Hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại (tên tiếng Anh: emissivity) là thông số kỹ thuật quan trọng nhất, có thể quyết định trực tiếp độ chính xác của kết quả đo. Một cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại có độ phân giải tốt, thời gian phản hồi nhanh chóng và dải đo rộng vẫn có thể cho kết quả sai lệch nếu emissivity không phù hợp với vật liệu và đặc tính bề mặt thực tế.
Chỉ số độ phát xạ cảm biến nhiệt độ hồng ngoại đặc biệt quan trọng trong dây chuyền sản xuất, lò nung, khuôn ép nhựa, trục quay, tấm kim loại hoặc thiết bị điện. Đây là những vị trí mà sai số chỉ vài độ C cũng có thể gây sai lệch công nghệ, hỏng sản phẩm hoặc bỏ sót cảnh báo quá nhiệt.
HỆ SỐ PHÁT XẠ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI (EMISSIVITY) LÀ GÌ?
Hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại được ký hiệu là ε (epsilon), nó thể thể hiện khả năng phát ra năng lượng bức xạ hồng ngoại của một bề mặt so với vật đen hoàn hảo ở cùng nhiệt độ. Vật đen hoàn hảo có chỉ số emissivity bằng 1 - nghĩa là có thể hấp thụ và phát xạ toàn bộ năng lượng bức xạ tới. Trong khi đó, vật thể có emissivity thấp sẽ phản xạ nhiều năng lượng từ môi trường xung quanh hơn là tự phát xạ.
Thực tế, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không đo được nhiệt độ bên trong vật thể. Thiết bị này thu nhận năng lượng bức xạ hồng ngoại phát ra từ bề mặt thể, sau đó chuẩn hoá và chuyển đổi thành giá trị nhiệt độ dựa trên thuật toán và hệ số phát xạ được cài đặt. Vì vậy, hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại không phải là thông số kỹ thuật của cảm biến, mà là thông số thể hiện đặc tính bức xạ của bề mặt cần đo.
Trong thực tế, emissivity có giá trị từ 0 - 1. Trong đó, bề mặt gỗ, giấy, sơn, cao su, nhựa đục, gốm sứ, bê tông và nhiều vật liệu hữu cơ thường có độ phát xạ cao (trong khoảng 0,85 - 0,95). Còn các kim loại bóng như nhôm, đồng, thép không gỉ hoặc bề mặt đánh bóng thường có độ phát xạ thấp và biến động mạnh.
Xem thêm: Ứng dụng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại ngành thép và luyện kim
HỆ SỐ PHÁT XẠ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC PHÉP ĐO RA SAO?
Thông thường, các cảm biến hồng ngoại được hiệu chuẩn dựa trên một giá trị hệ số phát xạ giả định. Nếu người dùng cần đo nhiệt độ bề mặt kim loại bóng (có emissivity thực tế chỉ khoảng 0,1 - 0,3) nhưng lại để hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại mặc định là 0,95 thì thiết bị sẽ nhận sai tỷ lệ giữa bức xạ phát ra và bức xạ phản xạ từ môi trường. Kết quả là nhiệt độ đo được có thể thấp hơn nhiệt độ thực tế hoặc dao động bất thường (trong trường hợp có nguồn nóng, đèn, lửa, bề mặt phản chiếu hoặc thiết bị lân cận).
Sai số do hệ số phát xạ cảm biến nhiệt độ hồng ngoại gây ra không phải lỗi nhỏ. Điển hình như ở bề mặt thép không gỉ, chênh lệch giữa emissivity thực tế và emissivity cảm biến nhiệt độ hồng ngoại có thể tạo ra sai số nhiệt lớn, thậm chí lên tới hàng chục độ (tùy điều kiện bề mặt và môi trường hoạt động).
Hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại có tầm quan trọng đặc biệt với cảm biến dùng trong tự động hoá công nghiệp. Nếu cảm biến lắp tại lò sấy, khuôn ép, trục truyền động hay bàn dẫn kim loại mà cài emissivity sai thì hệ thống PLC có thể nhận tín hiệu 4-20mA/Modbus sai lệch. Từ đó, bộ điều khiển PID sẽ vận hành heater, quạt làm mát hoặc van điều khiển không đúng, làm suy giảm chất lượng sản phẩm và tăng nguy cơ dẫn đến sự cố.
Xem thêm: Hướng dẫn lựa chọn cảm biến nhiệt độ hồng ngoại phù hợp cho nhà máy
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ SỐ PHÁT XẠ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI
Có một sự thật có thể bạn chưa biết, đó là mỗi vật liệu không chỉ có một giá trị emissivity cố định.
Trên thực tế, hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại phụ thuộc gần như hoàn toàn vào điều kiện bề mặt và cấu hình đo. Đôi khi các giá trị ghi trong bảng thông số kỹ thuật chưa chắc hằng số áp dụng cho mọi trường hợp. Các yếu tố tác động lớn đến hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại gồm có:
Độ nhám bề mặt là yếu tố quan trọng đầu tiên cần xét. Bề mặt nhám, oxid hoá, phủ sơn, phủ sơn tĩnh điện hoặc có lớp muội thường có hệ số phát xạ cao hơn bề mặt bóng.
Dải phổ cũng là một trong những yếu tố tác động mạnh đến hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại. Các cảm biến nhiệt độ hồng ngoại đo cùng một vật thể nhưng hoạt động ở dải khác nhau thì có thể yêu cầu giá trị emissivity khác nhau. Vì vậy, khi chọn hệ số phát xạ cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại cần đối chiếu đúng dải quang phổ của model.
Nhiệt độ vật thể, lớp oxit, dầu mỡ, bụi, nước, độ ẩm, vết trầy xước và phản xạ từ nguồn nhiệt lân cận đều có thể làm thay đổi emissivity cảm biến hồng ngoại. Trong môi trường công nghiệp, ánh sáng từ lò nung, bề mặt nóng lân cận hoặc tia phản xạ từ tấm kim loại có khả năng khiến cảm biến đo sai dù emissivity đúng. Đây là lý do mà việc che chắn quang học và lựa chọn góc lắp đặt thiết cũng cần được quan tâm.
Xem thêm: Ứng dụng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại trong công nghiệp
BẢNG THAM KHẢO HỆ SỐ PHÁT XẠ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI CÔNG NGHIỆP
Dưới đây là bảng tham khảo hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại thường dùng cho cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại hoạt động ở dải phổ gần 8-14 µm.
Lưu ý: Giá trị hệ số phát xạ cảm biến nhiệt độ hồng ngoại thực tế cần hiệu chuẩn lại theo bề mặt vật thể mục tiêu cụ thể, đặc biệt với kim loại và vật liệu có lớp phủ.
| Vật liệu hoặc bề mặt | Emissivity tham khảo |
| Nhựa đục, cao su, sơn, gỗ, giấy | 0,90-0,95 |
| Gốm, sứ, bê tông, gạch | 0,85-0,95 |
| Nước, băng, tuyết | 0,93-0,98 |
| Thép oxid, thép gỉ | 0,60-0,80 |
| Thép không gỉ bóng | 0,10-0,30 |
| Nhôm bóng | 0,02-0,20 |
| Nhôm anodized | khoảng 0,70-0,80 |
| Đồng oxid | khoảng 0,60-0,70 |
| Vật đen, băng keo đen, sơn đen mờ | 0,95 |
CÁCH CÀI ĐẶT HỆ SỐ PHÁT XẠ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI
Cách cài đặt hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại chuẩn kỹ thuật nhất là kết hợp bảng tham khảo với hiệu chuẩn thực tế. Quy trình này giúp loại bỏ hiệu quả các yếu tố gây sai lệch giữa điều kiện phòng thí nghiệm và điều kiện vận hành thực tế như rung, bụi, ánh sáng, luồng khí nóng hoặc thay đổi lớp oxit trên bề mặt.
Trước tiên, người dùng cần xác định chính xác vật liệu đo mục tiêu, trạng thái bề mặt và dải phổ của cảm biến đang sử dụng. Nếu bề mặt vật thể đo là nhựa, gỗ, sơn hay cao su thì có thể bắt đầu với hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại khoảng 0,95. Nếu vật thể đo là kim loại bóng thì cần hiệu chuẩn riêng vì giá trị emissivity cảm biến hồng ngoại thực tế có thể thấp hơn nhiều.
Bước tiếp theo, người dùng cần đo nhiệt độ tại cùng vị trí bằng cảm biến đo nhiệt độ kiểu tiếp xúc (thermocouple, RTD hoặc đầu dò phù hợp). Sau khi bề mặt vật thể ổn định nhiệt thì điều chỉnh hệ số phát xạ cảm biến nhiệt độ hồng ngoại cho đến khi giá trị hiển thị trùng với giá trị tham chiếu.
Với kim loại bóng, cách cài đặt hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại thường dùng là tạo vùng tham chiếu emissivity cao trên bề mặt vật thể đo bằng cách dán một mẩu băng keo đen mờ, sơn một chấm sơn đen mờ hoặc tạo vết oxid. Sau đó chờ vùng này đạt cân bằng nhiệt với vật nền. Đo vùng tham chiếu với hệ số phát xạ bằng 0,95, sau đó điều chỉnh hệ số phát xạ khi đo tại vùng kim loại trần sao cho kết quả khớp với nhiệt độ tại vùng tham chiếu.
Xem thêm: Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA - Giải pháp giám sát nhiệt độ liên tục
KHI NÀO CẦN HIỆU CHUẨN LẠI HỆ SỐ PHÁT XẠ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI?
Thời điểm hiệu chuẩn lại hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại chuẩn là khi thay đổi vật liệu, lớp phủ bề mặt, cảm biến, khoảng cách, góc lắp hoặc khi kết quả đo lệch so với cảm biến tham chiếu. Với các quy trình sản xuất quan trọng, người vận hành nên lên lịch kiểm tra hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại định kỳ, đặc biệt sau quá trình bảo trì lò, vệ sinh thiết bị, thay khuôn hoặc thay đổi nguyên liệu.
Nếu emissivity của vật liệu được công bố dưới dạng khoảng (ví dụ 0,80 - 0,90) thì người dùng nên thử đo ở cả hai đầu khoảng và giá trị trung gian để xác định mức nhạy của kết quả với emissivity và lựa chọn giá trị cài đặt phù hợp nhất.
MUA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI CHÍNH HÃNG TẠI SENSORS VIỆT NAM
Sensors Việt Nam cung cấp các sản phẩm cảm biến nhiệt độ hồng ngoại chính hãng, chất lượng cao, đến từ các thương hiệu uy tín toàn cầu. Trong đó, nổi bật nhất có dòng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại của Calex (Anh Quốc) với dải đo đa dạng, tùy chọn tín hiệu ngõ ra (4-20mA/0-10V/Modbus RTU RS485) và cho phép tùy chỉnh độ phát xạ cho phù hợp với từng ứng dụng thực tế (tuỳ model).
Các sản phẩm được cung cấp với đầy đủ CO/CQ, chính sách giá tốt, chế độ bảo hành uy tín và giao hàng nhanh chóng toàn quốc. Bên cạnh đó, đội ngũ chuyên viên của chúng tôi còn tư vấn tận tình để giúp khách hàng chọn đúng model, cài đặt độ phát xạ, hiệu chuẩn và hỗ trợ kỹ thuật trong suốt quá trình vận hành.
Mọi thông tin tư vấn về hệ số phát xạ cảm biến hồng ngoại và nhu cầu đặt hàng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại, quý khách vui lòng liên hệ website https://cambien.com.vn/ | https://www.sensors.vn/ để được hỗ trợ và nhận báo giá nhanh chóng nhất!