Fysiikan näkökulmasta emissiivisyys kuvaa materiaalin kykyä säteillä lämpöenergiaa. Tarkemmin määriteltynä se on suhdeluku, joka kertoo kuinka tehokkaasti pinta säteilee lämpöä verrattuna teoreettiseen täydelliseen mustakappaleeseen. Mustakappale absorboi kaiken siihen osuvan säteilyn ja säteilee maksimaalisen määrän energiaa jokaisella lämpötilalla – sen emissiivisyysarvo on tasan 1,0.
Käytännön materiaalien emissiivisyys vaihtelee välillä 0-1. Mitä lähempänä lukua 1 arvo on, sitä paremmin materiaali säteilee lämpöä. Esimerkiksi mattapintaisen maalin emissiivisyys voi olla jopa 0,97, kun taas kiiltävän metallin arvo saattaa olla vain 0,05. Tämä ominaisuus on kriittinen lämpökameratekniikassa, sillä mitattu lämpösäteily riippuu suoraan pinnan kyvystä emittoida infrapunasäteilyä. Eri materiaalien emissiivisyysarvoja löytyy esimerkiksi emissiivisyystaulukosta.
Miten emissiivisyys vaikuttaa lämpökameramittauksiin?
Emissiivisyys on tärkeimpiä tekijöitä lämpökameramittausten tarkkuuden kannalta. Kun lämpökamera mittaa kohteen lämpötilaa, se havaitsee vain pinnasta säteilevän lämpöenergian. Koska lämpökamera ei ”tiedä” kohteen todellista emissiivisyysarvoa, käyttäjän pitää se määrittää.
Virheellinen emissiivisyysasetus voi johtaa merkittäviin lämpötilavirheisiin. Jos esimerkiksi mitataan kiiltävää metallipintaa (emissiivisyys ~0,1) kameran oletusasetuksella (tyypillisesti 0,95), mittaustulos voi näyttää jopa kymmenien asteiden verran liian alhaista lämpötilaa. Tämä johtuu siitä, että kiiltävä pinta säteilee vain pienen osan omasta lämpöenergiastaan ja heijastaa suurimman osan ympäristöstä tulevasta lämpösäteilystä.
Mitkä tekijät vaikuttavat materiaalin emissiivisyyteen?
Useampi tekijä määrittää materiaalin emissiivisyysarvon, ja näiden ymmärtäminen on välttämätöntä tarkkojen mittausten suorittamiseksi:
- Pinnan laatu – Karheat, mattapintaiset ja oksidoituneet pinnat omaavat tyypillisesti korkeamman emissiivisyysarvon kuin kiiltävät ja sileät pinnat. Esimerkiksi kiillotetun alumiinin emissiivisyys voi olla vain 0,05, mutta hapettuneena se nousee lähemmäs arvoa 0,3.
- Materiaali – Kiiltävät, eli maalaamattomat tai muuten pinnoittamattomat metallit omistavat tyypillisesti matalan emissiivisyyden (0,05-0,3), kun taas orgaaniset materiaalit kuten puu, paperi ja muovit ovat yleensä korkean emissiivisyyden materiaaleja (0,8-0,95).
- Lämpötila – Joidenkin materiaalien emissiivisyys muuttuu, jos lämpötila on erittäin korkea. Tämä tapahtuu esimerkiksi joidenkin metallien muuttaessa muotoaan.
- Aallonpituus – Emissiivisyys voi vaihdella infrapunaspektrin eri aallonpituusalueilla. Tämä on huomioitava, kun käytetään eri aallonpituusalueilla toimivia lämpökameroita.
Miten emissiivisyys määritetään mittauksissa?
Tarkkojen mittaustulosten saavuttamiseksi emissiivisyys tulee määrittää oikein. Tähän on useita käytännön menetelmiä:
- Vertailumittaus – Mitataan kohteen lämpötila luotettavalla kosketusmittarilla (esim. kontaktilämpömittari) ja säädetään lämpökameran emissiivisyysarvoa, kunnes kamera näyttää samaa lämpötilaa.
- Referenssimateriaalin käyttö – Kohteeseen kiinnitetään materiaali, jonka emissiivisyys tunnetaan tarkasti (esim. sähköteippi, jonka emissiivisyys on tyypillisesti 0,95). Kameran emissiivisyys säädetään ensin tälle tunnetulle materiaalille ja sitten verrataan tuloksia. Mitattava kappale täytyy ensin lämmittää vähintään 20 astetta kuvausympäristöä lämpimämmäksi, jotta vertailu onnistuu. Ilman lämpökontrastia vertailumittaus ei tuota oikeaa tulosta.
- Emissiivisyystaulukoiden hyödyntäminen – Useimmille yleisille materiaaleille on olemassa valmiita taulukkoarvoja, joita voidaan käyttää lähtökohtana. Tämä ei kuitenkaan usein tuota tarkkaa arvoa, joten taulukkoarvoihin ei kannata luottaa, kun mitataan metallisia pintoja.
- Maalaaminen tai teippaaminen – Hyvin matalan emissiivisyyden pinnat voidaan peittää korkeaemissiivisellä materiaalilla mittauksen ajaksi, jos se on käytännössä mahdollista.
Milloin emissiivisyyden korjaus on välttämätöntä?
Emissiivisyyden tarkka korjaus on kriittistä erityisesti seuraavissa tilanteissa:
- Kun vaaditaan erityisen tarkkoja absoluuttisia lämpötila-arvoja eikä vain lämpötilaeroja
- Laadunvalvonnassa, kun halutaan verrata mittaustuloksia standardeihin tai raja-arvoihin
- Teollisuuden prosessien valvonnassa, jossa pienetkin lämpötilavaihtelut voivat olla merkittäviä
- Rakennustekniikassa, kun mitataan erilaisia pintamateriaaleja saman kuvauksen aikana
Erityisen tärkeitä aloja emissiivisyyden huomioimisen kannalta ovat elektroniikkateollisuus, terästeollisuus, laadunvalvonta, energiatehokkuustutkimukset ja rakennusten lämpökuvaukset.
Me Infradexillä olemme lämpökameratekniikan johtava asiantuntija Suomessa. Tarjoamme korkealaatuisia lämpökameraratkaisuja, kalibrointipalveluja sekä asiantuntevaa koulutusta lämpökameran käyttäjille. Järjestämme säännöllisesti koulutuksia, joissa perehdytään muun muassa emissiivisyyden merkitykseen erilaisissa mittaustilanteissa. Palveluihimme kuuluvat laitteiden myynti, huolto, kalibrointi sekä tekninen tuki.
Jos tarvitset lisätietoja emissiivisyydestä tai lämpökameratekniikasta ylipäätään, ole yhteydessä asiantuntijoihimme. Autamme mielellämme löytämään juuri sinun mittaustarpeeseesi sopivat ratkaisut ja varmistamaan luotettavat mittaustulokset kaikissa olosuhteissa.
