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什么是紅外輻射？

紅外 (IR) 溫度計是一種通過檢測和量化測量目標(biāo)發(fā)射的紅外輻射能量來確定物體溫度的傳感器。紅外溫度計非常像人的眼睛。眼睛的晶狀體就像

光學(xué)元件，物體發(fā)出的輻射（光子流）在大氣中通過該元件到達(dá)光敏層（視網(wǎng)膜），然后被轉(zhuǎn)化為信號并被傳送到大腦。圖 3 顯示了紅外測溫系

統(tǒng)的工作原理。

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各種形式的物質(zhì)只要溫度高于絕對零度（-273.15°C / -459.8°F），都會根據(jù)其溫度發(fā)射紅外輻射，稱為特征輻射。輻射的原因在于內(nèi)部分子的機(jī)

械運動。這種運動的強(qiáng)度取決于物體的溫度。由于分子運動代表電荷位移，這種輻射是電磁輻射（光子粒子）。 這些光子以光速運動，且運行規(guī)

律符合已知的光學(xué)原理。它們可以被偏轉(zhuǎn)，用透鏡聚焦或被反射表面反射。這種輻射的光譜范圍為 0.7 至 1000μm。因此，這種輻射通常用肉眼

看不到，見圖 4。

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然而，光譜中人眼不可見部分所包含的能量是可見部分的 100,000 倍。這正是紅外測量技術(shù)的理論依據(jù)。從圖 5 中可以看出，隨著目標(biāo)溫度的升

高，輻射量逐漸向波段較短的區(qū)域移動，且物體在不同溫度下的輻射曲線相互不重疊。整個波長范圍內(nèi)的輻射能量（每條曲線下方的區(qū)域）增長

至溫度的四次方。這些關(guān)系由 Stefan 和 Boltzmann 于 1879 年發(fā)現(xiàn)，標(biāo)明可以從輻射信號中測量出明確的溫度。


圖 5 顯示了物體在不同溫度下的典型輻射。如前所述，物體在高溫下會發(fā)出少量可見光。因此，每個人都可以看到物體在非常高溫的環(huán)境下

（600°C 以上）發(fā)出紅色到白色的光線。經(jīng)驗豐富的鋼鐵工人甚至可以從顏色上非常準(zhǔn)確地估算出鋼鐵的溫度。從 20 世紀(jì) 30 年代開始，鋼鐵

行業(yè)便開始使用經(jīng)典的隱絲式高溫計。

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從圖 5 中可以看出，應(yīng)以此為目標(biāo)：盡可能在寬的范圍內(nèi)設(shè)置紅外溫度計，以獲取更多的能量（對應(yīng)于曲線下方的區(qū)域）或者目標(biāo)發(fā)出的信號。

然而，在某些情況下，這種做法并不總是有利的。例如，在圖 5 中，當(dāng)溫度升高是，輻射強(qiáng)度在 2 μm 處增加量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在 10 μm 處的。每單位

溫差下的輻射差異越大，紅外溫度計的測量精度便越高。根據(jù)維恩位移定律(Wien's Displacement Law)，隨著溫度的升高，物體的輻射量最大值

將向短波方向移動，因此，波長范圍將取決于高溫計的溫度測量范圍。在低溫環(huán)境下，在 2 μm 處工作的紅外溫度計將在溫度低于 600°C 時由于

輻射能量太少而幾乎看不到任何東西，從而停止工作。使用針對不同波長范圍的測量儀器的另一個原因在于一些被稱為非灰體（玻璃、金屬和塑

料薄膜）的材料的輻射率模式。圖 5 顯示了理想材料——所謂黑體的輻射情況。然而，許多物體在相同溫度下會發(fā)出少量的輻射。實際輻射量與

黑體的輻射量的比稱為(ε)輻射率 ，輻射率的最大值為 1（與理想的黑體相對應(yīng)的物體），最小值為 0。輻射率小于 1 的物體被稱為灰體。輻射率

還取決于溫度和波長的物體被稱為非灰體。此外，輻射的總和包括被吸收部分 (A)、被反射部分 (R) 和透射部分 (T) ，等于 1。（請參見下面的公

式和圖 6）


A + R + T = 1 (1) 


實心體不會透射紅外光 (T = 0)。根據(jù)基爾霍夫定律，物體吸收的所有輻射（導(dǎo)致物體溫度升高）之后將被該物體輻射出去。則對于吸收率和輻射

率來說：


A ? E = 1 – R (2) 

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T理想的黑體也不會發(fā)生反射 (R = 0)，所以 E = 1。

許多非金屬材料，如木材、塑料、橡膠、有機(jī)材料、巖石或混凝土的表面很少發(fā)生反射，因此其輻射率通常較高，在 0.8 和 0.95 之間（參見大多

數(shù)常見材料的輻射率值列表）。相比之下，金屬材料 - 特別是那些表面經(jīng)過拋光處理或者表面光亮的金屬 -它 的發(fā)射率約為 0.1。紅外測溫儀通過

提供可自主設(shè)定發(fā)射率參數(shù)的功能項來彌補(bǔ)這一點，另請參見圖 7(see 參見大多數(shù)金屬的輻射率值)。


我們的應(yīng)用工程師可以針對您的目標(biāo)材料、溫度范圍和應(yīng)用類型，幫助您選擇合適的紅外測溫傳感器。

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