固定紅外溫度計的工作原理和黑體輻射定律

工作原理

在自然界中，所有溫度高于絕對零度的物體都會不斷向周圍空間發(fā)射紅外輻射能量。物體紅外輻射能量的大小及其波長分布與其表面溫度密切相關(guān)。因此，通過測量由物體本身輻射的紅外能量，可以精確地測量物體的表面溫度，這是紅外輻射溫度測量所基于的客觀基礎(chǔ)。

紅外溫度計由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器、信號處理、顯示和輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)收集目標(biāo)視場中的紅外輻射能量，視場的大小由溫度計的光學(xué)部分及其位置決定。紅外能量聚焦在光電探測器上，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。信號經(jīng)放大器和信號處理電路根據(jù)儀器內(nèi)部治療算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后，轉(zhuǎn)換成被測目標(biāo)的溫度值。此外，還應(yīng)考慮目標(biāo)和溫度計所處的環(huán)境條件(如溫度、大氣、污染、干擾等因素)對性能指標(biāo)和校正方法的影響。

黑體輻射定律

黑體是理想化的輻射體，吸收所有波長的輻射能，沒有能量的反射和透射，其表面發(fā)射率為1。需要指出的是，自然界中并沒有真正的黑體，但是為了理解和獲得紅外輻射的分布規(guī)律，有必要在理論研究中選擇一個合適的模型，這就是普朗克的體腔輻射量子振蕩器模型，從而推導(dǎo)出黑體輻射的普朗克定律，即黑體的光譜輻射以波長表示，這是所有紅外輻射理論的起點，因此被稱為黑體輻射定律。

物體發(fā)射率對輻射測溫的影響:自然界中幾乎所有的實際物體都不是黑體。除了物體的輻射波長和溫度之外，所有實際物體的輻射量也與物體的材料類型、制備方法、熱處理、表面狀態(tài)和環(huán)境條件有關(guān)。因此，為了將黑體輻射定律應(yīng)用于所有實際物體，有必要引入與材料性質(zhì)和表面狀態(tài)相關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實際物體的熱輻射接近黑體輻射，其值在零到小于1之間。根據(jù)輻射定律，只要材料的發(fā)射率已知，任何物體的紅外輻射特性都是已知的。

影響發(fā)射率的主要因素是材料類型、表面粗糙度、物理化學(xué)結(jié)構(gòu)和材料厚度。

當(dāng)用紅外輻射溫度計測量目標(biāo)的溫度時，必須首先測量目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后用溫度計計算待測目標(biāo)的溫度。單色溫度計與波段內(nèi)的輻射量成正比。雙色溫度計與兩個波段的輻射比成正比。

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