Was ist Emissionsgrad bei der Wärmebildgebung?

Was ist Emissionsgrad bei der Wärmebildgebung?

Die Temperatur eines Objekts bestimmt direkt die Stärke seiner Infrarotstrahlung – höhere Temperaturen bedeuten stärkere Strahlung, niedrigere Temperaturen schwächere Strahlung. Theoretisch könnte man meinen, die Messung der von einem Objekt abgegebenen Infrarotenergie würde ausreichen, um dessen Temperatur zu berechnen. Die Realität der Temperaturmessung ist jedoch weitaus komplexer. Über die Temperatur selbst hinaus die Fähigkeit eines Objekts, Infrarotenergie auszustrahlen, bekannt als "Emissionsgrad“, ist ein entscheidender Faktor, der die Genauigkeit der Temperaturmessungen beeinflusst.

Der Emissionsgrad wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter Materialart, Oberflächenrauheit und -beschaffenheit. Selbst bei gleicher Temperatur verschiedener Objekte kann ihre Infrarotstrahlungsintensität erheblich variieren, was sich auf die von einer Wärmebildkamera gemessenen Temperaturergebnisse auswirkt. Daher sind genaue Kenntnisse des Emissionsgrads und die korrekte Einstellung der Parameter der Wärmebildkamera entscheidend für die Zuverlässigkeit von Infrarot-Temperaturmessungen.

Was ist „Emissivität“?

Definition

Der Emissionsgrad ist das Verhältnis der von einem Objekt bei einer bestimmten Temperatur abgestrahlten Energie zur von einem schwarzen Körper bei gleicher Temperatur abgestrahlten Energie. Er misst die Fähigkeit eines Objekts, Infrarotenergie abzugeben, und ist ein entscheidender Parameter in der Infrarot-Thermografie (Wärmebildgebung).

Wertebereich

Emissionsgrade zwischen 0 und 1Ein höherer Wert zeigt an, dass das Objekt stärker Infrarotenergie abstrahlt. Im Idealfall hat ein Schwarzkörper einen Emissionsgrad von 1, d. h. er strahlt die gesamte mögliche Energie ab. In der Realität liegt der Emissionsgrad anderer Objekte typischerweise unter 1.

Was beeinflusst die Emissivität eines Materials?

Um Wärmebildkameras effektiver für präzise Messungen nutzen zu können, müssen wir nicht nur das Grundkonzept der Materialemissivität verstehen, sondern auch wissen, wovon die Emissivität eines Objekts abhängt. Im Folgenden untersuchen wir die Faktoren, die die Materialemissivität beeinflussen.

1. Unterschiedliche Materialeigenschaften

Unter dem Begriff „unterschiedliche Materialeigenschaften“ sind hier nicht nur Variationen der chemischen Zusammensetzung und der chemischen Eigenschaften eines Materials zu verstehen, sondern auch Unterschiede in seinen physikalischen Eigenschaften und seiner inneren Struktur, wie etwa der Oberflächenschichtstruktur und dem kristallinen Zustand.

So befasst sich beispielsweise die Emissionsgrad der meisten reinen Metalloberflächen ist sehr niedrig, während die Emissionsgrad der meisten nichtmetallischen Materialien (insbesondere Metalloxide) im infraroten Spektralbereich ist sehr hoch. Wenn die Temperatur unter 300 K liegt, ist der Emissionsgrad von Metalloxiden im Allgemeinen größer als 0.8.

2. Oberflächenzustand

Bei nichtmetallischen Werkstoffen wird der Emissionsgrad durch die Oberflächenrauheit kaum oder gar nicht beeinflusst. Bei metallischen Werkstoffen hingegen beeinflusst die Oberflächenrauheit den Emissionsgrad erheblich. Beispielsweise hat Schmiedeeisen mit einer rauen Oberfläche bei 300 K einen Emissionsgrad von 0.94, während dasselbe Material mit einer polierten Oberfläche bei 310 K nur einen Emissionsgrad von 0.28 aufweist.

3. Oberflächentemperatur

In vielen Formeln wird der Emissionsgrad als temperaturabhängige Variable behandelt, die genaue Art und Weise, wie sich der Emissionsgrad mit der Temperatur ändert, wird jedoch oft nicht explizit angegeben. Dies liegt daran, dass die Beziehung variiert für verschiedene Materialien über verschiedene Wellenlängen und Temperaturbereiche, was eine quantitative Zusammenfassung mit einem einheitlichen analytischen Ausdruck erschwert. Allgemeine Experimente zeigen, dass der Emissionsgrad der meisten nichtmetallischen Materialien mit steigender Temperatur abnimmt. Umgekehrt steigt der Emissionsgrad der meisten reinen Metalle ungefähr proportional zur Kelvin-Temperatur, und die Proportionalitätskonstante hängt mit dem spezifischen Widerstand des Metalls zusammen.

4. Messwellenband

Der spektrale Emissionsgrad einer Objektoberfläche ändert sich mit der Wellenlänge. Im Infrarotbereich nimmt der spektrale Emissionsgrad der meisten Objekte mit zunehmender Wellenlänge ab. Der bei der Temperaturmessung verwendete Emissionsgrad ist der durchschnittliche Emissivität über den Antwortwellenbereich des Detektors, und sein Wert hängt von diesem Wellenband ab.

Verschiedene Infrarot-Wärmebildkameras haben unterschiedliche Detektor-ReaktionswellenbereicheDaher können die Ergebnisse bei der Messung des Emissionsgrads desselben Objekts mit verschiedenen Wärmebildkameras variieren. Werden die jeweils gemessenen Emissionsgrade jedoch zur Korrektur der tatsächlichen Objekttemperatur verwendet, sollten die Ergebnisse identisch sein. Deshalb wird jede Infrarot-Wärmebildkamera vor Verlassen des Werks präzise kalibriert. Trotz unterschiedlicher Kalibrierungskonstanten erzielen alle Kameras präzise Messergebnisse.

Darüber hinaus sollte der mit einem Wärmebildkameratyp gemessene Emissionsgrad eines Objekts nicht unbedacht auf andere Wärmebildkameras übertragen werden, da dies zu erheblichen Temperaturmessfehlern oder sogar falschen Ergebnissen führen kann.

Wie bestimmt man den Emissionsgrad der Oberfläche eines Objekts?

Methode 1: Emissionsgrad-Referenztabellen konsultieren

Anwendbares Szenario: Dies ist die einfachste Methode, wenn das Material des zu messenden Objekts eindeutig identifiziert ist.

Identifizieren Sie zunächst das Material des Objekts und konsultieren Sie zuverlässige Emissionsgrad-Referenztabellen. Geben Sie den für das entsprechende Material ermittelten Emissionsgradwert in die Einstellungen der Wärmebildkamera ein.

Emissionsgradtabelle für gängige Materialien

(1) Metall

Werkstoff Temperatur (° C) Emissionsgrad

Aluminium

Poliertes Aluminium 100 0.09

Handelsübliche Aluminiumfolie 100 0.09

Mildes Aluminiumoxid 25 ~ 600 0.10 ~ 0.20

Starkes Aluminiumoxid 25 ~ 600 0.30 ~ 0.40

Messing

Messingspiegel (hochglanzpoliert) 28 0.03

Messingoxid 200 ~ 600 0.59 ~ 0.61

Chromium

Poliertes Chrom 40 ~ 1090 0.08 ~ 0.36

Kupfer

Kupferspiegel 100 0.05

Starkes Kupferoxid 25 0.078

Kupferoxid 800 ~ 1100 0.66 ~ 0.54

Geschmolzenes Kupfer 1080 ~ 1280 0.16 ~ 0.13

Gold

Goldspiegel 230 ~ 630 0.02

Eisen

Poliertes Gusseisen 200 0.21

Bearbeitetes Gusseisen 20 44

Komplett verrostete Oberfläche 20 0.69

Gusseisen (oxidiert bei 600 °C) 19 ~ 600 0.64 ~ 0.78

Elektrolytisches Eisenoxid 125 ~ 520 0.78 ~ 0.82

Eisenoxid 500 ~ 1200 0.85 ~ 0.89

Eisenplatte 925 ~ 1120 0.87 ~ 0.95

Gusseisen, schweres Eisenoxid 25 0.8

Geschmolzene Oberfläche 22 0.94

Geschmolzenes Gusseisen 1300 ~ 1400 0.29

Reines geschmolzenes Eisen 1515 ~ 1680 0.42 ~ 0.45

Stahl

Stahl (oxidiert bei 600°C)

Stahloxid 100 0.74

Geschmolzener Weichstahl 1600 ~ 1800 0.28

Geschmolzener Stahl 1500 ~ 1650 0.42 ~ 0.53

Blei

Reines Blei (nicht oxidiert) 125 ~ 225 0.06 ~ 0.08

Leicht oxidiert 25 ~ 300 0.20 ~ 0.45

Magnesium

Magnesiumoxid 275 ~ 825 0.55 ~ 0.20

Quecksilber

Quecksilber 0 ~ 100 0.09 ~ 0.12

Nickel

Galvanisieren und Polieren 25 0.05

Galvanisieren ohne Polieren 20 0.01

Nickeldraht 185 ~ 1010 0.09 ~ 0.19

Nickelplatte (oxidiert) 198 ~ 600 0.37 ~ 0.48

Nickeloxid 650 ~ 1255 0.59 ~ 0.86

Nickel-Legierung

Nickel-Chrom (hitzebeständig) Legierungsdraht (hell) 50 ~ 1000 0.65 ~ 0.79

Nickel-Chrom-Legierung 50 ~ 1040 0.64 ~ 0.76

Nickel-Chrom (hitzebeständig) 50 ~ 500 0.95 ~ 0.98

Silber

Silber poliert 100 0.05

Edelstahl

18 / 8 Edelstahl 25 0.16

304 (8Cr, 18Ni) 215 ~ 490 0.44 ~ 0.36

310 (25Cr, 20Ni) 215 ~ 520 0.90 ~ 0.97

Zinn

Handelsübliches Weißblech 100 0.07

Zink

Oxidation bei 400°C 400 0.01

Verzinkte helle Eisenplatte 28 0.23

Graues Zinkoxid 25 0.28

(2) Nichtmetall

Werkstoff Temperatur (° C) Emissionsgrad

Brigg 1100 0.75

Schamottestein 1100 0.75

Graphit (Lampenschwarz) 96~225 0.95

Emaille (weiß) 18 0.9

Asphalt 0~200 0.85

Glas (Oberfläche) 23 0.94

Hitzebeständiges Glas 200~540 0.85~0.95

Wandputz 20 0.9

Eiche 20 0.9

Kohlenstoffplatte - 0.85

Isolierfolie - 0.91~0.94

Metallblech - 0.88~0.90

Glasrohr - 0.9

Spulentyp - 0.87

Emailleprodukt - 0.9

Emaille-Muster - 0.83~0.95

Kondensator

Rotationstyp - 0.30~0.34

Keramik (Flaschentyp) - 0.9

Filme - 0.90~0.93

Wenig - 0.94~0.95

Glimmer vom Typ Flume - 0.90~0.93

Glas - 0.91~0.92

Halbleiter

Transistor (Kunststoffgehäuse) - 0.80~0.90

Transistor (Metall) - 0.30~0.40

Diode - 0.89~0.90

Sendespule

Impulsübertragung - 0.91~0.92

Flache Kreideschicht - 0.88~0.93

Oberer Ring - 0.91~0.92

Elektronische Materialien

Epoxidglasplatte - 0.86

Epoxid-Phenol-Platte - 0.8

Vergoldetes Kupferblech - 0.3

Lötbeschichtetes Kupfer - 0.35

Verzinnter Anschlussdraht - 0.28

Kupferdraht - 0.87~0.88

Bitte beachte: Emissionsgrade hängen stark vom Oberflächenzustand eines Materials ab (z. B. poliert, rau oder oxidiert). Daher ist es wichtig, einen Emissionsgrad zu wählen, der den tatsächlichen Oberflächenzustand des zu messenden Objekts am besten widerspiegelt. Beispielsweise unterscheidet sich der Emissionsgrad von oxidiertem Kupfer erheblich von dem von poliertem Kupfer.

Methode 2: Verwendung eines Hilfsmaterials mit bekanntem Emissionsgrad (Klebebandmethode)

Anwendbares Szenario: Geeignet für Situationen mit Materialien mit geringer Emissivität, relativ großen Zielen und moderaten Temperaturen (normalerweise unter 100 °C), bei denen eine Veränderung der Zieloberfläche unerwünscht ist, wie beispielsweise bei Metalloberflächen.

Kleben Sie ein Stück Isolierband (mit bekanntem Emissionsgrad) auf die Oberfläche des zu messenden Objekts. Passen Sie anschließend den Emissionsgrad der Wärmebildkamera unter Beibehaltung von Abstand und Winkel so an, dass der Temperaturwert der blanken Materialoberfläche dem Temperaturwert der Bandoberfläche entspricht oder nahekommt. Der Emissionsgradwert an diesem Punkt entspricht dem korrekten Emissionsgrad des zu messenden Materials.

Hinweis: Stellen Sie sicher, dass das Band guten Kontakt mit der Zieloberfläche hat, ohne dass Luftblasen oder Falten entstehen.

Methode 3: Verwendung einer Beschichtung mit bekanntem Emissionsgrad (Sprühfarbenmethode)

Anwendbares Szenario: Geeignet für Ziele mit geringer Emissivität und hohen Temperaturen oder beim Umgang mit kleinen Objekten wie Rohren und unregelmäßigen Kühlkörpern.

Sprühen Sie eine Schicht Farbe (mit bekanntem Emissionsgrad) gleichmäßig auf die Oberfläche des zu messenden Objekts. Passen Sie anschließend den Emissionsgrad der Wärmebildkamera unter Beibehaltung von Abstand und Winkel so an, dass der Temperaturwert der unlackierten Oberfläche dem Temperaturwert der lackierten Oberfläche entspricht oder nahekommt. Der Emissionsgradwert an diesem Punkt entspricht dem korrekten Emissionsgrad des Zielobjekts.

Methode 4: Vergleich mit einem Kontaktthermometer (Vergleichsmethode)

Anwendbares Szenario: Geeignet für Situationen, in denen die Oberfläche des zu messenden Objekts für den Kontakt zugänglich ist.

Verwenden Sie ein Kontaktthermometer, z. B. ein Thermoelement oder einen Widerstandsthermometer (RTD), um die Oberflächentemperatur des Objekts zu messen. Passen Sie anschließend den Emissionsgrad der Infrarot-Wärmebildkamera so an, dass die von der Wärmebildkamera gemessene Oberflächentemperatur der vom Kontaktthermometer gemessenen Oberflächentemperatur entspricht oder nahe kommt. Der Emissionsgradwert an diesem Punkt entspricht dem korrekten Emissionsgrad des Zielobjekts.

Der Einfluss des Emissionsgrads auf die Temperaturmessergebnisse von Wärmebildkameras

Wie bereits erwähnt, haben verschiedene Objekte unterschiedliche Emissionsgrade. Das bedeutet, dass sie selbst bei gleicher Temperatur Infrarotenergie mit unterschiedlicher Intensität abstrahlen. Wärmebildkameras berechnen die Temperatur eines Objekts, indem sie die von seiner Oberfläche abgestrahlte Infrarotenergie erfassen. Um genaue Temperaturwerte zu erhalten, der Wärmebildkamera muss die empfangene Infrarot-Energieintensität korrekt korrelieren mit der tatsächlichen Temperatur des Objekts. Die Emissionsgradkorrektur ist der entscheidende Schritt zur Erreichung dieses Ziels.

Wärmebildkameras sind üblicherweise werkseitig auf einen gängigen Emissionsgrad voreingestellt. In der Praxis gibt es jedoch eine Vielzahl von Materialien mit Emissionsgraden, die deutlich über oder unter diesem Standardwert liegen können. Wird die Kamera nicht entsprechend dem tatsächlichen Emissionsgrad des Messobjekts eingestellt, weichen die ermittelten Temperaturwerte von der tatsächlichen Temperatur ab.

Emissionsgrad zu hoch eingestellt: Wenn die tatsächliche Emissivität des Objekts niedriger ist als der an der Wärmebildkamera eingestellte Wert, interpretiert die Kamera die geringere Strahlungsenergie als von einem heißeren Objekt stammend und zeigt somit fälschlicherweise eine zu hohe Temperatur an.

Emissionsgrad zu niedrig eingestellt: Wenn die tatsächliche Emissivität des Objekts höher ist als der an der Wärmebildkamera eingestellte Wert, interpretiert die Kamera die höhere Strahlungsenergie als von einem kühleren Objekt stammend und zeigt somit fälschlicherweise eine zu niedrige Temperatur an.

Um genaue Temperaturmessergebnisse zu erhalten, insbesondere bei Anwendungen, die eine quantitative Analyse oder kritische Diagnose erfordern, ist es daher wichtig, den Emissionsgrad der Wärmebildkamera richtig einzustellen.

Wie stellt man den Emissionsgrad einer Wärmebildkamera ein?

Bei den meisten modernen Wärmebildkameras lässt sich der Emissionsgrad manuell einstellen. Die genaue Vorgehensweise kann je nach Marke und Modell variieren, umfasst aber in der Regel die folgenden Methoden:

1. Einstellen des Emissionswertes: Benutzer können die Emissivität im Einstellungsmenü des Imagers direkt auf den entsprechenden Wert (normalerweise im Bereich von 0.01 bis 1.00) basierend auf dem von ihnen nachgeschlagenen Emissionsgradwert einstellen.

2. Auswählen eines voreingestellten Materials: Einige Wärmebildkameras verfügen über eine integrierte Liste mit Emissionsgraden für gängige Materialien. Benutzer können im Menü die Option auswählen, die dem Material des zu messenden Objekts am ehesten entspricht. Die Wärmebildkamera wendet dann automatisch den entsprechenden Emissionsgradwert an.

Neben dem Emissionsgrad als entscheidender Kompensationsparameter, der die Temperaturmessergebnisse beeinflusst, beeinflusst auch die von der Objektoberfläche reflektierte Temperatur die Messungen. Dieser Einfluss wird umso größer, je geringer der Emissionsgrad des Objekts ist oder je größer die Differenz zwischen der Objekttemperatur und der reflektierten Temperatur ist. In diesem Fall ist eine Kompensation erforderlich, um den Einfluss der reflektierten Oberflächentemperatur zu eliminieren.

Aber, Die reflektierte Temperatur eines Objekts ist oft schwer direkt zu messen. In praktischen Messungen die Umgebungstemperatur kann verwendet werden als Näherungswert für die reflektierte Temperatur. Benutzer können die Umgebungstemperatur in den Einstellungen anpassen. Durch gleichzeitiges Einstellen des korrekten Emissionsgrads und der Umgebungskompensation können Temperaturwerte ermittelt werden, die der tatsächlichen Temperatur näher kommen.

Fazit

Der Emissionsgrad ist ein entscheidendes Konzept für das Verständnis und die Anwendung von Infrarot-Wärmebildkameras zur genauen Temperaturmessung. Um zuverlässige Wärmebilder und präzise Temperaturdaten zu erhalten, Wir müssen praktische Methoden zur Bestimmung oder Schätzung der Emissivität eines Objekts beherrschen und führen Sie eine korrekte Emissionsgradkorrektur in der Wärmebildkamera durch. Nur so können wir den Wert von Wärmebildkameras in verschiedenen Bereichen maximieren.

Wenn Sie bei Ihren Wärmebildanwendungen auf Fragen zum Emissionsgrad stoßen oder mehr über die Auswahl und Verwendung der richtigen Wärmebildkamera erfahren möchten, Infrarot-Wärmebildkamera Für Ihre Bedürfnisse, zögern Sie bitte nicht, contact us jederzeit. Unser Team bietet Ihnen technischen Support und Lösungen, damit Sie genauere und zuverlässigere Ergebnisse bei der Wärmebildprüfung erzielen.