红外辐射测温理论PPT课件

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■内容简介
（1）红外辐射基本理论 （2）工业黑体辐射源 （3）黑体空腔有效发射率 （4）黑体空腔积分发射率和有效温度 （5）辐射测温仪表 （6）辐射测温技术应用
相关知识： 红外物理
红外光学 红外探测器 信号处理技术
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第一章 红外辐射基本理论
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1.1红外辐射的一般概念
波长在0.1~40m范围内的电磁波(包括可见光和红外线的短 波部分)热效应最显著，所以把这部分波长的电磁波称为热射线 或热辐射。
任何温度超过热力学温度零开尔文的物体都能发射热辐射； 热辐射是一种电磁波。
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1.辐射的吸收、反射、透过及绝对黑体
Q0 Q
Q Q Q Q0
Q
漫或反射
Q Q0

QQ镜0 面QQ反0射 1
•镜面反射—入射角等于反射角；
•漫反射—平行光反射后沿 各 1个方向均匀分布；
Eb


5
C1
e xpC 2
T
与普朗克公式相比，当“T”较小时，则有
expC2 T －1 expC2 T
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维恩位移定律：
由普朗克定律可知，在任意温度下，黑体光谱辐射通量都有一
个最大值，最大值对应的波长称为峰值波长m，将维恩公式
对求导，令其等于0，则可得:
mT

实际式表中面：既不—是吸镜收率面，反射—也反射不率是，均匀—透的过漫率反射。
Q
Q0—入射能量 Q—反射能量 Q—吸收能量 Q—透过能量
＝1时，全反射 镜体（反射服从一定规律） 绝对白体（反射无规律）；
＝1时，绝对黑体，简称黑体；
＝1时，绝对透明体。
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2.热辐射的基本定律
K—玻耳兹曼常数，1.38066210-23 J/K
h—普朗克常数， 6.62617610-34J.s
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c—电磁波在真空中的传播速度，3108 m/s
x 1010 9
单 色8 辐7 射6 功5 率
4
1200℃ 1100℃
1000℃
3
900℃
2
800℃
700℃
1
60500℃0℃
0 0
1
2
3
4
120℃
（2）温度越高，单色辐射功率越强。 1 0
100℃80℃50℃ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ20℃
0
1
2
3
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15 波长 14
20~300℃范围内黑体单色辐通量
2.2 维恩公式
单色早辐E在射b普功朗率克公5 定式ex律。p建CC立21 之T前，11894普年朗维克恩公就式提出了黑体
E dE
lim 0 d E
W/(m2.m)

辐射功率和单色辐射功率关系： E 0 E d W/m2
黑体：其辐射功率和单色辐射功率用符号Eb 和 Eb表示。
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2.1 普朗克定律
单位面积黑体在半球面方向、单位时间的光谱辐射通量 是波长和黑体温度的函数。
Eb
C2 5

2897.6
（m.K）
∴ 温度越高，则峰值波长m越小。
例：钢坯表面颜色对温度的变化；若测量温度为1600℃左右的物体
表面温度，根据维恩公式计算可得：
m

2897.6 1600 273

1.547
（m）
∴在选择辐射测温仪器的工作波段时最好在该波段附近。
在一般工业温度范围内，单色辐射功率m都处于红外波段内。
红外辐射测温技术
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绪论
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■ 红外辐射
电磁波:
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。
光速： = c
真空中：c=3108m/s
式中：－ 波长 m ； －频率s-1； c－ 电磁波传播速度m/s
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■ 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。(热效应最显著 )
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6
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15 波长
20~1200℃范围内黑体单色辐通量
x 108
规律：单 8
300℃
色7 280℃
（1）辐 射在56 某一固定温度下，250黑℃ 体单色辐射功率Eb随波长 而变化，
并功且4存在最大值；
率 3
其最大220℃值，随温度的增高向短波方向移动。
200℃
＊为2红外光学系统选择合适18105℃的0℃ 波段提供参考。
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■ 红外辐射
要点：
“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 :
军事方面：
民用方面：
• 军事侦察、监视、预警与跟踪 ； •红外测温；
• 红外制导；
•红外遥控；
• 红外通信；
•红外医疗；
• 军用夜视仪；
•红外加热；
• 探测隐身飞行器。
辐射功率E ： 为了从数量上表示物体的辐射能力，引入该物理量。 单位时间内从单位表面积上向半球空间各方向发射的全部波长
的总辐射能量，单位W/m2，用 E 表示。
单色辐射功率E ： 单位时间内从单位表面积上向半球空间各方向发射的某特定波
长的单位波长宽度内的能量，单位W/m2，用 E 表示。
若波长+范围内的辐射功率用E表示，则E可表示为：
•红外光谱技术。
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■ 测温技术
温度测量的方法：
接触法测温
热电偶 热电阻
辐射测温特点：
非接触法测温— 辐射测温法
优点：
应用：电力、冶金、化工橡胶等领域
• 响应速度快；
•焊接、炉窑、焦化、电力（变压器）
• 分辨率高；
• 适用于旋转、移动物体； •感应加热、塑料、玻璃
• 热容量小的物体；
•金属挤压成型
•热处理和退火
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2.3 斯蒂芬－玻耳兹曼定律（全辐射定律）
普朗克公式给出了绝对温度为T的黑体，单色辐射通量随 波长的分布，若从零到无穷大的波长范围内对普朗克公式积分， 就得到绝对温度为T的黑体，单位面积向半球空间发射的全波 长范围内的辐射通量。
• 腐蚀性场合；
• 接触式测温无法使用的场 6
合。
■ 测温技术
温度测量的方法：
接触法测温
热电偶 热电阻
辐射测温特点：
非接触法测温— 辐射测温法
缺陷： • 只能测得亮度温度或辐射温度;
• 外来光干扰(外部热源) 和 光路中干扰(水蒸汽、尘埃 等);
• 被测表面发射率变化，这是一个难题;
• 需适时用黑体炉检定或校验。

C1
5 e xpC 2
T 1
W/m 2 m
式中，
C1—第一辐射常数， C1 2hc 2 3.741832 0.0000201016 W m2
C2—第二辐射常数，
C2

hc K

1.438786
0.000045 10 2
m
K
—波长， m
T— 绝对温度， K