Trong đo nhiệt độ không tiếp xúc, hai bề mặt có cùng nhiệt độ vẫn có thể cho kết quả khác nhau khi đo bằng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại. Nguyên nhân có thể đến từ hệ số phát xạ của bề mặt, một thông số ảnh hưởng trực tiếp đến cách thiết bị chuyển đổi bức xạ hồng ngoại thành nhiệt độ hiển thị.

Vậy hệ số phát xạ là gì, tại sao kim loại bóng thường khó đo chính xác và làm thế nào để cài đặt thông số này phù hợp? 

HỆ SỐ PHÁT XẠ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI LÀ GÌ?

Hệ số phát xạ nhiệt (tiếng Anh gọi là emissivity, ký hiệu ε) là tỷ số giữa bức xạ nhiệt do một bề mặt phát ra và bức xạ nhiệt của vật đen lý tưởng ở cùng nhiệt độ, xét trong cùng điều kiện bước sóng và hình học đo. Vật đen lý tưởng là vật thể giả định hấp thụ toàn bộ bức xạ chiếu tới và phát xạ ở mức tối đa có thể ở một nhiệt độ cho trước. 

Hệ số phát xạ có giá trị từ 0 đến 1. Giá trị càng gần 1, bề mặt phát xạ mạnh, gần với vật đen lý tưởng. Phép đo hồng ngoại trên những bề mặt này thường ổn định và ít bị nhiễu từ môi trường xung quanh.

Hệ số phát xạ là đặc tính bức xạ nhiệt của bề mặt, không cho biết vật đang nóng hay lạnh. Hai vật cùng nhiệt độ vẫn có thể phát ra lượng bức xạ hồng ngoại khác nhau nếu hệ số phát xạ khác nhau. Ví dụ, một tấm nhôm đánh bóng và một tấm nhôm đã oxy hóa có thể đang ở cùng nhiệt độ nhưng phát ra lượng bức xạ hồng ngoại khác nhau. Nếu cảm biến không được cài đặt hệ số phát xạ phù hợp, nhiệt độ hiển thị có thể không phản ánh đúng nhiệt độ thực của bề mặt.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ SỐ PHÁT XẠ TRONG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại thu nhận bức xạ từ bề mặt vật đo, sau đó xử lý tín hiệu để xác định nhiệt độ. Với bề mặt không trong suốt, bức xạ đến cảm biến thường bao gồm bức xạ do chính vật phát ra và bức xạ từ môi trường xung quanh bị phản xạ trên bề mặt.

Thiết bị sử dụng hệ số phát xạ để tính toán mối quan hệ giữa tín hiệu bức xạ thu được và nhiệt độ. Nếu giá trị cài đặt không phù hợp, kết quả đo có thể bị sai lệch.

Chẳng hạn, khi đo một chi tiết kim loại nóng, cảm biến có thể nhận bức xạ từ chi tiết đó và từ lò nung hoặc các thiết bị xung quanh. Do kim loại bóng thường có hệ số phát xạ thấp, ảnh hưởng của bức xạ phản xạ có thể đáng kể. 

CÀI ĐẶT SAI HỆ SỐ PHÁT XẠ GÂY RA SAI SỐ GÌ?

Khi hệ số phát xạ cài đặt không đúng với bề mặt vật đo, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại có thể hiển thị nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn nhiệt độ thực. Có hai trường hợp xảy ra như sau:

Trường hợp 1: Nhiệt độ hiển thị thấp hơn thực tế

Khi vật đo nóng hơn môi trường xung quanh, nếu cài đặt hệ số phát xạ cao hơn giá trị thực, thiết bị thường có thể hiển thị nhiệt độ thấp hơn thực tế. Ví dụ, khi đo một chi tiết thép nóng trong lò nung, kết quả thấp hơn thực tế có thể khiến người vận hành đánh giá chưa đủ nhiệt và kéo dài thời gian gia nhiệt không cần thiết.

Trường hợp 2: Nhiệt độ hiển thị cao hơn thực tế

Trong cùng điều kiện vật đo nóng hơn môi trường phản xạ, nếu cài đặt hệ số phát xạ thấp hơn giá trị thực, thiết bị có thể hiển thị nhiệt độ cao hơn thực tế. Điều này dẫn đến đánh giá quá mức nhiệt độ của vật liệu và điều chỉnh quy trình làm mát hoặc gia nhiệt không phù hợp.

Ngoài ra, cần chú ý sai số khi đo các bề mặt kim loại bóng có hệ số phát xạ thấp. Khi nhiệt độ của lò nung, thiết bị xung quanh hoặc các nguồn bức xạ phản xạ thay đổi, kết quả hiển thị có thể thay đổi dù nhiệt độ thực của vật đo gần như không đổi. 

HỆ SỐ PHÁT XẠ CỦA CÁC BỀ MẶT PHỔ BIẾN

Hình dưới đây mô tả xu hướng chung của một số bề mặt thường gặp. Đây là thông tin minh họa, không phải thông số cố định cho mọi thiết bị hoặc điều kiện đo. 

NHỮNG SAI LẦM THƯỜNG GẶP KHI CÀI ĐẶT HỆ SỐ PHÁT XẠ

Một sai lầm phổ biến là luôn giữ hệ số phát xạ ở mức 0,95 vì đây là giá trị mặc định trên nhiều thiết bị. Giá trị này có thể phù hợp với một số bề mặt, nhưng không phải lựa chọn chính xác cho mọi vật liệu, đặc biệt là kim loại bóng.

Một sai lầm khác là tra bảng hệ số phát xạ theo tên vật liệu mà không xét đến trạng thái bề mặt và dải bước sóng của cảm biến. Hai chi tiết cùng làm từ thép nhưng khác độ nhẵn, mức oxy hóa hoặc lớp phủ có thể cho kết quả khác nhau.

Cuối cùng, cần phân biệt việc điều chỉnh hệ số phát xạ với hiệu chuẩn thiết bị. Điều chỉnh hệ số phát xạ giúp thiết bị tính toán nhiệt độ phù hợp hơn với bề mặt đang đo, trong khi hiệu chuẩn nhằm xác định sai lệch của thiết bị so với chuẩn đo lường. Hai thao tác phục vụ những mục đích khác nhau và không thể thay thế cho nhau.

CÂU HỎI THƯỜNG GẶP VỀ HỆ SỐ PHÁT XẠ

1/ Hệ số phát xạ càng cao thì cảm biến nhiệt độ hồng ngoại càng chính xác phải không?

Không. Hệ số phát xạ là đặc tính của bề mặt, không phải thông số đánh giá chất lượng cảm biến. Bề mặt có hệ số phát xạ cao thường ít nhạy với bức xạ phản xạ hơn.

2/ Có nên luôn cài đặt hệ số phát xạ ở mức 0,95 không?

Không. Chỉ nên sử dụng giá trị này khi phù hợp với bề mặt và dải bước sóng của thiết bị. Với kim loại bóng hoặc bề mặt đặc biệt, cần tham khảo hướng dẫn của nhà sản xuất và kiểm tra kết quả đo.

3/ Vì sao đo nhiệt độ kim loại bóng bằng cảm biến hồng ngoại thường khó chính xác?

Kim loại bóng thường phát xạ yếu và phản xạ mạnh. Cảm biến có thể nhận bức xạ từ môi trường xung quanh phản chiếu trên bề mặt, khiến kết quả không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật đo.

Hệ số phát xạ là thông số quan trọng khi sử dụng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại, súng đo nhiệt độ hồng ngoại và camera nhiệt. Khi lựa chọn cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc cho dây chuyền sản xuất, lò nung hoặc các ứng dụng công nghiệp, người dùng nên ưu tiên thiết bị có dải đo, dải bước sóng và khả năng điều chỉnh phù hợp với vật liệu cần đo. Sensors Việt Nam luôn sẵn sàng hỗ trợ tư vấn lựa chọn cảm biến nhiệt độ hồng ngoại nói riêng và các thiết bị đo lường nói chung phù hợp với nhu cầu và dự án của bạn.