辐射测温法也称为红外测温法、光学测温法或简称测温法,是一种非接触式温度测量技术,需要测量热物体发出的部分热辐射。高温计是一种测量仪器,它必须透过某些环境观察辐射目标。有几种不同类型的高温计可用;有些对操作者要求很高,有些要求较低。为了选择合适的高温计,必须考虑环境和目标。环境是否以某种方式影响辐射,如果是的话,需要进行哪些校正?目标是否具有理想辐射源的特征,如果不具有,需要进行哪些校正?这些问题使得非接触式温度测量变得困难,但成功的回报是巨大的。对于加工行业而言,快速、准确、非接触式温度测量功能可实现自动过程控制、提高质量和生产率并降低能耗。幸运的是,高温测定法在相对较短的时间内取得了很大进展,许多不确定性可以消除。
高温测量基础
绝大多数高温计都是基于普朗克定律的某个方面,该定律认为高温物体的辐射光谱只受其温度的影响。19世纪末,马克斯·普朗克正在考虑黑体辐射问题,也称为空腔辐射。当时,没有任何理论可以描述这一来源的数据。事实上,物理学家认为这个问题是他们学科中尚未解决的两个案例之一。(他们有点乐观。)它被称为“紫外线灾难”,因为符合较长波长数据的方程预测了较短紫外线波长下的无限辐射。然而,在现实中,这些波长的辐射减少到零,所以理论和现实之间存在着很大的差异。普朗克通过数学替换解决了这一矛盾:他用一个级数代替了一个积分。这听起来可能有点深奥,但结果令人震惊。这意味着能量的量子化(激光、隧道二极管、核弹等)。).普朗克知道这一点(量子化部分,而不是炸弹部分),并在一段时间内压制了数据,因为他不想处理不可避免的反作用。
对于高温计用户来说,普朗克数学替换的含义之一是高温计只对固体和液体有效。热目标的连续辐射只有在辐射电子靠得很近时才会发生,例如在固体和液体中。悬浮在气体中的固体或液体可能是可接受的热辐射源,但气体本身不能。
更进一步的含义是,没有单个光子携带温度信息,但该信息包含在热光谱中光的波长分布中。因此,任何改变分布的因素都会导致测量误差。
发射率
在理想情况下,热目标的辐射光仅取决于温度。实际上,目标材料的发射率(也称为发射度)作为普朗克定律数学陈述的乘数修改了辐射光谱。发射率只不过是辐射体在每个辐射波长下的效率。发射率范围从零到一;显然,它的作用可能非常大。
让问题更复杂的是,发射率不是物质的属性,而是所讨论的特定样本的属性。影响样品发射率的关键参数是表面光洁度、化学成分、氧化程度、相位、发射率所需的波长以及温度本身。石墨是一种更常见、更知名的耐火材料。图1显示了报告的石墨发射率与温度的函数关系。