MCA Strumentazione Industriale – Guida tecnica

Emissività e pirometro infrarossi: la guida di riferimento

Legge di Kirchhoff, corpo nero/grigio/selettivo, emissività spettrale ε(λ,T), tabella master di 20+ materiali industriali, metodi pratici di misura, tre tecniche di compensazione

📖 Guida tecnica MCA per ingegneri di processo e tecnici di manutenzione

Guida tecnica • Fisica della pirometria

L'emissività è il prerequisito di ogni misura pirometrica

L'emissività ε è il parametro fisico che governa la quantità di radiazione termica emessa da un corpo reale rispetto a un corpo nero ideale alla stessa temperatura. Definita come 0 ≤ ε ≤ 1, è il parametro più importante da conoscere o stimare correttamente per una misura pirometrica significativa: un errore di ε del 10% può tradursi in un errore di temperatura del 1% (banda NIR) fino al 5% (banda FIR), cioè da 10°C a 50°C su una misura a 1000°C. Nessun pirometro infrarossi può dare lettura corretta senza che l'utente abbia settato (o compensato) l'emissività del target.

Questa guida MCA spiega l'emissività in quattro livelli di approfondimento progressivo: (1) la fisica fondamentale — legge di Kirchhoff, bilancio radiativo, definizione di corpo nero/grigio/selettivo, legge di Planck e legge di Wien; (2) i comportamenti tipici delle classi di materiali industriali — metalli lucidi vs ossidati, ceramici, refrattari, vetri, semiconduttori, materiali compositi e plastici; (3) la tabella master di 20+ materiali con i valori di ε per ogni banda spettrale di interesse pirometrico (NIR 1-1,7 µm, banda 2-3,1 µm, MIR 3,9 µm, banda 5 µm, FIR 8-14 µm) e condizioni di superficie; (4) i metodi pratici per misurare ε in stabilimento e le tre tecniche di compensazione per emissività variabile.

La guida è scritta per ingegneri di processo, tecnici di manutenzione, responsabili qualità e system integrator che lavorano con pirometri industriali e termocamere infrarossi. Non sostituisce il manuale operativo del pirometro specifico, ma fornisce il contesto fisico e i dati di riferimento necessari per impostare correttamente lo strumento, interpretare i risultati e diagnosticare anomalie. È il punto di partenza per scegliere la corretta combinazione di pirometro + banda spettrale + tecnica di compensazione per ogni applicazione industriale.

emissività pirometro infrarossi: legge di Kirchhoff bilancio radiativo
0 ≤ ε ≤ 1 Range emissività
ε(λ,T) Dipendenza spettrale
Kirchhoff ε(λ) = α(λ)
ε + ρ + τ = 1 Bilancio radiativo
20+ Materiali in tabella

1. La fisica dell'emissività in due righe

Ogni corpo a temperatura sopra lo zero assoluto emette radiazione termica elettromagnetica per agitazione degli atomi del reticolo cristallino. La densità spettrale di potenza emessa dipende dalla temperatura del corpo e dalle sue proprietà ottiche superficiali. Il modello idealizzato di emettitore perfetto è il corpo nero, una cavità isolata in equilibrio termico la cui distribuzione spettrale di emissione segue esattamente la legge di Planck:

M(λ,T) = (2πhc²/λ⁵) · 1/[exp(hc/λkT) − 1]

dove M(λ,T) è la densità spettrale di emissione [W·m⁻²·µm⁻¹], λ la lunghezza d'onda, T la temperatura assoluta, h la costante di Planck, c la velocità della luce, k la costante di Boltzmann.

Un corpo reale emette meno del corpo nero alla stessa temperatura. Il rapporto tra l'emissione reale e quella del corpo nero ideale è l'emissività spettrale ε(λ,T), sempre minore o uguale a 1. La radiazione emessa da un corpo reale è quindi M(λ,T) · ε(λ,T). Un pirometro infrarossi a banda larga integra questa emissione su un intervallo di lunghezza d'onda e ne ricava la temperatura applicando la legge di Planck inversa con ε noto: se ε è settato sbagliato, la temperatura letta è sbagliata.

L'emissività non è una proprietà intrinseca del materiale ma dipende da: lunghezza d'onda della radiazione (un materiale può avere ε=0,1 a 1 µm e ε=0,9 a 10 µm), temperatura del corpo (i metalli aumentano ε con T), angolo di osservazione (cala con l'angolo specie su superfici lucide, vale la legge di Lambert solo per superfici diffondenti), finitura superficiale (rugosità, ossidazione, contaminazione, rivestimenti modificano drasticamente ε). Per questo le tabelle di letteratura sono indicative: la vera misura va sempre fatta sul caso specifico.

Legge di Kirchhoff e bilancio radiativo a una superficie

La legge di Kirchhoff è il principio fisico che lega assorbimento ed emissione radiativi. Da questa discende il bilancio radiativo che governa il pirometro.

Legge di Kirchhoff (1859):

ε(λ,T) = α(λ,T)

All'equilibrio termico, l'emissività spettrale di un corpo è uguale alla sua assorbanza spettrale. Un materiale che assorbe molto in una banda emette altrettanto bene nella stessa banda.

Bilancio radiativo a una superficie:

ε(λ) + ρ(λ) + τ(λ) = 1

La radiazione incidente su una superficie è in parte assorbita (e quindi ri-emessa, per Kirchhoff: ε), in parte riflessa (ρ), in parte trasmessa attraverso il materiale (τ). Per materiali opachi τ=0 quindi ε = 1 − ρ: più una superficie riflette, meno emette.

Conseguenze pratiche per la pirometria derivate da queste leggi:

1. Banda spettrale dove materiale opaco

Per applicare il pirometro serve banda dove τ=0 (materiale opaco) e ρ basso (superficie poco riflettente). Esempio: vetro è semi-trasparente in NIR (τ alto, ε apparente bassa) ma opaco in MIR/FIR sopra 5 µm (τ=0, ε≈0,9). Per misura affidabile della superficie del vetro si usa banda 5+ µm; per misura della massa del vetro fuso si usa banda NIR dove il vetro è semi-trasparente.

2. Metalli lucidi: alta riflessione, bassa emissione

I metalli lucidi (alluminio specchio, rame brillante, oro, argento) hanno ρ>0,9 in tutto lo spettro IR, quindi ε<0,1. Sono materiali "antipirometrici" per natura: la misura senza compensazione è impossibile. La ossidazione superficiale rompe la struttura elettronica superficiale, riducendo ρ e aumentando ε al 0,7-0,9 (acciaio ossidato, alluminio brunito).

3. Ceramica e refrattari: alta emissione stabile

I materiali ceramici e refrattari (ossidi: SiO₂, Al₂O₃, MgO, ZrO₂) hanno emissività alta e relativamente stabile (ε ~0,80-0,95 in banda 1-14 µm). Sono i materiali "idilliaci" per la pirometria: il pirometro monocromatico standard funziona senza compensazione complessa. Vedi tunnel kiln ceramica e mantello forno rotante.

4. Dipendenza angolare di ε

Per superfici lucide ε cala con l'angolo di osservazione rispetto alla normale (legge di Fresnel). Un pirometro puntato a 45° su acciaio lucido vede ε apparente diversa rispetto a un puntamento perpendicolare. Regola pratica: puntare il pirometro entro 30° dalla normale per ε stabile. Superfici diffondenti (matte, rugose) seguono la legge di Lambert: ε quasi costante con l'angolo.

2. Corpo nero, corpo grigio, corpo selettivo

Tre categorie di materiali in funzione di come ε varia con la lunghezza d'onda. La distinzione governa la scelta tra pirometro monocromatico e bicromatico.

ε(λ) = 1

Corpo nero ideale (riferimento metrologico)

Emette il massimo possibile a ogni lunghezza d'onda, segue esattamente la legge di Planck. È il riferimento metrologico di taratura. Realizzato in pratica con cavità isotermiche (foro cieco profondo in un blocco riscaldato uniformemente) che approssimano ε>0,99. Le sorgenti corpo nero MCA-BBF sono lo strumento di taratura dei pirometri MCA, tracciabili ACCREDIA e INRIM.

In pirometria: riferimento di taratura. Mai un materiale industriale reale.
ε(λ) = cost < 1

Corpo grigio (modello industriale standard)

Emette meno del corpo nero ma in modo uniforme alla stessa frazione su tutte le lunghezze d'onda. Esempi reali approssimati: acciaio ossidato in banda 2-14 µm (ε ~0,80-0,90 quasi costante), refrattari ceramici ossidati, grafite e materiali fortemente assorbenti. Conseguenza tecnica: per un corpo grigio il rapporto di radiazione tra due bande è funzione esclusiva della temperatura (ε si elide nel rapporto). È il principio matematico del pirometro bicromatico ratio.

In pirometria: applicabile bicromatico ratio MCA-2C-6H per cancellare ε.
ε(λ) variabile

Corpo selettivo o non-grigio

Emette in modo non uniforme nello spettro: ε cambia significativamente con λ. Esempi reali: vetro (semi-trasparente in NIR, opaco in MIR/FIR), quarzo (semi-trasparente sotto 4 µm, opaco a 5+ µm), metalli lucidi non ossidati (ε molto bassa e variabile), silicio drogato (ε dipende dal drogaggio), plastiche colorate. Conseguenza tecnica: né monocromatico né bicromatico ratio standard danno lettura accurata senza calibrazione dedicata.

In pirometria: serve banda dedicata sul picco di assorbimento del materiale (es. 3,3 µm Si, 3,9 µm Al, 5 µm vetro).
ε(T) variabile

Caso reale: ε che cambia in processo

Nella maggior parte dei processi industriali ε cambia durante il processo: l'acciaio passa da lucido (ε=0,2) a ossidato (ε=0,8) durante il riscaldamento; l'alluminio si ossida superficialmente in pochi secondi sotto induzione; il vetro cambia ε con la temperatura per cambio di stato (solido → plastico → fuso); il clinker di cemento cambia ε con la formazione della fase liquida in sinterizzazione. Conseguenza: pirometro monocromatico con ε fisso settato all'inizio dà lettura corretta solo all'inizio, poi deriva.

In pirometria: servono tecniche di compensazione (vedi sezione 5 — bicromatico, banda lunga, calibrazione dedicata).

3. Tabella master di emissività per materiali industriali

Valori indicativi di letteratura per i principali materiali industriali, riferiti a 4 bande spettrali standard dei pirometri MCA. Attenzione: questi valori sono punti di partenza, non sostituiscono la misura sul caso reale. La condizione di superficie e la temperatura possono variare ε di ±0,1 anche su materiali "standard".

Materiale / condizione T tipica (°C) NIR
1-1,7 µm
MIR
3,9 µm
Banda 5 µm FIR
8-14 µm
Acciai e ferrosi
Acciaio lucido (laminato a freddo, pulito) 20-200 0,25-0,40 0,10-0,20 0,10-0,15 0,07-0,15
Acciaio con scaglia di laminazione (caldo) 800-1200 0,55-0,75 0,80-0,90 0,85-0,92 0,80-0,92
Acciaio fortemente ossidato 200-800 0,65-0,80 0,85-0,95 0,90-0,95 0,85-0,95
Acciaio inox 304/316 lucido 20-500 0,30-0,45 0,15-0,25 0,12-0,20 0,10-0,25
Acciaio inox 304/316 ossidato 200-700 0,55-0,70 0,70-0,85 0,80-0,90 0,80-0,92
Ghisa grezza ossidata 200-1100 0,60-0,75 0,80-0,90 0,85-0,93 0,85-0,95
Alluminio e leghe leggere
Alluminio lucido (specchio) 20-500 0,05-0,10 0,04-0,08 0,03-0,06 0,04-0,08
Alluminio brunito / ossidato 200-600 0,10-0,20 0,15-0,30 0,15-0,35 0,20-0,35
Alluminio anodizzato (Al₂O₃) 20-400 0,30-0,50 0,80-0,90 0,85-0,95 0,80-0,95
Metalli non ferrosi
Rame lucido 20-500 0,03-0,08 0,02-0,05 0,02-0,04 0,02-0,05
Rame ossidato (CuO) 200-1000 0,45-0,65 0,75-0,90 0,80-0,92 0,80-0,92
Ottone lucido 20-500 0,03-0,10 0,03-0,07 0,03-0,06 0,04-0,08
Nichel ossidato 200-1000 0,55-0,75 0,75-0,90 0,80-0,92 0,80-0,92
Vetri
Vetro soda-lime (lastra/piano) 100-1100 0,70-0,85 0,85-0,95 0,92-0,96 0,90-0,95
Quarzo / silice fusa 500-2000 0,10-0,30 (trasp.) 0,40-0,70 0,85-0,93 0,85-0,93
Ceramica e refrattari
Porcellana bianca / sanitaria 20-1300 0,82-0,92 0,90-0,95 0,92-0,96 0,90-0,96
Gres porcellanato in cottura 800-1250 0,85-0,93 0,90-0,95 0,92-0,96 0,90-0,95
Magnesia sinterizzata DBM 500-2000 0,75-0,90 0,85-0,95 0,90-0,95 0,85-0,95
Allumina Al₂O₃ 500-1700 0,30-0,50 0,80-0,95 0,85-0,95 0,85-0,95
Refrattari silice / AZS (volta forno) 1000-1700 0,50-0,70 0,80-0,92 0,85-0,95 0,85-0,93
Clinker di cemento in sinterizzazione 1300-1500 0,75-0,90 0,85-0,93 0,85-0,92 0,85-0,92
Semiconduttori
Silicio cristallino (Si) 20-1100 trasp. fredda 0,65-0,80 (T>600°C) 0,45-0,70 0,30-0,60
GaN su zaffiro 500-1100 0,75-0,90 0,40-0,70 0,20-0,50 0,15-0,40
GaAs / InP per fotonica 400-800 0,70-0,90 0,40-0,70 0,20-0,40 0,15-0,35
Altri
Grafite 20-2000 0,80-0,92 0,85-0,95 0,85-0,95 0,85-0,95
Plastica PE / PP / PVC opachi 20-300 0,60-0,85 0,85-0,95 0,90-0,96 0,92-0,97
Plastica PET / poliestere film sottili 20-300 trasp. 0,60-0,85 0,85-0,95 0,90-0,96
Acqua 0-100 0,90-0,97 0,93-0,98 0,95-0,98 0,95-0,98
Vernice / nastro pirometrico dedicato 20-500 0,90-0,95 0,93-0,97 0,93-0,97 0,93-0,98

Legenda colori: rosso = ε bassa (<0,3, problematica) · arancio = ε media (0,3-0,7, attenzione) · verde = ε alta (>0,7, ottimale).

Come leggere la tabella per scegliere la banda: per ogni materiale, cercare la banda con ε più alta e stabile (verde, idealmente >0,80). Esempio: alluminio brunito a 400°C ha ε max in banda 3,9 µm o 5 µm e 8-14 µm (~0,30) — confermando la scelta MCA-IRT-5 in estrusione alluminio e fonderia alluminio. Per vetro fuso a 1500°C la banda 1-1,7 µm dà ε 0,70-0,85 (lettura della massa, vedi vetro fuso feeder) mentre 5 µm dà ε 0,92-0,96 (lettura della superficie).

4. Come misurare l'emissività in pratica

Quattro metodi pratici per determinare ε del materiale specifico in stabilimento, in ordine di accuratezza decrescente. Il primo è lo standard di riferimento.

1. Metodo confronto con termocoppia (accuracy ±2%)

Il metodo di riferimento. Si applica una termocoppia tipo K o N in contatto saldo sulla superficie del target (saldatura a punti se possibile, isolata termicamente dall'ambiente con coperta di lana di roccia o pasta termoconduttiva). Si misura la T vera con la termocoppia. Si regola progressivamente l'ε del pirometro fino a far coincidere la lettura pirometrica con quella della termocoppia. Il valore di ε ottenuto è quello del materiale specifico nelle condizioni di superficie reali (rugosità, ossidazione, contaminazione).

2. Metodo del foro corpo-nero (accuracy ±3%)

Si pratica un foro cieco profondo nel target (rapporto profondità/diametro >5:1, idealmente 10:1). Il foro si comporta come una cavità isoterma e quindi come un corpo nero quasi perfetto (ε≈0,99). Si confronta la lettura pirometrica puntata dentro il foro (con ε settato a 0,99) con la lettura puntata sulla superficie esterna nuda. Si regola ε della superficie esterna fino a far coincidere le due letture. Metodo molto pulito ma richiede di praticare il foro: applicabile in fase di setup, non in produzione.

3. Metodo con nastro pirometrico (accuracy ±5%)

Si applica sulla superficie del target una porzione di nastro pirometrico nero ad emissività certificata (ε=0,95 ±0,02, disponibile in tasche da 50×50 mm). Si misura la T del nastro con ε=0,95 settato sul pirometro, e si confronta con lettura sulla superficie nuda adiacente. Si regola ε della superficie fino a match. Metodo rapido per misure di campo, ma il nastro va resiste solo fino a 250°C (per alte T si usano vernici nere ad alta emissività resistenti fino a 800°C).

4. Metodo da tabella di letteratura (accuracy ±15%)

Si usa il valore tabellato in letteratura (come la tabella di questa guida) per il materiale e la condizione di superficie. È il minimo accettabile per applicazioni indicative o di prima approssimazione. La variabilità ±15% sulla ε di tabella si traduce in errore di lettura ±1,5% in banda NIR fino a ±8% in banda FIR. Per applicazioni di processo critico è sempre meglio misurare il valore reale.

5. Le tre tecniche di compensazione per ε variabile

Quando ε del target cambia durante il processo (ossidazione, fusione, rivestimento) o tra pezzi consecutivi, il pirometro monocromatico con ε fisso dà lettura inattendibile. Tre tecniche di compensazione coprono la maggior parte dei casi industriali.

Tecnica 1

Pirometro bicromatico ratio

Misura su due bande spettrali simultanee e calcola il rapporto di radiazione: se il materiale è approssimativamente corpo grigio (ε uguale sulle due bande), il rapporto è funzione solo della temperatura e ε si elide. Soluzione standard per acciaio in ossidazione, induzione, burning zone cemento, calcinazione magnesia. Vedi guida bicromatico vs monocromatico per dettagli matematici e limiti.

Modelli MCA: famiglia MCA-2C-6H (6H1/6H2/6H3) con banda 1-1,7 µm o 0,4-1,1 µm ratio.
Tecnica 2

Banda spettrale dove ε è alta e stabile

Spostarsi su banda dove il materiale ha ε alta e indipendente dalla condizione superficiale. Per materiali ossidati e ceramici è preferibile banda 8-14 µm (ε ~0,90-0,95) anziché 1-1,7 µm (ε variabile 0,2-0,9). Per alluminio è preferibile banda MIR 3,9 µm (ε ~0,15-0,30) anziché NIR (ε <0,1). Per silicio è preferibile banda 3,3 µm MIR (ε stabile 0,65-0,80). Per dettagli vedi guida banda spettrale.

Modelli MCA: MCA-IRT-5 (3,9 µm Al), MCA-IRT-6L1 (8-14 µm), MCA-SC-MidIR (3,3 µm Si).
Tecnica 3

Calibrazione dedicata in opera

Per applicazioni di precisione dove ε del materiale specifico non è disponibile, si esegue calibrazione di stabilimento con uno dei 4 metodi della sezione 4 (confronto termocoppia, foro corpo nero, nastro pirometrico, tabella). Si salva un profilo di emissività sul pirometro (tutti i MCA permettono profili multipli) e si richiama il profilo appropriato per ogni materiale/condizione. Soluzione standard per linee multi-prodotto dove il materiale cambia.

Modelli MCA: tutti, con memoria di profili. MCA-IRT-W high-accuracy per casi metrologicamente critici.
Tecnica 4

Caso speciale: target piccolo o irregolare

Quando il target non riempie completamente lo spot pirometrico (filo sottile, gob di vetro in caduta, pezzi piccoli in formatura), il pirometro vede in parte lo sfondo e calcola una T media. La tecnica corretta è: (a) usare ottica con D:S elevato per ridurre lo spot, (b) usare bicromatico con peak-picker per intercettare il picco di lettura quando il target è inquadrato, (c) usare fibra ottica MCA-FOT per avvicinare la testa al pezzo. Vedi guida D:S e dimensione spot.

Modelli MCA: MCA-2C-6H3 (D:S 280:1), MCA-FOT-6/8 (testa avvicinata).
metodo confronto termocoppia per misurare emissività in stabilimento

Metodo di confronto con termocoppia di riferimento per misurare l'emissività del materiale in stabilimento: termocoppia tipo K saldata a punti sulla superficie del target, isolata termicamente, lettura di temperatura "vera" da confrontare con la lettura pirometrica regolando progressivamente l'ε fino al match. Accuracy ±2%.

Hai un materiale particolare con emissività non nota?

Il team applicativo MCA può aiutare a determinare l'emissività del tuo materiale specifico in condizione di processo reale, e a selezionare la combinazione ottimale di pirometro + banda spettrale + tecnica di compensazione. Per applicazioni complesse forniamo supporto di startup direttamente in stabilimento, calibrazione tracciabile ACCREDIA, configurazioni personalizzate dei MCA-IRT-W high-accuracy per casi metrologicamente critici. Sopralluogo possibile su tutto il territorio italiano.

Domande frequenti sull'emissività in pirometria

Cosa è l'emissività e perché conta per il pirometro?

L'emissività ε è il rapporto tra la radiazione termica emessa da un corpo reale e quella emessa da un corpo nero ideale alla stessa temperatura, alla stessa lunghezza d'onda. Vale 0 ≤ ε ≤ 1: ε=1 corpo nero perfetto (caso ideale), ε=0 specchio perfetto (caso ideale opposto). Il pirometro infrarossi misura la potenza radiativa emessa dal target e applica la legge di Planck inversa per risalire alla temperatura — ma questa relazione assume implicitamente ε. Se il pirometro è settato con ε errato (es. 0,95 quando il target ha ε reale 0,30), legge una temperatura errata di centinaia di gradi. Conoscere o compensare l'emissività è quindi il prerequisito di ogni misura pirometrica significativa.

Cosa dice la legge di Kirchhoff?

La legge di Kirchhoff (Gustav Kirchhoff, 1859) stabilisce che, all'equilibrio termico, l'emissività spettrale ε(λ,T) di un corpo è uguale alla sua assorbanza spettrale α(λ,T): ε(λ,T) = α(λ,T). Conseguenze pratiche: un materiale che assorbe molto in una banda emette molto nella stessa banda (e viceversa); il bilancio radiativo a una superficie è ε + ρ + τ = 1 dove ρ è la riflettanza e τ la trasmittanza (per materiali opachi τ=0 quindi ε = 1 − ρ); l'emissività dipende dalla lunghezza d'onda, dalla temperatura, dall'angolo di osservazione, dalla finitura superficiale. Per la pirometria significa: la banda spettrale del pirometro va scelta dove il materiale è opaco (τ=0) e poco riflettente (ρ basso) per avere ε alto e stabile.

Quale differenza tra corpo nero, corpo grigio e corpo selettivo?

Tre categorie ideali e reali. Corpo nero: ε(λ)=1 per tutte le lunghezze d'onda, è il riferimento metrologico ideale, realizzato in pratica con sorgenti corpo nero MCA-BBF (cavità con emissività >0,99 per calibrazione). Corpo grigio: ε è costante con λ (ε(λ)=ε=cost) ma minore di 1 — esempio realistico: acciaio ossidato in MIR. Per un corpo grigio il rapporto di radiazione tra due bande è puramente funzione della temperatura, indipendente da ε, il che è il principio del pirometro bicromatico ratio. Corpo selettivo (o non-grigio): ε varia significativamente con λ — esempi: vetro (semi-trasparente in NIR, opaco in MIR, opaco in FIR), metalli lucidi (ε bassa e variabile con λ e con angolo). Per corpi selettivi né monocromatico né bicromatico danno lettura precisa senza compensazione.

Come misuro l'emissività del mio materiale in pratica?

Quattro metodi pratici in ordine di accuratezza decrescente. (1) Metodo confronto con termocoppia di riferimento: si applica una termocoppia tipo K o N sulla superficie del target (in contatto saldo, isolata dall'ambiente), si misura la T vera con la termocoppia, si regola progressivamente l'ε del pirometro fino a far coincidere la lettura pirometrica con quella della termocoppia. Accuracy ±2%. (2) Metodo con sezione corpo-nero: si pratica un foro cieco profondo nel target (rapporto profondità/diametro >5:1), il foro si comporta come corpo nero (ε≈1); si confronta lettura nel foro vs lettura sulla superficie esterna. (3) Metodo del nastro adesivo nero ad alta emissività: si applica nastro speciale per pirometria ε=0,95 noto su una zona del target, si confronta lettura nastro vs superficie nuda. (4) Metodo da tabella di letteratura, con accuracy ±15% — minimo accettabile per applicazioni indicative.

Tre tecniche di compensazione per emissività variabile?

Quando ε del target cambia durante il processo (ossidazione, fusione, rivestimento) o tra pezzi consecutivi, il pirometro monocromatico settato a ε fisso dà lettura inattendibile. Tre tecniche di compensazione. (1) Pirometro bicromatico ratio: misura su due bande simultanee, calcola il rapporto che è insensibile a ε se il target è corpo grigio. Soluzione standard per acciaio in ossidazione, induzione, burning zone cemento, calcinazione magnesia. (2) Banda lunga MIR/FIR dove ε è alta e stabile: per materiali ossidati o ceramici è preferibile banda 8-14 µm (ε ~0,95) anziché 1-1,7 µm (ε variabile 0,2-0,9). Soluzione per termografia, controlli a bassa T. (3) Banda spettrale dedicata sui picchi di assorbimento del materiale: alluminio in banda MIR 3,9 µm dove ε è migliore (0,15-0,30) vs NIR (ε <0,1); silicio in banda 3,3 µm. Per dettagli vedi guida bicromatico vs monocromatico.

Quanto incide un errore di ε sulla lettura di temperatura?

L'errore percentuale di temperatura per errore di ε dipende dalla banda spettrale e dalla temperatura. Regola pratica della legge di Wien: in banda corta (1 µm) un errore del 10% su ε produce errore di temperatura ~1% (cioè 10°C su 1000°C). In banda lunga (8-14 µm) lo stesso errore del 10% su ε produce errore di ~5% (cioè 50°C su 1000°C). Conseguenza: per misure di precisione su materiali con ε poco nota è meglio usare banda corta (NIR) perché tollera meglio l'incertezza di ε. Per materiali con ε nota ed elevata stabilità (es. ceramica refrattaria ε=0,9) la banda lunga va bene. Esempio numerico: acciaio a 1000°C, ε nominale 0,80 con incertezza ±0,10. In banda 1,6 µm errore di lettura ±5°C; in banda 8-14 µm errore di lettura ±35°C.

Come si setta l'emissività sul pirometro MCA?

Tutti i pirometri MCA della serie MCA-IRT-5/6/7/8, MCA-2C, MCA-FOT, MCA-IRT-W e MCA-HHT hanno regolazione dell'emissività con risoluzione 0,01 sul display LCD interno o tramite interfaccia digitale RS-485/RS-422. Il valore va settato sul valore tipico del materiale alla temperatura di lavoro nominale (vedi tabella di letteratura della guida). Per applicazioni dove ε è variabile o non nota la scelta è il MCA-2C bicromatico ratio (insensibile a ε per costruzione del rapporto). Su tutti i pirometri MCA è possibile salvare profili di emissività per diversi materiali e richiamarli rapidamente da display per cambi di setup.

Questa guida MCA all'emissività in pirometria infrarossi è il punto di partenza tecnico per la corretta impostazione di pirometri industriali e termocamere. Insieme alle guide complementari (banda spettrale, bicromatico vs monocromatico, fibra ottica, D:S, calibrazione corpo nero) costituisce il riferimento di selezione per ingegneri di processo, tecnici di manutenzione, responsabili qualità e system integrator. MCA fornisce strumentazione pirometrica completa, calibrazione tracciabile ACCREDIA, supporto applicativo in italiano per industria siderurgica, alluminio, vetro, ceramica, cemento, semiconduttori, induzione e R&D.