下载文档原格式
红外测温斯蒂芬-玻尔兹曼定律
红外线测温是一种非接触式的温度测量技术,它利用物体辐射出的红
外线能量来计算物体的表面温度。
其原理基于斯蒂芬-玻尔兹曼定律。
红外测温的公式是：E = σ * T^4。
其中，E指物体表面单位时间内的辐射功率，单位是W/(m²·sr)，σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数，其值为5.67x10^-8 W/(m²·K^4)，T指物体表面温度，单位是开尔文(K)。
该公式说明物体表面的辐射功率与温度的四次方成正比关系，因此可以通过测量物体表面的辐射功率来推算物体表面的温度。
一般情况下，红外测温仪会自动计算出被测物体表面的温度值并显示出来。
《红外辐射测温技术》讲义0 绪论使学生了解红外测温的基础知识和基本理论，辐射测温的基本工作原理，熟悉辐射测温仪表的基本构成，为辐射测温仪表的研制奠定基础。
1.课程内容、地位与应用■红外辐射：红外技术是研究红外波段内电磁波的规律并使其应用的一门现代技术。
众所周知，从波长很长的无线电波到波长很短的宇宙射线都是不同波长的电磁波，或称为电磁辐射。
波长的单位在行业内习惯用微米(µm) 。
频率ν和波长λ的关系为λν= c （光速）；也有用波数σ表示波长的σ=1/λ(cm-1) 。
电磁波谱上的每一段都具有其独特的规律，每一段都是一个研究领域，都有其特性和规律，研究并使其应用，造福于人类是每个学科的宗旨。
红外技术就是研究红外区域内电磁波的规律的一门学问。
包括可见光直到紫外部分。
* 需要记住和理解的几点内容：➢“红外辐射是人眼看不见的光线”；➢“红外辐射就是热辐射”➢“对红外线的研究也属于光学范畴。
”红外技术的应用：①军事上：●军事目标的侦察、监视、预警与跟踪●红外制导是一种重要的制导方式。
●红外通信。
●军用夜视仪。
●是探测隐身飞行器的一种手段。
● 对威胁进行红外告警。
②在民用方面：红外测温，红外遥控，红外遥感，红外医疗，红外加热，红外光谱技术。
总之，红外技术的应用及其广泛，它已涉及到军事战术或战略的情报搜集、目标的侦察监视、武器制导等各个领域，对未来战争产生重大的影响。
在工业、医学和科研等许多方面也广为使用，例如热源探测，医用热像仪、温度测量与过程控制、红外光谱分析、红外加热、红外遥感、红外天文学等。
■测温技术温度测量的方法可分两大类：辐射测温特点：优点：响应速度快、分辨率高，适用于旋转物体、移动物体、热容量小的物体、腐蚀性场合，以及接触式测温无法使用的条件下，辐射测温被广泛应用。
如：电力、冶金、化工橡胶等领域● 焊接、炉窑、焦化、电力（变压器） ● 感应加热、塑料、玻璃 ● 金属挤压成型 ● 热处理和退火缺陷：①一般辐射温度计都只能测得亮度温度或辐射温度，由于一般被测物体发射率都小于l ，所以不能测得真温度。
红外辐射测温技术1.原理所有的物体都是由不断震动的原子构成，原子的能量越高，振动的频率越大。
所有微粒的震动，包括这些原子，生成电磁波谱。
物体的温度越高，微粒的震动就越快，因此光谱的辐射能量就越高。
结果，所有物体都不停的以自身的波长频率向外辐射。
一切高于绝对零度的物体都存在红外辐射现象，物体红外辐射能量的大小及其按波长的分布情况，都与物体的表面温度有关。
通过对物体表面辐射能量的测定，并通过一定的信号转换，最终确定物体的表面温度，这就是红外辐射测温技术的基本原理。
2．特点红外线测温仪可以测量所有目标物体释放的红外能量，具有响应快的特点。
通常被用于测量移动和间歇性目标，真空状态下的目标，由于恶劣环境空间限制以及安全威胁无法由人接触的目标。
尽管在有些情况下使用其它设备也可以完成，但成本相对较高。
3.辐射测温的基本方法3.1红外测温（全辐射式测温）由斯蒂芬-玻尔兹曼定律知全辐射出射度(3.17)式中：σ为黑体辐射常数，σ＝5.7×10-8Wm2K-4。
当绝对黑体与黑体的总辐射亮度相等时，绝对黑体的温度叫做非黑体的辐射温度。
实际上，真正的黑体是不存在的，对于实际情况，辐射力和光谱辐射力可分别表示为（3.15）E=εEbEλ=ελEλ（3.16）(3.18)由式（3.15）和(3.18)可知，只要测出全波长总辐射出度，则被测物体的温度就可以确定。
测量的温度T与实际温度T之间的关系式为：r(3.19)式中：ε——物体的发射率；ελ——物体光谱发射率；T——实际物体真实温度（K）；T——黑体温度，即实际物体的辐射温度（K）；rε（T）——所有波长的实际物体的总发射率。
不同的物体，其全辐射率差异很大。
在已知条件下，根据式（3.18）可以通过测量实际物体的辐射温度计算出实际温度。
3.2亮度测温（单色辐射测温）当实际物体（非黑体）在某一波段下的单色辐射出射度同绝对黑体在同一波长下的单色幅射度相等时，则该该黑体的温度称为实际物体的亮度温度，表达式为：(3.20)在常用的温度与波长范围内，式(3.18)可以用维恩公式表示为(3.21)由式(3.20)可知，知道波长为λ的光谱发射率和用高温计测得的亮度温度T1后，就可以用式(3.20)求出实际物体的真实温度T。
红外热像仪测温算法红外热像测温原理黑体辐射的基本规律是红外辐射理论研究和技术应用的基础.所谓黑体,就是在任何温度下能吸收任何波长辐射的物体。
斯蒂芬一波尔兹曼定律指出，黑体的辐出度，即黑体表面单位面积上所发射的各种波长的总辐射功率与其热力学温度T的四次方成正比：在相同温度下，实际物体在同一波长范围内辐射的功率总是小于黑体辐射的功率。
也就是说,实际物体的单色辐出度小于黑体的单色辐出度.我们把与的比值称为物体的单色黑度，它表示实际物体的辐射接近黑体的程度：即（1）将式（1)两端积分（2）如果物体的单色黑度是不随波长变化的常数，即,则称此类物体为灰体。
结合关系式：和可得所以（3）实际物体的热辐射在红外波长范围内，可以近似地看成灰体辐射。
被定义为物体的发射率。
表明该物体的辐射本领与同温度同测量条件下的黑体辐射本领之比.式（3)正是红外测温技术的理论依据。
作用于热像仪的辐射照度为（4）其中，为表面发射率，为表面吸收率，为大气的光谱透射率，为大气发射率，为被测物体表面温度，为环境温度，为大气温度, d 为该目标到测量仪器之间的距离，通常一定条件下，为一个常值，为热像仪最小空间张角所对应的目标的可视面积。
热像仪通常工作在某一个很窄的波段范围内，或之间，、、通常可认为与无关。
得到热像仪的响应电压为（5)其中,为热像仪透镜的面积，令,，则（5）式变为（6）红外热成像系统的探测器可以将接收到的红外波段的热辐射能量转换为电信号，经过放大、整型，模数转换后成为数字信号，在显示器上通过图像显示出来。
图像中的每一个点的灰度值与被测物体上该点发出并到达光电转换器件的辐射能量是对应的。
但直接从红外热成像系统显示的图像中读出的温度是物体表面的辐射温度，并不是真实温度，其值等于辐射出相同能量的黑体的真实温度.因此在实际测温时，要先用高精度黑体对热像仪进行标定，找出黑体温度与光电转换器件输出电压(在热图像上表现为灰度）的对应关系。
黑体的真实温度可由显示面板读出。
B物质发射率物质发射率沥青0.90~0.98布（黑色）0.98混凝土0.94人体皮肤0.98水泥0.96肥皂泡0.75~0.80沙子0.90木炭（粉末）0.96泥土0.92~0.96漆器0.80~0.95水0.92~0.96漆器（无光泽）0.97冰0.96~0.98橡胶（黑色）0.94雪0.83塑料0.85~0.95玻璃0.90~0.95木材0.90陶瓷0.90~0.94纸0.70~0.94大理石0.94铬氧化物0.81石膏0.80~0.90铜氧化物0.78灰泥0.89~0.91铁氧化物0.78~0.82砖0.93~0.96不锈钢及铝材0.2~0.3红外辐射测温原理及使用1、红外辐射测温原理红外测温属于非接触测温的一种方法，测温元件不需与被测介质接触，通过热辐射原理来测量温度。
了解红外测温仪的工作原理、技术指标、环境工作条件及操作和维修等是用户正确地选择和使用红外测温仪的基础。
红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。
光学系统汇集其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件以及位置决定。
红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号，该信号经过放大器和信号处理电路按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。
除此之外，还应考虑目标和测温仪所在的环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法。
物体处于绝对零度以上时，因为其内部带电粒子的运动，以不同波长的电磁波形式向外辐射能量，波长涉及紫外、可见、红外光区，但主要处于（0.8~15）μm 的红外区内。
物体的红外辐射能量的大小按其波长的分布与它表面温度有着十分密切的关系。
因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外测温的客观依据。
2、红外辐射温度计使用时的基本问题由于红外测温拥有的快捷、轻便、安全等优点，使得红外测温技术在各个领域的使用越来越普及。
红外线测温原理红外线测温技术是一种非接触式测温方法，它利用物体辐射的红外线能量来确定物体的温度。
这种技术在工业生产、医疗保健、环境监测等领域有着广泛的应用。
下面我们将详细介绍红外线测温的原理。
首先，我们来了解一下红外线的特性。
红外线是一种波长较长的电磁波，其波长范围大约在0.75μm到1000μm之间。
物体的温度越高，其辐射的红外能量就越强。
利用红外线测温就是通过检测物体辐射出的红外能量来确定其温度。
红外线测温仪器主要由红外传感器、光学系统、信号处理器和显示器等部分组成。
当红外线测温仪对准物体时，光学系统会收集物体辐射出的红外能量，并将其聚焦到红外传感器上。
红外传感器会将接收到的红外能量转换成电信号，然后经过信号处理器处理，最终显示在仪器的显示器上，以数字或者图形的形式展现出物体的温度。
红外线测温的原理可以用普朗克辐射定律和斯特藩-玻尔兹曼定律来解释。
普朗克辐射定律描述了物体辐射出的电磁波能量与其温度之间的关系，而斯特藩-玻尔兹曼定律则描述了物体辐射出的总能量与其温度的四次方成正比。
基于这两个定律，红外线测温仪可以通过测量物体辐射出的红外能量来计算出物体的温度。
红外线测温技术具有许多优点。
首先，它是一种非接触式测温方法，可以在不接触物体的情况下进行测温，避免了传统接触式测温方法可能造成的污染和损坏。
其次，红外线测温仪器响应速度快，可以实时测量物体的温度，非常适合于需要快速测温的场合。
此外，红外线测温技术还可以测量高温、低温和移动物体的温度，具有很强的适用性。
总的来说，红外线测温原理是利用物体辐射的红外能量来确定其温度。
通过红外传感器、光学系统、信号处理器等部分的协同作用，红外线测温仪可以实现对物体温度的快速、准确测量。
这种技术的应用范围广泛，为各行各业提供了便利和支持。
