TABELA WSPÓŁCZYNNIKÓW EMISYJNOŚCI MATERIAŁÓW
Na podstawie książki ”Infrared Radiation, a Handbook for Applications” Mikaela A. Bramsona


Copyright © 2014 by EMD Systemy Pomiarowe ·  All Rights reserved  · e-mail: emd@emd.net.pl
PIROMETRY

Podstawy teoretyczne pomiaru pirometrem
Tabela emisyjności materiałów
Materiał
Powierzchnia
Przedział temperatury materiału [°C]
Współczynnik emisyjności
Aluminum
Polerowane
50...100
0.04 ...0.06
 
Chropowata powierzchnia
20 ... 50
0.04 ... 0.06
 
Silnie utlenione
50 ... 500
0.20 ... 0.30
 
Brąz aluminiowy
20
0.6
 
Tlenek aluminium, czysty, proszek
20 ... 25
0.16
Azbest
Płyta
20
0.96
 
Papier
40 ... 400 
0.93 ... 0.95
 
Proszek 
   20 ... 25    
   0.40 ... 0.60
 
Łupek
20
   0.96
Brąz
Polerowany
50
0.1
 
Porowaty, chropowaty
50 ... 150
0.55
Cegła Czerwona
Chropowata
20
0.88 ... 0.93
 
Ognioodporna
20
0.85
   
1000
0.75
   
1200
0.59
 
Ognioodporna korundowa
1000
0.46
 
Szamotowa, silnie promieniująca
500 ... 1000
0.80 ... 0.90
 
Szamotowa, słabo promieniujaca
500 ... 1000
0.65... 0.75
 
Silikatowa (95% SiO2)
12...30
0.66
Chrom
Polerowany
50
0.1
   
500 ... 1000
0.28 ... 0.38
Cyna
Wytapiana
20 ... 50
0.04 ... 0.06
Cynk
Utleniony
400
0.11
 
Utleniona powierzchnia
1000 ... 1200
0.50 ... 0.60
 
Polerowany
200 ... 300
0.04 ... 0.05
 
Arkusz
50
0.20
Cement
 
Temperatura normalna
0.54
Cyrkon
Tlenek cyrkonu, proszek
Temperatura normalna
0.16 ... 0.20
 
Krzemian cyrkonu, proszek
Temperatura normalna
0.36 ... 0.42
Ebonit
 
Temperatura normalna
0.89
Glina
Wypalona
70
0.91
Gips
 
20
0.80 ... 0.90
Guma
Twarda
20
0.95
 
Miękka, szara, chropowata
20
0.86
Korund naturalny
Gruby
80
0.85
Krzemionka
Granulowany proszek
Temperatura normalna
0.48
 
Silikon (silikażel), proszek
Temperatura normalna
0.30
Lakier
Bakelit
80
0.93
 
Czarny, matowy
40 ... 100
0.96 ... 0.98
 
Czarny, błyszczacy, natryśnięty na stal
20
0.87
 
Ciepłoodporny
100
0.92
 
Biały
40 ... 100
0.8 ... 0.95
Lód
Pokryty mocnym szronem
0
0.98
 
Gładki
0
0.97
Marmur
Szary, polerowany
20
0.93
Miedź
Komercyjna, wytapiana
20
0.07
 
Elektrolityczna, starannie polerowana
80
0.018
 
Elektrolityczna, proszek
Temperatura normalna
0.76
 
Stopiona
1100 ... 1300
0.13 ... 0.15
 
Utleniona
50
0.6 ... 0.7
 
Utleniona na czarno
5
0.88
Mika
Gruba warstwa
Temperatura normalna
0.72
Molibden
 
600 ... 1000
0.08 ... 0.13
 
Włókno
700 ... 2500
0.10 ... 0.30
Mosiadz
Matowy
20 ... 350
0.22
 
Utleniony w 600°C
200 ... 600
0.59 ... 0.61
 
Polerowany
200
0.03
 
Arkusze, obrobione ściernie
20
0.2
Nichrom
Drut, czysty
50
0.65
   
500 ... 1000
0.71 ... 0.79
 
Drut, utleniony
50 ... 500
0.95 ... 0.98
Nikiel
Komercyjnie czysty, polerowany
100
0.045
   
200 ... 400
0.07 ... 0.09
 
Utleniony w 600°C
200 ... 600
0.37 ... 0.48
 
Drut
200 ... 1000
0.1 ... 0.2
 
Tlenek niklu
500 ... 650
0.52 ... 0.59
   
1000 ... 1250
0.75 ... 0.86
Ołów
Szary, utleniony
20
0.28
 
Utleniony w 200°C
200
0.63
 
Czerwony, proszek
100
0.93
 
Siarczan ołowiu, proszek
Temperatura normalna
0.13 ... 0.22
Papier
Czarny
Temperatura normalna
0.90
 
Czarny, matowy
Temperatura normalna
0.94
 
Zielony
Temperatura normalna
0.85
 
Czerwony
Temperatura normalna
0.76
 
Biały
20
0.7 ... 0.9
 
Żółty
Temperatura normalna
0.72
Piasek
 
Temperatura normalna
0.60
Platyna
 
1000 ... 1500
0.14 ... 0.18
 
Czysta, polerowana
200 ... 600
0.05 ... 0.10
 
Taśma
900 ... 1100
0.12 ... 0.17
 
Drut
50 ... 200
0.06 ... 0.07
   
500 ... 1000
0.10 ... 0.16
Porcelana
Szklista
20
0.92
 
Biała, błyszcząca
Temperatura normalna
0.70 ... 0.75
Rtęć
 
0 ... 100
0.09 ... 0.12
Sadza
 
20 ... 400
0.95 ... 0.97
 
Nałożona na stałą powierzchnię
50 ... 1000
0.96
 
Ze szkłem wodnym
20 ... 200
0.96
Smoła
   
0.79 ... 0.84
 
Papier smołowany
20
0.91 to 0.93
Srebro
Czyste, polerowane
200 ... 600
0.02 to 0.03
Stal
Stop (8% Ni, 18% Cr )
500
0.35
 
Galwanizowana
20
0.28
 
Utleniona
200 ... 600
0.80
 
Silnie utleniona
50
0.88
   
500
0.98
 
Świeżo walcowana
20
0.24
 
Chropowata powierzchnia
50
0.95 ... 0.98
 
Zardzewiała, ruda
20
0.69
 
Arkusz
950 ... 1100
0.55 ... 0.61
 
Arkusz, niklowany
20
0.11
 
Arkusz, polerowany
750 ... 1050
0.52 ... 0.56
 
Arkusz, walcowany
50
0.56
 
Nierdzewna, walcowana
700
0.45
 
Nierdzewna, piaskowana
700
0.70
Szelak
Czarny, matowy
75 ... 150
0.91
 
Czarny, błyszczący, na płycie cynowej
20
0.82
Szkło
 
20 ... 100
0.94 ... 0.91
   
250 ... 1000
0.87 ... 0.72
   
1100 ... 1500
0.70 ... 0.67
 
Oszronione
20
0.96
Śnieg
   
0.80
Tkanina
Czarna
20
0.98
Tynk
Chropowaty, wapienny
10 ... 90
0.91
Tytan
Utleniony w 540°C
200
0.40
   
500
0.50
   
1000
0.60
 
Polerowany
200
0.15
   
500
0.20
   
1000
0.36
Wapień
 
Temperatura normalna
0.30 ... 0.40
Wegiel
Włókno
1000 ... 1400
0.53
 
Oczyszczony (0.9% popiołu)
100 ... 600
0.81 ... 0.79
Wegiel drzewny
Proszek
Temperatura normalna
0.96
Woda
Warstwa na metalowej powierzchni
20
0.98
 
Warstwa > 0.1mm grubości
0 ... 100
0.95 ... 0.98
Wolfram
 
200
0.05
   
600 ... 1000
0.1 ... 0.16
 
Włókno
3300
0.39
Żelazo
Pokryte rudą rdzą
20
0.61 ... 0.85
 
Elektrolityczne, starannie polerowane
175 ... 225
0.05 ... 0.06
 
Świeżo obrobione pilnikiem
20
0.24
 
Utlenione
100
0.74
   
125 ... 525
0.78 ... 0.82
 
Gorąco walcowane
20
0.77
   
130
0.60
Żeliwo
Odlew
50
0.81
 
Wlewki
1000
0.95
 
Ciekłe
1300
0.28
 
Utlenione w 600°C
200 ... 600
0.64 ... 0.78
 
Polerowane
200
0.21
Żużel
Kotłowy
0 ... 100
0.97 ... 0.93
   
200 ... 500
0.89 ... 0.78
   
600 ... 1200
0.76 ... 0.70
Wszystkie materiały, których temperatura jest wyższa od 0 stopni Kelvina (-273 °C), emitują energię promieniowania podczerwonego.
Promieniowanie podczerwone jest formą promieniowania elektromagnetycznego, tak samo jak fale radiowe, mikrofale, ultrafiolet, światło, promienie rentgenowskie i
promieniowanie gama. Wszystkie te formy, które łącznie tworzą widmo elektromagnetyczne, są podobne w tym, że emitują energię w postaci fali
elektromagnetycznej rozchodzącej się z prędkością światła. 
Główną różnicą między każdym pasmem jest ich długość fali, która odnosi się do energii którą fala przenosi. 
Długość fal pasma promieniowania podczerwonego wynosi 0,78....1000µm. Są to fale dłuższe niż promieniowanie światła ale krótsze od fal radiowych.
Pasmo podczerwieni jest sklasyfikowane od bliskiej podczerwieni do dalekiej podczerwieni.
 
OPTYKA
Ważnym parametrem użytkowym pirometru jest współczynnik optyczny (F), uzależniający średnicę pola pomiarowego (S) od odległości, z jakiej wykonywany jest
pomiar (D).

                                                                S = D/F

Oznacza to, że im wyższy współczynnik optyczny, tym mniejszego pola pomiarowego możemy się spodziewać wykonując pomiar z tej samej odległości. Ma to
szczególne znaczenie tam, gdzie powierzchnia, której temperaturę mierzymy nie jest jednorodna, a zależy nam na jak najdokładniejszym pomiarze.

Podany powyżej wzór dotyczy przyrządów z optyką standardową.
Dostępne są również na rynku przyrządy z optyką modyfikowaną, gdzie na pewnym dystansie od elementu pomiarowego średnica wiązki jest równa średnicy elementu
optycznego.

Ważną cechą użytkową jest celownik laserowy, służący do zaznaczenia na powierzchni okolicy pomiaru:
- jednopunktowy celownik na ogół trafia w środek pola pomiarowego, jednakże w niektórych modelach trafia raczej w górną lub dolną część pola pomiarowego.
- dwupunktowy celownik zaznacza górną i dolną krawędź pola pomiarowego
- celownik kształtowy, krzyżykowy lub kropkowy, zaznacza zarówno środek, jak i krawędzie pola pomiarowego.
WSPÓŁCZYNNIK EMISYJNOŚCI MATERIAŁÓW

Promieniowanie podczerwone jest energią promieniowaną w wyniku ruchu atomów i molekuł na powierzchni obiektu, gdy temperatura obiektu jest powyżej zera
bezwzględnego.
Intensywność emisji jest funkcją temperatury materiału. Innymi słowami, im wyższa
temperatura, tym wyższa intensywność promieniowania emitowanej energii podczerwieni.
Oprócz emisji energii promieniowania, materiały także odbijają, absorbują i w niektórych
przypadkach także przepuszczają promieniowanie podczerwone. Gdy temperatura materiału jest taka jak jego otoczenia, ilość energii promieniowania absorbowanej
przez obiekt jest równa ilości energii emitowanej przez obiekt.

Rysunek powyżej trzy sposoby którymi promieniowana energia padająca na obiekt może być rozpraszana. Tymi sposobami rozpraszania są:
a = pochłanianie
t = przepuszczanie
r = odbicie
Ułamek całkowitej energii promieniowania, która jest powiązana z każdym z powyższych
sposobów rozpraszania, noszą nazwy pochłanialność (a), przepuszczalność (t) i współczynnik odbicia (r) ciała. Zgodnie z teorią zachowania energii, współczynnik
określający jak materiały odbijają, absorbują i przepuszczają energię promieniowania podczerwonego jest znany jako emisyjność materiału.
 
Emisyjność ciała jest zdefiniowana formalnie przez poniższy wzór jako stosunek energii promieniowania emitowanego przez ciało do energii promieniowania, która
mogłaby być wyemitowana przez ciało czarne w tej samej temperaturze.

                                                             e = Wo/ Wbb
gdzie,
Wo = całkowita energia promieniowana przez ciało w temperaturze T
Wbb = całkowita energia promieniowana przez ciało czarne w temperaturze T

Jeśli cała energia padająca na ciało jest absorbowana (brak przepuszczania i odbicia), pochłanialność wynosi dokładnie 1. W stałej temperaturze, cała zaabsorbowana
energia zostałaby wyemitowana (wypromieniowana), zatem emisyjność takiego ciała wynosiłaby dokładnie 1.
Dlatego dla ciała czarnego,
                                            absorbcyjność = emisyjność = 1
>>Ciało czarne to teoretyczna powierzchnia, która pochłania i wypromieniowuje całą energię promieniowania, którą otrzymuje.
Nie odbija ani nie przepuszcza żadnej energii promieniowania. Idealne ciała czarne nie występują w przyrodzie.<<

Ciała spotykane w rzeczywistości nie zachowują się jak idealne, lecz są też jak to opisano odznaczają się przepuszczalnością i współczynnikiem odbicia,
                  absorbcyjność + przepuszczalność + wpółczynnik odbicia = 1

Chociaż ciało czarne jest tylko teoretycznym ideałem, można zbudować obiekt, który jest do niego zbliżony. Prawem ściśle odnoszącym się do ciała czarnego jest
prawo Kirchhoffa, które definiuje odbicie, przepuszczalność, pochłanianie i promieniowanie.
                                                           a = e = 1

Pochłanialność jest równa emisyjności, zatem emisyjność może być opisana za pomocą odbicia i przepuszczalności.
                                                          a + t + r = 1
Aby uzyskać rzeczywistą temperaturę obiektu, konieczne jest poznanie jego prawdziwej emisyjności. Dlatego emisyjność obiektu musi być zmierzona za pomocą
wzorca ciała czarnego, który jest zbliżony własnościami do ciała czarnego najbardziej jak to tylko możliwe. Dla pomiarów orientacyjnych można zastosować
współczynniki emisyjności materiałów publikowane w źródłach oraz przez producentów przyrządów pomiarowych wykorzystujących optyczne elementy pomiarowe.
PODSTAWY TEORETYCZNE POMIARU PIROMETREM
Pirometry
Teoria