什么是發(fā)射率？

如果要使用熱像儀測量絕對溫度，則必須對“發(fā)射率”有有效的了解。

發(fā)射率是衡量材料輻射熱量的程度的指標(biāo)。它是材料輻射的熱量與完美散熱器（黑體）在相同溫度下輻射的熱量之比。它是介于 0（對于完美反射器）和 1（對于完美發(fā)射器）之間的無量綱數(shù)。

熱像儀捕獲的溫度測量值在客觀上似乎很容易理解。實(shí)際上，溫度測量由三個(gè)部分組成：透射能量、反射能量和發(fā)射或輻射能量。

傳輸?shù)哪芰渴谴┻^物體的能量成分。能量傳輸?shù)囊粋€(gè)常見例子是通過玻璃窗流入的日光。

反射能量是從目標(biāo)反彈回相機(jī)的能量。就像拋光鏡子可以反射你的肖像一樣，熱能也可以反射。反射程度取決于材料和表面。

發(fā)射（或輻射）能量是目標(biāo)固有的能量。這種類型的能量是由物體產(chǎn)生的，或者是物體與周圍環(huán)境溫差的結(jié)果。熱能通過傳導(dǎo)、對流或輻射從較高溫度的物體流向較低溫度的物體。

有用的例子可以在燈泡的光或電加熱器的熱能中找到。這些能源向周圍環(huán)境釋放或散發(fā)熱能，起到平衡溫度不平衡的作用。

在大多數(shù)情況下，在測量物體的溫度時(shí)，我們主要對發(fā)射的輻射能感興趣。傳輸和反射的能量會(huì)增加系統(tǒng)的偏差或測量誤差，并降低測量精度。因此，有一種實(shí)用的方法來表達(dá)發(fā)射率、透射率和反射之間的關(guān)系是有用的。

發(fā)射率公式

發(fā)射率公式提供了一種計(jì)算能量分量相對強(qiáng)度的方法。公式表示為：

1 = 透射 + 反射 + 發(fā)射

該公式基于所有能量源（透射、反射和發(fā)射）的總和的組合值為 1 的想法。每個(gè)分量在總數(shù)中貢獻(xiàn)相應(yīng)的分?jǐn)?shù)或百分比。由于我們假設(shè)所有分量的總和為 1，因此我們可以計(jì)算發(fā)射的總能量。我們可以通過簡單地從 1 中減去分?jǐn)?shù)透射和反射分量來做到這一點(diǎn)。

因此，通過重新排列原始公式，我們得出：

1 –（透射+反射）=發(fā)射

如果精確的溫度測量至關(guān)重要，則必須將反射和傳輸?shù)哪芰拷抵磷畹汀＿@是優(yōu)化發(fā)射能量和其他能量分量之間的信偏比所必需的。

傳輸注意事項(xiàng)

一般來說，大多數(shù)材料不能很好地傳輸熱能或熱輻射。因此，熱成像攝像機(jī)的鏡頭必須由不尋常且通常稀有的材料制成。鍺（Ge）、藍(lán)寶石或硒化鋅（ZnSe）等材料。

選擇紅外透鏡材料時(shí)，必須注意根據(jù)需要透射的紅外光譜部分選擇正確的材料。一般來說，反射能量往往比傳輸能量更受關(guān)注。需要注意的是，一些塑料，尤其是塑料薄膜，能夠在紅外光譜中傳輸能量。雖然反射在大多數(shù)情況下對測量精度的影響更大，但透射可能是一個(gè)考慮因素，具體取決于您的應(yīng)用。

反射注意事項(xiàng)

如果您正在測量（紅外）不透明物體，則透射將為零，發(fā)射率公式變?yōu)椋?/p>

1 – 反射 = 發(fā)射

這簡化了等式，但可能不會(huì)像最初想象的那樣降低復(fù)雜性。雖然透射并不常見，但許多材料都會(huì)反映熱能。這會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)潛在問題：第一個(gè)問題涉及從高反射測量目標(biāo)獲得可靠的測量結(jié)果。二是感興趣對象附近其他熱源的影響。

像拋光金屬這樣的閃亮、反光表面是最具挑戰(zhàn)性的。在拋光鋁的情況下，透射率為零;熱能不會(huì)直接通過或傳輸金屬。但是，反射率很高，高達(dá)0.9。

如果所有能量的總和等于1，反射率為0.9或90%，則發(fā)射率將非常低。發(fā)射率可能約為信號的0.1%或10%。另一方面，如果相同的鋁表面具有暗淡和黑暗的表面，這將大大減少反射。在低反射率下，并且沒有通過材料傳輸，測量的熱能中有較大百分比將被發(fā)射能量。

實(shí)際上，拋光鋁的發(fā)射率為0.1。但是，如果對鋁進(jìn)行陽極氧化處理，則可以將表面的發(fā)射率提高到0.65或更好。這取決于陽極氧化鋁的金屬表面光潔度和粗糙度。

發(fā)射率遠(yuǎn)低于0.65的測量對象通常不再產(chǎn)生非常好或準(zhǔn)確的結(jié)果。但是，這取決于應(yīng)用、零件幾何形狀、環(huán)境和特定要求。

影響測量精度的其他因素

大氣的環(huán)境溫度（本質(zhì)上是反射的雜散輻射）也會(huì)對測量產(chǎn)生一些影響。如果要優(yōu)化測量精度，則值得在熱像儀中設(shè)置環(huán)境溫度配置。

如果物體溫度接近環(huán)境空氣溫度，環(huán)境輻射將對精度產(chǎn)生更大的影響。這是因?yàn)槟繕?biāo)具有較低的發(fā)射率值。基于目標(biāo)輻射的發(fā)射率分量將占據(jù)測量值的較小比例。大氣和反射雖然值較低，但將占發(fā)射率“餡餅”的較大比例，如下圖所示。

視角也會(huì)對溫度測量產(chǎn)生影響。如果您的相機(jī)以一定角度安裝，則發(fā)射的能量將損失一定百分比。損失金額將取決于角度。當(dāng)相機(jī)傳感器的平面平行于表面時(shí)，將收集最準(zhǔn)確的溫度測量值。

角度越大，相機(jī)傳感器檢測到的發(fā)射能量就越少。此外，環(huán)境輻射對最終測量的影響就越大。

目標(biāo)附近的熱物體如何影響測量

如前所述，如果目標(biāo)附近有熱物體，反射率的影響將更加復(fù)雜。從閃亮物體表面反射的熱物體可能會(huì)壓倒小得多的發(fā)射率輸出。

從光滑表面反射的明亮陽光幾乎總是會(huì)影響您的測量值。如前所述，總溫度包括反射能量，因此熱物體的反射會(huì)增加噪聲并降低結(jié)果。在確定相機(jī)相對于目標(biāo)的位置時(shí)，始終牢記這一點(diǎn)。

根據(jù)目標(biāo)的物理特性，熱物體也可能產(chǎn)生意想不到的傳輸問題。如果您的熱像儀可以穿透目標(biāo)材料，那么它后面的熱物體可能會(huì)突然扭曲您的測量值。

特別是如果您想測量某些塑料的表面，您需要意識到這一點(diǎn)。確保你沒有通過目標(biāo)傳輸大量的能量。您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)您正在從目標(biāo)后面獲取溫度，而不是目標(biāo)的溫度。

本文涉及發(fā)射率的一些基礎(chǔ)知識。還有其他考慮因素，例如鏡頭的透射特性。基于相機(jī)與物體之間距離的大氣效果，依此類推。

在評估溫度精度和熱成像對您的應(yīng)用的適用性時(shí)，發(fā)射率只是眾多考慮因素之一。