Tuesday, 9 July 2024

การทำความเข้าใจค่า Emissivity สัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อน

ค่า Emissivity คือ

สัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อน (Emissivity ใช้สัญลักษณ์ ε) คือแนวคิดพื้นฐานในฟิสิกส์และอุณหพลศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดและการถ่ายเทความร้อน หมายถึงประสิทธิภาพที่วัตถุปล่อยรังสีความร้อนออกมาหรือที่เรียกว่าวัตถุดำ (Blackbody)

วัตถุทั้งหมดที่อุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์จะปล่อยรังสีความร้อนออกมา อย่างไรก็ตามปริมาณของการแผ่รังสีความร้อนที่ปล่อยออกมาจะขึ้นอยู่กับการแผ่รังสีของพื้นผิวของวัตถุ

การปล่อยรังสีของพื้นผิวไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับวัสดุเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับลักษณะของพื้นผิวด้วย ตัวอย่างเช่นพื้นผิวโลหะที่สะอาดและขัดเงาจะมีการปล่อยรังสีต่ำ ในขณะที่พื้นผิวโลหะที่หยาบและออกซิไดซ์จะมีการปล่อยรังสีสูง การเปล่งรังสียังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของพื้นผิวตลอดจนความยาวคลื่นและมุมด้วย

การทำความเข้าใจการแผ่รังสีเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด และสำหรับการทำนายพฤติกรรมของพื้นผิวในสภาพแวดล้อมที่มีความร้อน มาเจาะลึกถึงการแผ่รังสีโดยละเอียดเพิ่มเติม

 

นิยาม:

Emissivity ใช้สัญลักษณ์ ε คือการวัดว่าวัตถุปล่อยรังสีอินฟราเรดได้ดีเพียงใดเมื่อเทียบกับวัตถุดำที่อุณหภูมิเดียวกัน โดยจะแสดงเป็นค่าไร้มิติระหว่าง 0 ถึง 1 โดยที่ 0 แสดงถึงตัวสะท้อนแสงที่สมบูรณ์แบบ (ไม่มีการแผ่รังสี) และ 1 แสดงถึงตัวปล่อยที่สมบูรณ์แบบ (วัตถุสีดำ)

การแผ่รังสีของพื้นผิวของวัสดุคือประสิทธิภาพในการเปล่งพลังงานในรูปของรังสีความร้อน การแผ่รังสีความร้อนคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่โดยทั่วไปรวมทั้งรังสีที่มองเห็น (แสง) และรังสีอินฟราเรด ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ ส่วนหนึ่งของการแผ่รังสีความร้อนจากวัตถุที่ร้อนมากมองเห็นได้ง่ายด้วยตา

การเปล่งรังสีของพื้นผิวขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างทางเรขาคณิต ในเชิงปริมาณ ซึ่งคืออัตราส่วนของการแผ่รังสีความร้อนจากพื้นผิวต่อการแผ่รังสีจากพื้นผิวสีดำในอุดมคติที่อุณหภูมิเดียวกันกับที่กำหนดโดยกฎสเตฟาน–โบลต์ซมันน์ (การเปรียบเทียบกับกฎของพลังค์จะใช้หากเกี่ยวข้องกับความยาวคลื่นเฉพาะของการแผ่รังสีความร้อน) อัตราส่วนจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0 ถึง 1

พื้นผิวของวัตถุสีดำที่สมบูรณ์แบบ (โดยมีค่าการแผ่รังสี 1) ปล่อยรังสีความร้อนในอัตราประมาณ 448 วัตต์ต่อตารางเมตร (W/m2) ที่อุณหภูมิห้อง 25 °C (298 K; 77 °F) โดยทั่วไปวัตถุจะมีการปล่อยรังสีน้อยกว่า 1.0 และปล่อยรังสีในอัตราที่ต่ำกว่าตามลำดับ

 

ตารางการแผ่รังสี

การปล่อยรังสีอินฟราเรดของวัสดุ (ε) ทั่วไปจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและลักษณะพื้นผิว ได้มีการรวบรวมตารางการแผ่รังสีที่เป็นมาตรฐานโดยแสดงรายการวัตถุและพื้นผิวทั่วไปจำนวนมาก หากคุณต้องการระบุค่าการแผ่รังสีของวัตถุเป้าหมายโดยเฉพาะ

ตารางค่าการแผ่รังสีสามารถให้ข้อมูลอ้างอิงที่เป็นประโยชน์ได้ ตัวอย่างดังตารางด้านล่าง

ค่า Emissivityการแผ่รังสีของวัสดุ (ε)
ผิวหนังมนุษย์0.98
น้ำ0.95
อลูมิเนียม (ขัดเงา)0.1
อะลูมิเนียม (อะโนไดซ์)0.65
พลาสติก0.93
เซรามิก0.94
แก้ว0.87
ยาง0.9
ผ้า0.95

 

ปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลต่อความแม่นยำในการวัด

อุณหภูมิแวดล้อมของบรรยากาศจะมีผลกระทบต่อการวัดด้วยเช่นกัน หากคุณต้องการเพิ่มความแม่นยำในการวัด คุณควรตั้งค่าการกำหนดค่าอุณหภูมิแวดล้อมในกล้องถ่ายภาพความร้อนของคุณ

หากอุณหภูมิวัตถุใกล้กับอุณหภูมิอากาศโดยรอบ การแผ่รังสีสิ่งแวดล้อมจะส่งผลต่อความแม่นยำมากขึ้น เนื่องจากเป้าหมายมีค่าการปล่อยรังสีอินฟราเรดต่ำกว่า ส่วนประกอบของการแผ่รังสีที่อิงตามการแผ่รังสีของเป้าหมายจะใช้สัดส่วนที่น้อยกว่าของค่าที่วัดได้ บรรยากาศและการสะท้อน

 

การปรับค่า Emissivity:

เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดหลายรุ่นช่วยให้ผู้ใช้สามารถปรับการตั้งค่าการแผ่รังสีเพื่อให้ตรงกับการแผ่รังสีของพื้นผิวเป้าหมายได้ ด้วยการป้อนค่าการแผ่รังสีที่ถูกต้อง ผู้ใช้จึงสามารถอ่านค่าอุณหภูมิได้แม่นยำยิ่งขึ้น
ค่าการแผ่รังสีจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุและสภาพพื้นผิว ค่าการแผ่รังสีโดยทั่วไปบางส่วนได้แก่:

  • โลหะ: การแผ่รังสีต่ำ (ประมาณ 0.1 ถึง 0.2)
  • พื้นผิวที่ไม่ใช่โลหะ: การแผ่รังสีที่สูงขึ้น (0.9 หรือสูงกว่าสำหรับวัสดุส่วนใหญ่)
  • พื้นผิวขัดเงา: มีการปล่อยรังสีต่ำกว่าเมื่อเทียบกับพื้นผิวขรุขระ

 

การใช้งาน:

การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการปล่อยรังสีถือเป็นสิ่งสำคัญในด้านต่างๆ และการใช้งานต่างๆ ซึ่งรวมถึง:

  • การวัดอุณหภูมิทางอุตสาหกรรม: เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดใช้สำหรับตรวจสอบอุณหภูมิในกระบวนการผลิต ระบบ HVAC และการบำรุงรักษาอุปกรณ์ไฟฟ้า
  • การตรวจสอบอาคาร: กล้องอินฟราเรดจะประเมินเปลือกอาคารเพื่อประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และตรวจจับบริเวณที่สูญเสียความร้อนหรือความชื้นบุกรุก
  • การวินิจฉัยทางการแพทย์: เครื่องวัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรดจะวัดอุณหภูมิร่างกายในสถานพยาบาล ซึ่งการอ่านที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการดูแลผู้ป่วย
  • การบินและอวกาศ: เซ็นเซอร์อินฟราเรดใช้ในเครื่องบินและยานอวกาศเพื่อการตรวจสอบอุณหภูมิและการถ่ายภาพความร้อน

 

 

สรุป

การแผ่รังสีเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการวิเคราะห์เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดและการถ่ายเทความร้อน ด้วยการทำความเข้าใจการปล่อยก๊าซและอิทธิพลของมันต่อการวัดอุณหภูมิ วิศวกร นักวิทยาศาสตร์ และช่างเทคนิคสามารถรับประกันผลลัพธ์ที่แม่นยำและเชื่อถือได้ในการใช้งานต่างๆ