精准测温不再难！红外测温应对发射率干扰指南

精准测温不再难！红外测温应对发射率干扰指南

引用

CSDN

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https://blog.csdn.net/2501_90092433/article/details/146630983

红外测温技术在工业生产、医疗诊断等领域有着广泛的应用，但发射率干扰一直是影响测温准确性的关键因素。本文将为您详细解析发射率的基本概念、不同材料的发射率值，并深入探讨应对发射率干扰的有效解决方案。

一、什么是发射率？

1.1 发射率的科学本质

在红外测温的领域中，发射率扮演着极为关键的角色，堪称影响测温准确性的核心要素。我们都知道，任何高于绝对零度（-273.15℃ ）的物体，都会持续不断地向周围空间发射红外辐射。这就如同我们在寒冷的冬日里，能明显感受到篝火散发的热量，那就是一种红外辐射的直观体现。

然而，不同材料的物体，其发射红外辐射的能力却存在着显著的差异。为了精准衡量物体的这种辐射能力，科学家引入了发射率（ε）这一重要参数。发射率的取值范围在 0 到 1 之间，其中 0 代表着镜面，这意味着该物体几乎不发射红外辐射，所有的辐射都被反射回去；而 1 则代表理想黑体，理想黑体能够完全吸收所有入射的辐射，并且在相同温度下，其发射的红外辐射能量是最强的。

在实际生活中，不同物体的发射率各不相同。例如，经过精心抛光的金属，其表面光滑如镜，发射率可能低于 0.2 。这是因为抛光后的金属表面对红外辐射的反射能力很强，导致自身发射的辐射较少。而人体皮肤的发射率则接近 0.98 ，非常接近理想黑体，这也是为什么红外测温设备能够较为准确地测量人体体温的原因之一。当使用红外测温仪测量体温时，只要正确设置发射率接近 0.98 的参数，就能得到较为准确的体温数值。

一旦设备没有正确设置发射率，测量结果就可能出现巨大的偏差。根据相关实验数据表明，在某些极端情况下，测量误差可能高达 ±20℃ 。想象一下，如果在医疗领域，因为发射率设置错误，将一个发烧患者的体温误判为正常，或者将正常体温误判为发烧，这将会给诊断和治疗带来极大的误导，后果不堪设想。在工业生产中，对设备温度的错误测量也可能导致设备故障、生产事故等严重问题。

1.2 发射率干扰的典型场景

• 金属表面：低发射率导致温度低估
• 涂层设备：表面状态变化影响测量重复性
• 复杂环境：多材质混合场景下的交叉干扰

二、解决方案深度解析

2.1 手动修正发射率参数

手动修正发射率参数是一种最为基础且直接的方法。在使用红外测温设备前，我们可以通过查阅相关的发射率数据表，或者利用一些简单的测试手段，来获取目标材料的发射率值。这些数据表通常会根据不同材料的特性，给出相应的发射率范围。例如，对于常见的不锈钢管道，如果其处于氧化状态，发射率一般在 0.6 - 0.8 之间；而经过抛光处理的不锈钢，发射率则会降低到 0.1 - 0.3 。

在实际操作中，我们只需将获取到的发射率值直接输入到红外测温设备中，设备便会依据这个参数对测量结果进行补偿。在工业生产中，当需要测量不锈钢管道的温度时，操作人员可以先判断管道的表面状态，若是氧化的，就将发射率设置为 0.7 ，然后进行测量，这样就能得到相对准确的温度值。

2.2 硬件补偿技术

黑体校准法

黑体校准法是一种高精度的校准方式，它利用黑体这一理想的辐射源来对红外测温设备进行标定。黑体能够完全吸收外来的全部电磁辐射，并且在相同温度下，其发射的红外辐射能量是稳定且可预测的。在实际操作中，我们将可控温的黑体放置在距离红外测温设备近距离的位置，确保黑体能够充满设备的视场。通过调整黑体的温度，使其达到不同的设定值，然后记录下在每个温度点下红外测温设备的输出信号。通过这些数据，我们可以建立起红外探测器的响应曲线，通常采用多项式拟合等数学方法来描述这种关系。例如，通过对一系列温度点的测量和数据处理，我们可以得到一个多项式函数，该函数能够准确地反映出探测器输出信号与黑体温度之间的对应关系。当我们使用该设备对实际目标进行测温时，就可以根据这个响应曲线对测量结果进行校正，从而消除发射率的影响。

2.3 物理改性处理

物理改性处理是从物理层面出发，通过对目标物体表面进行处理，改变其发射率特性，从而提高测温的准确性，主要包括喷涂高发射率涂层、粘贴发射率标准片和激光蚀刻增加表面粗糙度等方法。

喷涂高发射率涂层

喷涂高发射率涂层是一种常见且有效的方法。我们可以选择一些发射率较高的涂料，如哑光黑漆，其发射率通常能达到 0.95 左右。将这种涂料均匀地喷涂在目标物体表面，形成一层薄薄的涂层。这层涂层能够有效地提高物体表面的发射率，使其更接近理想黑体的发射特性。在工业设备的温度监测中，对于一些发射率较低的金属部件，喷涂哑光黑漆后，红外测温设备就能够更准确地测量其温度，减少因发射率低而导致的测量误差。这种方法操作简单，成本较低，适用于各种形状和材质的物体。

粘贴发射率标准片

粘贴发射率标准片也是一种实用的手段。发射率标准片是一种具有已知固定发射率的薄片材料，如 Kapton 胶带，其发射率一般为 0.85 。我们将发射率标准片粘贴在目标物体表面，作为一个参考点。当使用红外测温设备测量时，先测量标准片的温度，由于标准片的发射率已知，设备可以根据这个参考点对测量结果进行校准，从而推算出目标物体的真实温度。这种方法适用于对测量精度要求较高，且不希望对目标物体表面进行永久性改变的场景，如精密仪器的温度检测。

激光蚀刻增加表面粗糙度

激光蚀刻是一种利用高能激光束对物体表面进行微观加工的技术。通过控制激光的参数和扫描路径，在目标物体表面蚀刻出微小的凹槽或凸起，从而增加表面的粗糙度。表面粗糙度的增加会使物体表面的发射率增大，因为粗糙的表面能够增加红外辐射的散射和吸收，使其更接近理想黑体的发射行为。在对金属材料进行测温时，经过激光蚀刻处理后，其发射率会显著提高，红外测温的准确性也会得到大幅提升。这种方法虽然设备成本较高，但对于一些对发射率要求严格的高端应用领域，如航空发动机叶片的温度监测，具有重要的应用价值。

三、常见问题 Q&A

Q：如何快速获取未知材料的发射率？
Q：环境温度波动会影响发射率修正吗？

下期为您解答！