetään myös kaksi- tai moniaaltomittausta (ratio) lisäämään mittaustarkkuutta vaikeissa olosuhteissa. Näillä mittaussignaali voi vaimentua esim. liasta, pölystä tai savusta jopa 6000:1 (Williamson) vaikuttamatta mittaustarkkuuteen.

 

Oikean anturityypin valinta on erityisen tärkeää infrapuna-antureita käytettäessä. Anturi on valittava aina asiantuntijan kanssa, jotta tarpeelliset ominaisuudet saadaan otettua huomioon. Asiantuntija-apua hyödynnettäessä myös edullisempien anturien valinta voi tulla kyseeseen, kun muuttuvat olosuhteet kuten pinnan laatu, ympäristön lämpötila, pöly ym. tekijät osataan ottaa huomioon anturia valitessa.

Emissiivisyys Lämpötilamittaus Infrapuna-anturi

Arkisto