Analyse der Emissivität eines Infrarotthermometers
Der Emissionsgrad ist das Verhältnis der Strahlungsenergie zwischen einem realen Objekt und einem schwarzen Körper bei gleicher Temperatur unter gleichen Bedingungen. Die sogenannten gleichen Bedingungen beziehen sich auf gleiche geometrische Bedingungen (Emissionsstrahlungsbereich, Raumwinkelgröße und -richtung zur Messung der Strahlungsleistung) und spektrale Bedingungen (Spektralbereich zur Messung des Strahlungsflusses). Da der Emissionsgrad mit den Messbedingungen zusammenhängt, gibt es mehrere Definitionen des Emissionsgrads.
Hemisphärischer Emissionsgrad Der hemisphärische Emissionsgrad ist das Verhältnis des Strahlungsenergieflusses (Emittanz) pro Flächeneinheit des Strahlers zur Emittanz des schwarzen Körpers bei gleicher Temperatur, das in Gesamtmenge und Spektralmenge unterteilt wird.
Normaler Emissionsgrad
Der normale Emissionsgrad ist der Emissionsgrad, der in einem kleinen Raumwinkel entlang der Normalrichtung der Strahlungsoberfläche gemessen wird. Er ist das Verhältnis der Strahlungshelligkeit entlang der Normalrichtung zur Strahlungshelligkeit des schwarzen Körpers bei gleicher Temperatur. Da alle Infrarotsysteme die Strahlungsenergie in einem kleinen Raumwinkel entlang der Normalrichtung der Zieloberfläche erfassen, ist der normale Emissionsgrad sehr wichtig.
Bei schwarzen Körpern sind alle Emissionsgrade gleich 1, während bei realen Objekten alle Emissionsgrade kleiner als 1 sind. Im Moment sprechen wir hier vom durchschnittlichen Emissionsgrad.
Zur Emissionsgradkorrektur:
Der Emissionsgrad verschiedener Oberflächen ist unterschiedlich. Um die Genauigkeit der Temperaturmessung sicherzustellen, ist im Allgemeinen eine Emissionsgradkorrektur erforderlich. Da das Thermometer als Schwarzkörper kalibriert ist, ist der Emissionsgrad jeder Objektoberfläche geringer als der eines Schwarzkörpers.
Die Methode zur Emissionsgradkorrektur eines Infrarotthermometers besteht darin, die Vergrößerung des Verstärkers entsprechend dem Emissionsgrad verschiedener Objekte anzupassen, sodass das durch die Strahlung eines tatsächlichen Objekts mit einer bestimmten Temperatur im System erzeugte Signal dem von einem schwarzen Körper mit derselben Temperatur erzeugten Signal entspricht. Wenn beispielsweise der Emissionsgrad eines Objekts {{0}}.8 beträgt, muss die Vergrößerung des Verstärkers auf 1/0.8=1.25-fach erhöht werden. Im industriellen Bereich ist es jedoch im Allgemeinen schwierig, die Zielemissionsparameter zu bestimmen, da die gemessenen Ziele aus unterschiedlichen Materialien, Formen und Oberflächenzuständen bestehen. Messfehler, die durch andere Faktoren verursacht werden, führen zu einer Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem tatsächlichen Wert. Die Einführung einer Anpassung der Emissionsgradparameter kann dieses Problem gut lösen, ohne die Messlinearität zu beeinträchtigen. Die Anpassung kann basierend auf der empirischen Temperatur oder der Prozesstemperatur gemäß den folgenden Schritten erfolgen:
Beispielsweise beträgt der Messbereich des Thermometers 500-1400 Grad
Die tatsächliche Temperatur beträgt 1200 Grad und die gemessene Temperatur 1150 Grad.
Zu diesem Zeitpunkt kann der Emissionsgradparameter wie folgt angepasst werden:
(1150-500)÷(1200-500)=0.928≈0.93
Nach einer solchen Anpassung liegt der gemessene Wert näher am tatsächlichen Wert und kann auch anhand der Tabelle der Materialemissionskoeffizienten angepasst werden. Die Parameter in dieser Tabelle sind jedoch möglicherweise nicht für die Prozessanforderungen geeignet. Es muss klar sein, dass der Sinn der Emissionsgradanpassung darin besteht, den Messfehler zu korrigieren.
