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Émissivité : Définition et influence dans la mesure de non contact de la température

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Dans la mesure de non contact de la température, un pyromètre détecte l'énergie thermique ou le rayonnement infrarouge émis par un objet. De ce rayonnement détecté, le pyromètre calcule la température selon la loi du rayonnement de Planck.

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Dans la mesure de non contact de la température, un pyromètre détecte l'énergie thermique ou le rayonnement infrarouge émis par un objet. De ce rayonnement détecté, le pyromètre calcule la température selon la loi du rayonnement de Planck. La quantité d'énergie émise par l'objet dépend en grande partie de l'émissivité du matériel.

Mais qu'exactement voulons-nous dire quand nous nous référons à l'émissivité, et comment elle influencera la mesure de la température ? Comment pouvons-nous déterminer la quantité d'émissivité, et que dépend-il dessus ? Quelles un peu erreurs de lecture de la température pourraient se produire en raison d'un arrangement incorrect d'émissivité et comment peut-il on empêcher des erreurs de mesure ? Cet article discute ces derniers et d'autres questions au sujet de l'émissivité.

Définition de l'émissivité

La quantité d'énergie infrarouge/thermique qu'un objet rayonnera est non seulement une fonction de la température, mais dépend du matériel lui-même. L'émissivité décrit la capacité d'un matériel d'émettre ou libérer l'énergie thermique qu'elle a absorbée. Un radiateur parfait – connu sous le nom de “corps noir” – émettra la quantité entière d'énergie absorbée. Un vrai corps émettra toujours moins d'énergie qu'un corps noir à la même température. Le ε d'émissivité est le rapport du rayonnement infrarouge émis d'un objet donné (vrai corps) Φr et d'un corps noir Φb à la même température.

ε = Φr/Φb

Ainsi, l'émissivité est une quantité ou un facteur non dimensionnelle entre 0 et 1, ou entre 0 et 100%.

Le rayonnement atmosphérique qui atteint un objet de mesure est reflété plus ou moins fort, selon la réflectivité du matériel. Les mêmes lois du rayonnement qui régissent la lumière visible également s'appliquent à l'énergie thermique. Dans le cas des objets transparents tels que le verre ou l'aluminium en plastique, l'énergie thermique supplémentaire de dessous la surface de l'objet ou du fond pourrait contribuer au rayonnement détecté. La transmissivité spécifique décrit le pourcentage du rayonnement qui peut être transmis par un objet. Le montant total de rayonnement détecté par le senseur ΦΣ d'un pyromètre est la somme de plusieurs composants, suivant les indications de l'équation suivante.

ΦΣ = ε * Φobj + ρ * Φamb + τ * Φback

ε = facteur d'émissivité

ρ = facteur de réflectivité

τ = facteur de transmissivité spécifique

Φobj = rayonnement d'objet de cible

Φamb = rayonnement ambiant (premier plan)

Φback = rayonnement de fond

Les coefficients de rayonnement sont liés ensemble dans l'équation :

1 = ε + ρ + τ

Il n'y aura aucune transmission de rayonnement par les objets opaques ; le facteur de transmissivité spécifique ne s'appliquera pas ainsi.

1 = ε + ρ

Facteurs qui influencent l'émissivité

L'émissivité d'un objet dépend principalement du type du matériel et de ses propriétés extérieures. Les objets non métalliques et non transparents sont des radiateurs de bien général avec une émissivité > 80 %. L'émissivité des métaux peut varier entre 5% et 90 %. Les surfaces métalliques brillantes et fortement réfléchies auront des émissivités inférieures.

En outre, l'émissivité peut changer selon la longueur d'onde. Cela vaut particulièrement pour des métaux. La capacité d'un métal d'émettre des augmentations de rayonnement thermique à des longueurs d'onde plus courtes. Par conséquent, pour des applications en métal, il est le meilleur de choisir un pyromètre qui des mesures aux longueurs d'onde courtes.

Les objets transparents tels que le verre, les feuilles de plastique, ou les gaz ont des gammes de longueurs d'onde distinctes dans lesquelles les caractéristiques de rayonnement sont bonnes. Afin de mesurer exactement la température de ces objets, il est nécessaire de choisir des pyromètres avec les capteurs et les filtres spéciaux qui sont sensibles à la longueur d'onde particulière.

L'émissivité des métaux et du verre change également en fonction de la température. Par l'oxydation extérieure du métal liquide et pendant le liquide à la transition solide l'émissivité peut changer considérablement.

Comme température des augmentations en métal, ainsi l'émissivité. Dans le cas du verre, une température plus élevée permet au pyromètre de voir à une plus grande distance dans le verre. Ceci signifie que le pyromètre mesurera à une profondeur au-dessous de la surface en verre, détectant l'énergie thermique de l'objet.

Comment l'atmosphère influence l'émissivité

Le rayonnement étranger peut surgir dans les environnements dans lesquels les mesures ont lieu. Un exemple classique est la mesure de la tôle froide dans un four de chauffage chaud. Le pyromètre détecte l'énergie thermique qui rayonne directement de la tôle aussi bien que du rayonnement thermique du mur de four qui se reflète outre de la tôle. Plus la différence de la température entre les deux sources de rayonnement (objet et four est petite) est, plus l'exactitude de la mesure est est grande.

Pour détecter la température réelle de l'objet un tube de visée à refroidissement par eau devrait être utilisé. Cet accessoire sert à protéger le pyromètre du rayonnement de intervention du mur de four. Afin de bloquer le rayonnement reflété d'entrer dans le chemin de vue, le diamètre de tube devrait mesurer au moins six fois la distance entre le tube et l'objet.

Manières de déterminer l'émissivité

Les manuels industriels de littérature ou d'instruction contiennent souvent des données sur les émissivités de divers matériaux. Cette information devrait être employée avec prudence, cependant. Il est important de savoir pour quelle température et quelle longueur d'onde la valeur d'émissivité s'applique.

En outre, les valeurs indiquées d'émissivité ont été obtenues dans des conditions idéales. Dans la pratique réelle, toute l'émissivité de l'objet de cible variera, selon la quantité de rayonnement étranger transmise par l'objet du fond ou s'est reflétée sur l'objet du premier plan. Si vous deviez ajuster le pyromètre à la valeur théorique d'émissivité tiré de la littérature, la lecture montrée de la température sera incorrectement haute.

Pour obtenir une lecture précise de la température, l'utilisateur devra ajuster le pyromètre à une émissivité légèrement plus élevée qu'avouée. Nous pourrions appeler ceci une augmentation simulée de l'émissivité. Par une mesure de comparaison utilisant un thermomètre de contact nous pouvons établir l'émissivité réelle d'un objet et ajuster le pyromètre en conséquence, à condition que la mesure de thermomètre de contact soit très précise.

Alternativement, pour les températures jusqu'au °C approximativement 250, un autocollant avec une émissivité définie peut être apposé à l'objet de cible.

D'abord, la véritable température d'objet est déterminée à la tache d'autocollant (fig. 2). Alors une mesure de comparaison est effectuée au juste d'objet à côté de l'autocollant. Plus tard, l'émissivité du pyromètre est ajustée de sorte que l'instrument montre la lecture antérieure de la température.

Puisque l'influence de l'émissivité tend à augmenter avec la température, cette mesure de comparaison devrait toujours être effectuée à températures élevées

Quand la mesure des hautes températures ou si la cible est difficile d'accéder, comme dans un four de vide, à une mesure de comparaison utilisant des longueurs d'onde d'un pyromètre pour faire court est recommandable, parce que pour des raisons de physique, l'exactitude de la mesure sera plus grande à des longueurs d'onde plus courtes.

Un pyromètre moderne de disparition de comparaison d'intensité (fig. 3) est idéale à cet effet. La technique du ce des instruments est basée sur une comparaison visuelle de couleur à une longueur d'onde de 0,67 μm.

L'efficacité de cette méthode ne dépend pas de la taille de l'objet de cible. Fig. 4 de diagramme démontre l'effet d'un ajustement incorrect de pyromètre ou un changement de l'émissivité.

mesures de pyromètres de Deux-couleur – indépendamment de l'émissivité ?

Il y a plusieurs années, les pyromètres qui ont eu la capacité de détecter simultanément le rayonnement thermique à deux longueurs d'onde différentes ont sorti sur le marché. Le rapport de ces deux mesures est proportionnel à la température. Si l'émissivité des changements substantiels et les effets de cible un changement de la quantité de rayonnement détectée par chaque canal, le rapport ou le quotient de ces valeurs, et ainsi la température, demeurera toujours constante. C'est seulement vrai, cependant, quand le changement de l'émissivité est identique pour les deux canaux. La pratique a prouvé que c'est rarement la caisse pour des métaux. Pour des applications en métal, l'utilisation des pyromètres de deux-couleur peut avoir comme conséquence encore de plus grandes erreurs de mesure qu'un pyromètre d'un-canal produirait. Par conséquent, la prudence est conseillée avec ceci a souvent cité la technique « émissivité-indépendante ».

les pyromètres de Deux-couleur font pour offrir des avantages clairs dans les situations qui produisent le même degré d'atténuation de signal aux deux canaux, par exemple quand la poussière ou la fumée sur la lentille ou dans le champ visuel de l'instrument obstruent partiellement la transmission de l'énergie rayonnée au capteur de pyromètre. La lecture de la température du pyromètre de deux-couleur continuera à être correcte.

Notamment des conditions de mesure défavorables ou complexes, il est recommandable pour considérer les les deux les deux valeurs spectrales de la température aussi bien que la lecture de la température basées sur le rapport de deux-couleur. Selon le résultat, l'utilisateur peut choisir la méthode qui est plus adaptée pour son application et ajuste le pyromètre en conséquence.

Conclusion

En précisant les attributs d'un pyromètre, les brochures appellent souvent l'attention particulière sur l'incertitude de mesure spécifique d'un instrument. Avec la détection de non contact de la température, cependant, la probabilité de l'occurrence d'erreurs de mesure dépendra pour la plupart des caractéristiques d'objet de cible et des conditions ambiantes. Seulement rarement faire les erreurs métrologiques proviennent réellement d'un instrument défectueux. Par conséquent, si choisissant un pyromètre ou choisissant la position de mesure, il est le meilleur de maintenir dans l'esprit les principes ont décrit en cet article.