红外系统中的“黑体辐射”概念 黑体辐射实验
黑体辐射:指黑体发出的电磁辐射。黑体不仅仅能全部吸收外来的电磁辐射,且散射电磁辐射的能力比同温度下的任何其它物体强。黑 体辐射能量按波长的分布仅与温度有关。对于黑体的研究,使自然现象中的量子效应被发现。
黑体辐射定律:黑体是一种理想化的辐射体,它吸收所有波长的辐射能量,没有能量的反射和透过,其表面的发射率为1。应该指出,自然界中并不存在真正的黑体,但是为了弄清和获得红外辐射分布规律,在理论研究中必须选择合适的模型,这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型,从而导出了普朗克黑体辐射的定律,即以波长表示的黑体光谱辐射度,这是一切红外辐射理论的出发点,故称黑体辐射定律。
物体发射率对辐射测温的影响:自然界中存在的实际物体,几乎都不是黑体。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外,还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此,为使黑体辐射定律适用于所有实际物体,必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数,即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度,其值在零和小于1的数值之间。根据辐射定律,只要知道了材料的发射率,就知道了任何物体的红外辐射特性。影响发射率的主要因纱在:材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。
当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量,然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例;双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。
用例:
依据测温原理的不同,红外测温仪的设计有三种方法,通过测量辐射物体的全波长的热辐射来确定物体的辐射温度的称为全辐射测温法;通过测量物体在一定波长下的单色辐射亮度来确定它的亮度温度的称为亮度测温法;如果是通过被测物体在两个波长下的单色辐射亮度之比随温度变化来定温的称为比色测温法。
亮度测温法无需环境温度补偿,发射率误差较小,测温精度高,但工作于短波区,只适于高温测量。比色测温法的光学系统可局部遮挡,受烟雾灰尘影响小,测温误差小,但必须选择适当波段,使波段的发射率相差不大。全辐射测温法是根据所有波长范围内的总辐射而定温,得到的是物体的辐射温度。这种方法是因为中低温物体的波长较大,辐射信号很弱,而且结构简单,成本较低,但它的测温精度稍差,受物体辐射率影响大。
由普朗克公式可推导出辐射体温度与检测电压之间的关系式:V=RaεσT^4 =KT^4
T:被测物体的绝对温度
R:探测器的灵敏度
a:与大气衰减距离有关的常数
ε:辐射率
σ:斯蒂芬.玻耳兹曼常数
其校正式为:T=Tr/(四次方根ε(T))
Tr—辐射温度(表观温度)
ε(T)—辐射率,取0.1~0.9
传感器:OTP-538U、TS318
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