Tìm hiểu độ phát xạ của thép không gỉ: Giá trị, các yếu tố chính và hướng dẫn đo lường

Nếu bạn đã từng nhắm nhiệt kế hồng ngoại vào bề mặt thép không gỉ và nhận được số đọc thấp bất ngờ, thì độ phát xạ gần như chắc chắn là lý do. Thép không gỉ là một trong những vật liệu phổ biến nhất trong các nhà máy công nghiệp, tuy nhiên độ phát xạ của nó dao động rất rộng tùy thuộc vào cách hoàn thiện bề mặt, độ nóng và mức độ oxy hóa đã hình thành. Do đó, hiểu được độ phát xạ của thép không gỉ là điều cần thiết đối với bất kỳ ai dựa vào phép đo nhiệt độ không tiếp xúc - và nó cũng giải thích tại sao cảm biến nhiệt độ tiếp xúc vẫn rất phổ biến trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Độ phát xạ là gì?

Độ phát xạ là khả năng một bề mặt phát ra bức xạ nhiệt so với vật thể đen hoàn hảo, có độ phát xạ là 1,0. Một vật liệu có độ phát xạ 0,10 chỉ phát ra 10% bức xạ mà vật đen ở cùng nhiệt độ sẽ phát ra. Hầu hết các kim loại được đánh bóng đều có giá trị phát xạ thấp vì chúng phản xạ nhiều bức xạ hơn mức chúng phát ra. Đó là lý do tại sao một ống thép không gỉ sáng bóng có thể trông mát hơn nhiều so với thực tế đối với cảm biến hồng ngoại.

Đối với nhiệt kế hồng ngoại và camera nhiệt, độ phát xạ là hệ số hiệu chỉnh chính. Thiết bị đo bức xạ đến từ mục tiêu và sau đó chuyển nó thành số đo nhiệt độ. Nếu cài đặt độ phát xạ không khớp với độ phát xạ thực của mục tiêu, nhiệt độ hiển thị sẽ sai. Điều này đặc biệt quan trọng với thép không gỉ vì độ phát xạ của nó không chỉ thấp trong nhiều điều kiện mà còn thay đổi theo tuổi thọ của vật liệu.

Giá trị phát xạ cho thép không gỉ: Tham khảo nhanh

Các kỹ sư và kỹ thuật viên thường cần một giá trị khởi đầu khi cấu hình nhiệt kế hồng ngoại. Bảng dưới đây tóm tắt tổng giá trị phát xạ bán cầu điển hình cho bề mặt thép không gỉ. Sử dụng chúng làm ước tính ban đầu và điều chỉnh dựa trên hợp kim, nhiệt độ và tình trạng bề mặt cụ thể của thiết bị.

Chú ý sự lây lan rất lớn. Một bình thép không gỉ được đánh bóng ở 300°C có thể có độ phát xạ gần 0,1, trong khi phần bị oxy hóa mạnh của cùng một bình có thể trên 0,8. Nếu nhiệt kế hồng ngoại được đặt thành 0,95, số đọc trên phần được đánh bóng sẽ quá thấp và số đọc trên phần bị oxy hóa sẽ chỉ sai lệch một chút. Đây là lý do tại sao chỉ cần lấy một giá trị phát xạ từ sổ tay và quên nó đi là rất rủi ro.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phát xạ của thép không gỉ

Độ phát xạ của thép không gỉ không phải là một hằng số. Một số biến số ảnh hưởng đến nó và sự hiểu biết sâu sắc hơn sẽ giúp bạn chọn chiến lược đo lường phù hợp.

Hoàn thiện bề mặt

Các bề mặt gồ ghề phát ra hiệu quả hơn các bề mặt nhẵn vì hình học lặp đi lặp lại giúp bức xạ nhiệt có nhiều cơ hội thoát ra hơn. Thép không gỉ được đánh bóng với lớp hoàn thiện giống như gương là chất phát xạ kém. Phun cát, đánh răng hoặc khắc hóa học làm tăng đáng kể độ phát xạ. Trong thực tế, thông số kỹ thuật của vật liệu và phương pháp làm sạch có thể thay đổi số đọc theo hệ số bốn hoặc nhiều hơn.

Nhiệt độ

Độ phát xạ thường tăng theo nhiệt độ của kim loại, đặc biệt khi điều kiện bề mặt thay đổi. Đối với thép không gỉ, mối quan hệ không tuyến tính. Các nghiên cứu về thép không gỉ đã báo cáo rằng độ phát xạ có thể tăng 0,03 ở khoảng 395 °C sau nhiều giờ tiếp xúc và xu hướng này tiếp tục khi nhiệt độ tăng. Đối với các quy trình nhiệt độ cao, tốt nhất nên sử dụng các giá trị được đo ở nhiệt độ gần với quy trình của bạn.

Bước sóng

Tất cả các vật liệu đều phát ra bức xạ trên một quang phổ, nhưng thép không gỉ không phát ra bức xạ như nhau ở mọi bước sóng. Giá trị độ phát xạ quang phổ đo được ở 8 μm có thể khác với tổng độ phát xạ được sử dụng trong tính toán truyền nhiệt. Nhiệt kế hồng ngoại thường hoạt động ở các dải quang phổ cụ thể, do đó giá trị phát xạ bạn nhập phải tương ứng lý tưởng với dải bước sóng của máy dò. Các thiết bị có bước sóng ngắn thường ít nhạy cảm hơn với sự thay đổi độ phát xạ so với các thiết bị có bước sóng dài.

Quá trình oxy hóa và ô nhiễm

Quá trình oxy hóa có lẽ là vấn đề thiết thực nhất đối với người vận hành nhà máy. Khi thép không gỉ được nung nóng trong không khí, một lớp oxit crom mỏng sẽ hình thành. Lớp oxit này có độ phát xạ cao hơn nhiều so với kim loại trần. Những gì ban đầu là bề mặt sáng, độ phát xạ thấp có thể trở thành bề mặt tối, độ phát xạ cao chỉ sau vài giờ ở nhiệt độ cao. Dầu, cặn, cặn và thậm chí cả dấu vân tay cũng tạm thời thay đổi độ phát xạ. Bởi vì điều kiện bề mặt thay đổi theo thời gian nên việc hiệu chỉnh độ phát xạ có hiệu quả vào tháng trước có thể không còn đáng tin cậy ở thời điểm hiện tại.

Tại sao độ phát xạ lại quan trọng trong đo nhiệt độ

Trong bất kỳ phép đo hồng ngoại nào, cài đặt độ phát xạ tích hợp của máy đo bức xạ chỉ là dự đoán trừ khi bạn đã đo độ phát xạ thực sự của mục tiêu. Giả sử bạn hướng một thiết bị được đặt thành 0,95 vào bề mặt thép không gỉ có độ phát xạ thực tế là 0,20. Bề mặt tỏa ra ít năng lượng hơn nhiều so với dự kiến ​​của thiết bị, do đó nhiệt độ hiển thị sẽ thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ thực. Sai số có thể vượt quá 100°C ở nhiệt độ cao, tạo ra giới hạn an toàn sai, các quyết định sai về quy trình và lãng phí năng lượng.

Đây là lý do tại sao rất nhiều nhà máy kết hợp nhiệt kế không tiếp xúc với cảm biến nhiệt độ tiếp xúc đáng tin cậy. A cặp nhiệt điện hoặc máy dò nhiệt độ điện trở đo nhiệt độ trực tiếp thông qua tiếp xúc dẫn điện mà hoàn toàn không dựa vào độ phát xạ. Khi bạn cần số liệu đáng tin cậy trên bề mặt thép không gỉ — đặc biệt là để hiệu chuẩn, kiểm soát chất lượng hoặc kiểm soát quy trình — cảm biến tiếp xúc thường là lựa chọn đáng tin cậy hơn.

Cảm biến nhiệt độ cao cao cấp Cặp nhiệt điện bằng thép không gỉ PT100 loại K Kiểu Cấp dung sai tốt nghiệp Ⅰ Ⅱ Giá trị dung sai Phạm vi đo oC Giá trị dung sai Phạm vi đo oC WRN K ±1,5oC -40~ 375 ±2,5oC -40~ 333 ±0,004/t/ 375~1000 ±0,0075/t/... Xem sản phẩm →

Cách cải thiện độ chính xác của phép đo

Cho dù bạn đang sử dụng nhiệt kế hồng ngoại hay lắp đặt cố định, vẫn có những cách đã được chứng minh để giảm ảnh hưởng của độ phát xạ bằng thép không gỉ.

1. Đo độ phát xạ trực tiếp khi có thể. Làm nóng mẫu đến nhiệt độ đã biết bằng cách sử dụng đầu dò tiếp xúc, sau đó điều chỉnh nhiệt kế hồng ngoại cho đến khi cả hai số đọc đều giống nhau. Điều này bù đắp cho hầu hết các hiệu ứng bề mặt và bước sóng.
2. Giữ nguyên góc nhìn. Độ phát xạ của kim loại được đánh bóng có tính định hướng cao. Sử dụng góc đo nhất quán, lý tưởng nhất là vuông góc với bề mặt, để các kết quả đo hàng ngày vẫn có thể so sánh được.
3. Áp dụng xử lý phát xạ cao. Lớp phủ màu đen phẳng, băng nhiệt độ cao hoặc một mảng sơn phát xạ nhỏ sẽ tạo ra điểm tham chiếu đáng tin cậy trên thép không gỉ. Điều này cực kỳ hiệu quả khi bạn phải sử dụng tia hồng ngoại trong khu vực xử lý.
4. Chọn người vận hành thiết bị phù hợp. Đối với nhiệt kế hồng ngoại bước sóng ngắn, ảnh hưởng của sai số phát xạ nhỏ hơn, điều này có thể cải thiện độ chính xác trên bề mặt sạch, sáng.
5. Sử dụng cảm biến tiếp xúc để xác minh lần cuối. Khi quy trình cho phép, hãy lắp cặp nhiệt điện hoặc RTD vào quy trình hoặc kẹp cảm biến bề mặt vào đường ống. Điều này bỏ qua hoàn toàn sự thay đổi độ phát xạ và cung cấp cho bạn một tài liệu tham khảo trực tiếp.

Đối với các phép đo nhiệt độ bề mặt, chẳng hạn như nhiệt độ bề mặt đường ống hoặc nhiệt độ thân van, cặp nhiệt điện bề mặt tự dính có thể cung cấp một tham chiếu ổn định để so sánh với các chỉ số hồng ngoại. Điều này đặc biệt hữu ích khi bạn muốn hiệu chỉnh máy đo hồng ngoại mà không cần khoan lỗ hoặc tắt quy trình.

Cặp nhiệt điện loại K tự dính gắn trên bề mặt có độ chính xác cao để đo nhiệt độ Tên sản phẩm Giá trị mặt hàng cặp nhiệt điện Sự bảo đảm 1 năm Chứng nhận GS,iso9001,ce,rohs,astm,gb Hỗ trợ tùy chỉnh OEM Nơi xuất xứ Trung Quốc Tên thương hiệu haoqi Model... Xem sản phẩm →

Trong hệ thống điều khiển rộng hơn, cảm biến nhiệt độ công nghiệp là nền tảng của các vòng phản hồi chính xác. Để hiểu cách chúng hỗ trợ kiểm soát nhiệt độ, bạn có thể thấy hữu ích khi xem lại vai trò của cảm biến nhiệt độ công nghiệp trong hệ thống kiểm soát nhiệt độ .

Những cân nhắc thực tế cho các ứng dụng công nghiệp

Thép không gỉ có mặt ở khắp mọi nơi trong các ngành công nghiệp chế biến. trong nhà máy hóa dầu , ví dụ, lò phản ứng bằng thép không gỉ, bộ trao đổi nhiệt và đường ống đều yêu cầu giám sát nhiệt độ chính xác. Bề ngoài của thùng lò phản ứng được đánh bóng sẽ có độ phát xạ rất khác so với các đầu nối vòi phun được cách nhiệt, oxy hóa hoặc sơn. Khi quét một tàu lớn bằng camera nhiệt, người vận hành thường bỏ lỡ các điểm nóng vì họ cho rằng một giá trị phát xạ duy nhất áp dụng cho mọi bề mặt.

Chế biến thực phẩm và đồ uống là một lĩnh vực khác mà thép không gỉ chiếm ưu thế. Thiết kế hợp vệ sinh có lớp hoàn thiện được đánh bóng bằng điện mịn, rất phù hợp để làm sạch nhưng lại kém khi đo nhiệt độ bằng tia hồng ngoại. Nếu dây chuyền chế biến thực phẩm dựa vào cảm biến không tiếp xúc để kiểm tra nhiệt độ sản phẩm thì độ phát xạ của thiết bị thép không gỉ và bản thân sản phẩm phải được xử lý riêng.

Xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao cũng minh họa tính chất động của độ phát xạ. Khi các bộ phận bằng thép không gỉ được làm nóng và làm mát, lớp oxit dày lên, làm thay đổi đặc tính phát xạ bề mặt. Do đó, người vận hành lò có thể nhìn thấy các tín hiệu hồng ngoại rất khác nhau từ một lô bộ phận tùy thuộc vào số chu kỳ mà bộ phận đó đã trải qua. Trong những điều kiện này, các cảm biến nhiệt độ tiếp xúc cố định như cặp nhiệt điện nhiệt độ cao công nghiệp thường được ưa chuộng hơn vì chúng tiếp xúc trực tiếp với vật liệu và bỏ qua các hiệu ứng bức xạ.

1200°C Cặp nhiệt điện công nghiệp nhiệt độ cao K/S/R/B Loại ống gốm kim loại quý T Tên sản phẩm Cảm biến nhiệt độ cao Sự bảo đảm 3 năm Chứng nhận ISO9001, CE, RoHS, GB, ASTM Hỗ trợ tùy chỉnh Số kiểu OEM wrr120 Phạm vi 0-1200c Lớp chính xác... Xem sản phẩm →

Dù thuộc ngành nào thì thông điệp đều giống nhau: đừng cho rằng độ phát xạ của thép không gỉ là một con số cố định. Ghi lại trạng thái bề mặt của thiết bị, xác minh cài đặt bằng phép đo tiếp xúc khi khả thi và kiểm tra thiết bị của bạn thường xuyên để nắm bắt những thay đổi trong quá trình oxy hóa, nhiễm bẩn hoặc lớp phủ bề mặt. Một chút cẩn thận ở giai đoạn này sẽ ngăn ngừa được các lỗi đo lường lớn ở phía sau.

Độ phát xạ của thép không gỉ là một mục tiêu đang chuyển động, nhưng nó không nhất thiết phải là một điểm khó khăn. Bằng cách chọn các giá trị độ phát xạ dựa trên điều kiện bề mặt thực tế, sử dụng hình học đo nhất quán và dựa vào các cảm biến tiếp xúc ở vị trí đặt cọc cao nhất, bạn có thể duy trì khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác ngay cả trên loại thép phản chiếu mạnh nhất. Nếu bạn cần trợ giúp chọn cảm biến nhiệt độ phù hợp cho ứng dụng có điều kiện phát xạ khó khăn, nhóm của chúng tôi có thể đề xuất giải pháp phù hợp với quy trình và ngân sách của bạn.