常见非金属、金属表面辐射率
常用非金属材料
常用非金属材料非金属材料包括除金属材料以外几乎所有的材料，主要有各类高分子材料（塑料、橡胶、合成纤维、部分胶粘剂等）、陶瓷材料（各种陶器、瓷器、耐火材料、玻璃、水泥及近代无机非金属材料等）和各种复合材料等。
本章主要介绍高分子材料、陶瓷和复合材料。
工程材料仍然以金属材料为主，这大概在相当长的时间内不会改变。
但近年来高分子材料、陶瓷等非金属材料的急剧发展，在材料的生产和使用方面均有重大的进展，正在越来越多地应用于各类工程中。
非金属材料已经不是金属材料的代用品，而是一类独立使用的材料，有时甚至是一种不可取代的材料。
第一节高分子材料高分子材料又称为高聚物，通常，高聚物根据机械性能和使用状态可分为橡胶、塑料、合成纤维、胶粘剂和涂料等五类。
各类高聚物之间并无严格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工艺，可以制成塑料，也可制成纤维，比如尼龙就是如此。
而象聚氨酯一类的高聚物，在室温下既有玻璃态性质，又有很好的弹性，所以很难说它是橡胶还是塑料。
一、塑料按照应用范围，塑料分为三种。
1．通用塑料通用塑料主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等六大品种。
这一类塑料的特点是产量大、用途广、价格低，它们占塑料总产量的3/4以上，大多数用于日常生活用品。
其中，以聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯这四大品种用途最广泛。
（1）聚乙烯（PE）生产聚乙烯的原料均来自于石油或天然气，它是塑料工业产量最大的品种。
聚乙烯的相对密度小（0.91～0.97），耐低温，电绝缘性能好，耐蚀性好。
高压聚乙烯质地柔软，适于制造薄膜；低压聚乙烯质地坚硬，可作一些结构零件。
聚乙烯的缺点是强度、刚度、表面硬度都低，蠕变大，热膨胀系数大，耐热性低，且容易老化。
（2）聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯是最早工业生产的塑料产品之一，产量仅次于聚乙烯，广泛用于工业、农业和日用制品。
聚氯乙烯耐化学腐蚀、不燃烧、成本低、加工容易；但它耐热性差冲击强度较低，还有一定的毒性。
热辐射与辐射换热
思考：兰贝特定律是否说明黑体对外辐射的能量在空间各个方向是相等的？
黑体单位面积辐射出去的能量在空 间的不同方向分布是不均匀的，其
定向辐射力随纬度角呈余弦规律
根据前面的定义可知，物体的吸收比除与自身表面 性质的温度有关外，还与投入辐射按波长的能量分 布有关。设下标1、2分别代表所研究的物体和产生 投入辐射的物体，则物体1的吸收比为
1
0
(,T1)b(,T2)Eb(T2)d 0b(,T2)Eb(T2)d
0 (,T1)Eb(T2)d
0
Eb
(T2)d
Eb T4 C01T004
5.67108 W/2(m K4)
C0 5.6 7W/2(m K4)
普朗克定律与Stefan-Boltzmann定律的关系
E b0 E bd0 ec2c(1 T )51dT4
华北电力大学
梁秀俊
高等传热学
Eb
2 1
Ebd
特定波长区段内的黑体辐射力
通常把波段区间的辐
3、当研究物体表面对太阳能的吸收时，一般不能 把物体当作灰体处理。
华北电力大学
梁秀俊
高等传热学
例、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。 试问树叶上、下面的哪一面结霜?为什么?
答：霜会结在树叶的上表面。因为清晨，上表面 朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的温度 低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。 由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空 辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而 上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。
三、实际物体的辐射与吸收
介质辐射吸收率和介质辐射发射率
介质辐射吸收率和介质辐射发射率在物理学和工程领域中是非常重要的概念。
它们是描述材料对辐射的相互作用和响应的参数，对于研究物质的热力学性质和应用于能源转化、传热、辐射散射等领域具有重要意义。
本文将从介质辐射吸收率和介质辐射发射率的概念、定义及物理意义、计算方法、影响因素等方面展开探讨，并结合一些具体的实例，帮助读者更加深入地理解这两个参数的重要性和应用。
一、介质辐射吸收率的概念、定义及物理意义介质辐射吸收率是描述材料吸收辐射能力的参数。
它是指在辐射通过介质时，介质吸收辐射能量的能力。
介质辐射吸收率通常用符号α表示，它的值范围在0到1之间，表示介质对辐射的吸收能力，α=0表示材料完全不吸收辐射，而α=1表示材料完全吸收辐射。
介质辐射吸收率的大小与材料本身的性质有关，如材料的化学成分、结构、厚度、密度等。
介质辐射发射率是描述材料辐射能力的参数。
它是指在一定温度下，材料辐射出的辐射能量占其理想黑体辐射能量的比值。
介质辐射发射率通常用符号ε表示，它的值范围在0到1之间，表示材料辐射能力的强弱，ε=0表示材料不发射辐射，而ε=1表示材料是完美的黑体。
介质辐射发射率的大小与材料的温度有关，温度越高，材料的辐射能力越强。
二、介质辐射吸收率和介质辐射发射率的计算方法介质辐射吸收率和介质辐射发射率的计算方法主要依赖于材料的性质和实验测量。
对于一些常见的材料，如金属、非金属、涂层等，可以使用一些经验公式进行估算。
而对于一些特殊的材料或工况，需要进行实际的测量和测试来确定其介质辐射吸收率和介质辐射发射率。
三、介质辐射吸收率和介质辐射发射率的影响因素介质辐射吸收率和介质辐射发射率的大小受多种因素影响。
首先是材料本身的性质，如化学成分、结构、表面粗糙度等。
其次是材料的温度和环境条件，温度的变化会直接影响材料的辐射能力。
再次是波长和入射角度的影响，不同波长的辐射对材料的吸收和发射能力有不同的影响。
四、介质辐射吸收率和介质辐射发射率的应用介质辐射吸收率和介质辐射发射率在能源转化、传热、辐射散射等领域具有广泛的应用。
LED照明灯具传热系统探究
LED照明灯具传热系统探究本文从LED灯具热设计原则、LED基板和散热器散热三个方面，探究LED 照明灯具热设计中对流传热和辐射传热。
标签：辐射，对流，热设计，热管理一、LED照明产品热设计的原则LED热设计涉及传热学、工程流体力学和人机工程学领域，其热能传递含热传导、热对流和热辐射三种途径。
对LED灯具进行熱管理，可以控制LED结温和散热器外表温度，也可以将散热器最优化，将灯具成本和整机性能取到一个平衡点。
进行热设计时，我们根据LED照明产品的结构特点，兼顾LED和驱动两部分，努力降低LED和驱动电子元器件的温度，同时要求散热设计简单、可靠。
二、LED照明灯具辐射和对流传热1.辐射传热简介辐射是电磁波传递能量的现象，按照产生电磁波的不同原因可以得到不同频率的电磁波，由于热的原因而产生的电磁波辐射成为热辐射（thermal radiation），热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的，只要物体的温度高于“绝对零度”（即0K），物体总是不断的把热能变为辐射能，向外发出热辐射。
同时物体亦不断地吸收周围物体投射到它表面上的热辐射，并把吸收的辐射能重新转变成热能。
辐射传热就是物体之间相互辐射和吸收的总效果。
实际物体的辐射力可以表示成：其中：为实际物体的发射率，习惯上称黑度为黑体辐射系数，其值为5.67W/（m2*K4）T为实际物体的热力学温度，单位为K热辐射不需要其他介质存在，而且在真空中传递的效率最高。
当辐射能进入固体，在一个极短的距离就被吸收完了，对于金属导体，这一距离只有1μm的数量级，对于大多数非导电材料，这一距离亦小于1mm，对于灯具材料而言，可认为固体和液体不允许热辐射穿透。
2.常见物体发射率物体表面的发射率取决于物质种类、表面温度和表面状况。
金属的发射率随表面温度上升而增大，随表面光洁度的升高而降低。
大部分非金属材料的发射率都很高，一般在0.85～0.95之间，且与表面状况（包括颜色在内）的关系不大，在缺乏资料时，可近似取作0.9。
常用的非金属材料介绍
常用的非金属材料介绍常用非金属材料可分为陶瓷、磨料、碳和石墨、石棉等无机材料及塑料、橡胶、胶粘剂等有机材料两大类。
1、塑料塑料的强度及刚度远低于金属材料，只适于制造承受载荷不大、对刚度要求不高的零件，如壳体、支架、手柄、手轮、防护挡板、仪表盖或框、覆盖板等，可以选用聚苯乙烯、酸性聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚、有机玻璃等。
传动零件一般承受载荷不大，低速时可用低压聚乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯，大的齿轮、齿条、凸轮、蜗轮、带轮等也可用塑料制造。
要求稍高一些的框架类零件且工作条件相对苛刻一些时，可选择的塑料有尼龙、MC尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯、聚氯醚（氯化聚醚）、夹布酚醛等。
受力较小的滑动轴承、轴套、导轨和某些密封圈，以及对材料的力学性能要求不高，但要求有良好的自润滑性能、低的摩擦系数和一定的耐油性及耐热性的，可以选用低压聚乙烯、尼龙1010、MC尼龙、聚氯醚、聚甲醛、聚四氟乙烯等。
在载荷不大的情况下，与无机耐蚀材料相比，塑料具有一定的优越性，因此塑料的应用比重日益增大。
由于不同的塑料品种，有的耐酸、有的耐碱、有的耐溶剂，因此要针对腐蚀条件选择塑料品种。
一般腐蚀条件可选用聚烯烃类塑料，若同时还要求有较高的力学性能时，可选聚气醚；既要求耐强酸、强氧化酸，又要求耐强碱时，采用氟塑料（如聚四氟乙烯）。
要求耐蚀的容器或其他零件，可采用塑料衬里结构、加强复合结构和涂层结构。
塑料因其优异的绝缘性能，也常用来制造电器零件。
普通电器元件要求绝缘、耐弧、耐燃及具有一定的强度和耐热性，可选用聚烯烃塑料、酚醛塑料、胺烃和环氧塑料等。
高压绝缘件选用交联聚乙烯、聚碳酸酯、氟塑料和环氧塑料。
高频绝缘件选用聚烯烃、氟塑料、聚酰亚胺、有机硅、聚丙醚、聚苯乙烯和聚丙烯等。
2、合成橡胶合成橡胶按用途分为通用橡胶和特种橡胶。
通用橡胶用来生产轮胎、传送带、传动带、胶管、胶辊、密封装置、减振装置等。
特种橡胶用来制造在特殊条件（如高温、低温，需要耐碱、耐酸、耐油及防辐射等）下使用的橡胶产品。
常见非金属材料汇总
常见⾮⾦属材料汇总⾮⾦属材料与⾦属材料都是⼯业发展的重要材料。
随着材料技术的发展，⾮⾦属材料在⼯业发展中的重要性也越来越⼤。
⾮⾦属材料⼀般具有以下特点：密度⼩质量轻、耐压强度⾼、硬度⼤、耐⾼温、抗腐蚀。
可以⼤概分为有机材料、⽆机材料及复合材料三种:1.有机材料：⽊材、⽪⾰、胶粘剂和⾼分⼦合成材料——合成橡胶、合成树脂、合成纤维等；2.⽆机材料：耐⽕材料、陶瓷、磨料、碳和⽯墨材料、⽯棉等；3.以⾮⾦属纤维增强树脂基所构成的复合材料。
在机械⼯程中，⾮⾦属材料的应⽤也是越来越⼴，下⾯把在⼯作中较为常见的⾮⾦属材料做了汇总，以⽅便⽐较选⽤:⼀、普通⼯程塑料1.聚氯⼄烯【牌号】PVC【俗称】PVC【代号】PVC【英⽂名】Polyvinyl Chloride【颜⾊】透明/灰⾊/⽩⾊/蓝⾊【密度】1.380【特性】1.聚氯⼄烯的最⼤特点是阻燃，因此被⼴泛⽤于防⽕应⽤。
但是聚氯⼄烯在燃烧过程中会释放出氯化氢和其他有毒⽓体，例如⼆恶英。
2.聚氯⼄烯有较好的电⽓绝缘性能，可作低频绝缘材料，其化学稳定性也好。
由于聚氯⼄烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出HCL⽓体，使聚氯⼄烯变⾊，所以其应⽤范围较窄，使⽤温度⼀般在-15~55℃之间。
3.聚氯⼄烯是世界上产量最⼤的塑料品种之⼀.聚氯⼄烯树脂为⽩⾊或浅黄⾊粉末.根据不同的⽤途可以加进不同的添加剂,使聚氯⼄烯塑件呈现不同的物理性能和⼒学性能.在聚氯⼄烯树脂中加⼈适量的增塑剂,就可制成多种硬质、软质和透明制品.纯聚氯⼄烯的密度为1.4g/cm3,加进了增塑剂和填料等的聚氯⼄烯塑件的密度⼀般在1.15 ~ 2.00g/cm3范围内.硬聚氯⼄烯不含或含有少量的增塑剂,有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能,可单独⽤作结构材料.软聚氯⼄烯含有较多的增塑剂,它的柔软性、断裂伸长率、耐冷性增加,但脆性、硬度、拉伸强度会降低。
【应⽤】由于聚氯⼄烯的化学稳定性⾼,所以可⽤于防腐管道、管件、输油管离⼼泵、⿎风机等.聚氯⼄烯的硬板⼴泛⽤于化学产业上制作各种贮槽的衬⾥,建筑物的⽡楞板、门窗结构、墙壁装饰物等建筑⽤材.由于电⽓尽缘性能优良⽽在电⽓、电⼦产业中,⽤于制造插座、插头、开关、电缆.在⽇常⽣活中,⽤于制造凉鞋、⾬⾐、玩具、⼈造⾰等。
电力设备红外精确测温
影响物体表面辐射率的因素主要有以下几个方 面：
材料：不同性质的材料对红外辐射的吸收、透 射性能各异。一般绝大多数纯金属表面的辐射 率都很低，而非金属材料，尤其金属氧化物在 红外光谱区则一般具有较高的辐射率，同种非 金属材料的变化也不大。
表面状态：一般来说，材料表面越粗糙，辐射 率将越高。抛光、光亮、平滑的表面辐射率较 低，而喷砂、不光滑的表面辐射率较高。
适用范围：电流致热型设备、电磁效应致热型 设备
主要依据：
GB/T 11022 《高压开关设备和控制设备标准的共 同技术要求》
GB 763—90 《交流高压电器在长期工作时的发热》 DL/T 664《带电设备红外诊断应用规范》附录C
热点位置：10kV 电容器组刀闸静 触头
热想特征：以触 头为中心的热像， 热点明显
主要依据：
DL/T 664《带电设备红外诊断应用规范》附录A
缺陷相CT热点温度 44.3 ℃，正常相对 应位置32.7 ℃。相 对温差78%。
温差11.6℃，符合 一般缺陷特征
刀闸B相出现过热，最 高温度103.9 ℃ ，最 低温度47 ℃ 。最大相 对温差达到110％；属 于紧急缺陷。停电后 进行处理缺陷消除， 温度恢复正常值。
几何形状：几何形状是指目标的物理外形，一个物 体即使有低辐射率的光滑表面，但如果其表面上有 孔，那么越深的孔里的辐射率就越高。
辐射波长：大部分物体辐射率不会随着波长的变化 而有太大的变化，我们常取整个波段辐射率的平均 值作为其辐射率值，但有的物体辐射率会随着波长 的变化而有显著变化。
温度：物体的温度对辐射率也有影响，但大多数情 况下影响较小。一般来说，非金属材料的辐射率随 温度升高而减小，金属的辐射率近似地随温度成比 例增大，比例系数与金属电阻率有关。
传热学热辐射基本定律和辐射特性
黑色油漆对可见光吸收比约0.9 。
4.温室效应
暖房： 玻璃和塑料薄膜对λ< 3μm太阳辐射的穿透率很高 对内部的物体热辐射 λ> 3μm常温辐射的穿透率很低
•温室气体：CO2、CFC制冷剂（R12等）对≥3μm的 红外波段吸收率高，而对于太阳辐射穿透率高
光谱辐射力特征： 光谱辐射力随温度升高而增加；
光谱辐射力随波长增加先增后减，具有最大Ebλ 光谱辐射力最大处的波长随温度不同而不同，随温度增加，λmax减小
(2) 维恩位移定律
光谱辐射力最大处的波长λmax与绝对温度T 的乘积为常数。 λmaxT = 2.898×10-3m·K≈ 2.9×10-3m·K =2900μm·K
E
d( )
dA d
E 2 E d
d():面积dA的微元面积，向空间纬度角方向的微 元立体角d内辐射的能量
兰贝特定律—— 黑体按空间方向的分布规律
表述1：黑体辐射的定向辐射强度与方向无关，即半球空间的各方向上的定 向辐射强度相等：
d( ) dAcos d
=I b
const
表述2：黑体单位辐射面积,单位立体角的定向辐射力
说明： （1）工程上遇到温度范围，热射线集中在红外范 围内（ 0.76~20μm ） （2）太阳辐射可见光占44.8%，红外线占45.1%， 紫外线占10.1% （3）常温20℃以下物体辐射几乎在3μm以上的红 外。
➢ 物体表面对热辐射的作用
（1）物体对热辐射的吸收、反射与穿透
根据能量守恒，有以下平衡方程：
微元立体角
d
dAc r2
➢ 黑体的定向辐射强度和定向辐射力：
E
d( )
dA d
实验测定 黑体
Eb,
电力设备_红外精确测温
不同类型设备缺陷判定原则
电流致热型设备：DL/T664 标准附录A
电压致热型设备： DL/T664 标准附录B。电压致热型设备 一般定为严重及以上缺陷
磁场致热型：参照电流致热型判据处理 其他类型：参照GB/T 11022规定最高允许温度及运行经验 确定
表面温度判断法 同类比较法 图像特征判断法 相对温差法 档案分析法 实时分析法
几何形状：几何形状是指目标的物理外形，一个物 体即使有低辐射率的光滑表面，但如果其表面上有 孔，那么越深的孔里的辐射率就越高。 辐射波长：大部分物体辐射率不会随着波长的变化 而有太大的变化，我们常取整个波段辐射率的平均 值作为其辐射率值，但有的物体辐射率会随着波长 的变化而有显著变化。 温度：物体的温度对辐射率也有影响，但大多数情 况下影响较小。一般来说，非金属材料的辐射率随 温度升高而减小，金属的辐射率近似地随温度成比 例增大，比例系数与金属电阻率有关。
断路器顶帽和下法兰为中
心热像，先法兰温度高于 顶帽温度。图像特征符合 断路器中间触头接触不良 特点。
适用范围：电流致热型设备，特别是对小负荷
电流致热型设备可降低小负荷缺陷的漏判率。
主要依据：
DL/T 664《带电设备红外诊断应用规范》附录A
缺陷相CT热点温度
44.3 ℃，正常相对 应位臵32.7 ℃。相 对温差78%。
28.7℃
25
20
15 14.4℃ 54.8℃
41.6℃
热成像技术是一门多样化的技术，它涉及各个 领域各个学科很多知识和技术。要掌握好热成 像技术，仅仅会拍摄一张热图像是不够的。你 必须能够分析热图，理解你所看到的结果。这 就涉及到下面的知识： 1).辐射知识 2).红外理论 3).仪器操作 4).热图像拍摄技术 5).热图像分析技术
辐射技术 在工业方面的应用
在工程技术中，在日常生活中，辐射换热现象是屡见不鲜的。
太阳对大地的照射是最常见的辐射现象。
高炉中灼热的火焰会烘烤得人们难以忍受‘太阳对人造卫星的辐射，会使卫星的朝阳面的温度明显地高于卫星背阳面的温度；高温发动机部件与飞机机体之间的辐射换热严重地影响着飞机的结构与强度设计，等等。
特别是近年来，人类对太阳能的利用，都大大地促进了人们对辐射换热的研究。
本章首先介绍辐射的基本特性和基本规律；然后重点讨论物体之间的辐射换热规律；最后对气体辐射换热的特点作扼要的介绍。
第一节基本概念1－1 热辐射的本质和特征由于不同的原因，物体能够向其所在的空间发射各种不同波长的电磁波；不同波长的电磁波具有不同的效应，人们可以利用不同波长的电磁波效应达到一定的目的。
比如，人们可以利用无线电波传送信息，利用x射线穿透物质的能力进行零件探伤，利用热射线传递热能，等等。
人们根据电磁波不同效应把电磁波分成若干波段。
波长λ＝0.38一0.76μm的电磁波段称为可见光波段λ＝0.76—1000 μm的电磁波段称为红外波段(一般将红外波段范围又分为近红外波段和远红外波段，近红外波段为λ＝0.7—25μm，远红外波段为λ＝25—1000μm)；波长大于1000μm的电磁波段称为无线电波段(根据其波长的不同又可分为雷达、视频和广播三个波段)；波长小于0.4μm的电磁波依次分为紫外线、x射线和Y射线等。
可见光和红外线以及紫外线的一部分被物体吸收后产生热效应，即波长λ＝0.1—1000 μm范围内的电磁技能被物体吸收变为热能，因此，这一波长范围的电磁波称为热射线。
因为在一般常见的工业温度条件下，其辐射波长均在这一范围，所以本课程所感兴趣的将是热射线，下面将专门讨论这一波长范围内电磁波的发射、传播和吸收的规律。
一、热辐射的本质和特点1、发射辐射能是各类物质的固有特性。
当原子内部的电子受温和振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，这就是辐射。
红外测温注意事项
红外测温注意事项辐射率是一个物体相对于黑体辐射能力大小的物理量，它除了与物体的材料形状、表面粗糙度、凹凸度等有关，还与测试的方向有关。
若物体为光洁表面时，其方向性更为敏感。
不同物质的辐射率是不同的，红外测温仪从物体上接收到辐射能量大小正比于它的辐射率。
根据基尔霍夫定理：物体表面的半球单色发射率(ε)等于它的半球单色吸收率(α)，ε=α。
在热平衡条件下，物体辐射功率等于它的吸收功率，即吸收率(α)、反射率(ρ)、透射率(γ)总和为1，即α+ρ+γ=1；对于不透明的(或具有一定厚度)的物体透射率可将γ近似视为0，那么只有辐射和反射(α+ρ=1)。
当物体的辐射率越高，反射率就越小，背景和反射的影响就会越小，测试的准确性也就越高；反之，背景温度越高或反射率越高，对测试的影响就越大。
如镜面表面，其反射率高，热成像仪接收到的能量可能不是其自身辐射的能量，而是反射的其它物体发出的辐射能，这就会造成测试结果失真。
在实际的检测过程中，必须尽可能将测温仪中设定的辐射率与被测表面的实际辐射率设置为相同，以减小所测温度的误差。
当被测表面为镜面时（反射率较大），可以使用一些涂料将其涂黑，降低反射率；发射率的影响因素如下：1.材料：不同材料的发射率不同，如铜的发射率一般来说比铝高；2.表面光洁度：通常表面粗糙的材料发射率比光洁表面高；3.表面颜色：以黑色为代表的深色系表面发射率比浅色系高；4.表面形状：表面有凹陷、夹角或不平整规则的部位比平整的部位发射率高；如通常我们在检测模具加热时会发现温度有偏高的部位，但实际上该模具温度是均匀的，偏高的位置往往是表面不规则的部分；大多数非金属材料（如塑料、油漆、皮革、纸张等）发射率可设置为0.95，相同材质、不同颜色的目标其发射率非常接近，误差通常不超过测量精度范围；部分表面光亮的非金属材料发射率较低（如瓷砖、玻璃等）；当不知道测试表面的发射率时，通常采用如下方法来处理：1.绝缘胶带法：将绝缘胶带（已知发射率）贴于被测物体表面，通过调整红外热像仪发射率，使被测材料表面的温度与贴有绝缘胶带表面温度相同或接近，此时的发射率即为被测材料物体正确的发射率。
Advanced Energy高温计产品说明书
用于非接触式测温的高精度红外测温仪Advanced Energy高温计是一种采用红外辐射原理的测温仪表，即它们检测物体的红外辐射测定温度。
在许多工业领域，使用非接触测温仪表是一项重要技术。
例如，它用于控制整个工厂过程或测量甚至最小的部件，以确保稳定的质量水平。
Advanced Energy基于多年的研究和客户实际应用需求开发出丰富的高温计产品组合，为几乎所有应用需求提供了完善的解决方案。
对于本手册未列入的特殊解决方案，还可根据客户或应用的特定要求进行快速调整。
本手册概述介绍各种高温计及其所有相关事项。
仪表按应用领域以及其下的产品序列分类。
高温计概述2 ad v 非接触式测温金属、 陶瓷和石墨表面金属辐射率—金属部件在加工后经常呈现明亮表面，加热时 表面会变化。
如果温度超过300°C，通常出现 锈蚀色和氧化皮增加的现象，这需要考虑避免 测量错误。
闪亮的金属表面强烈反射红外辐射，即反射系数较高，而辐射系数较低。
热物体具有高反射系数，如果它靠近需要读取 温度的位置，会影响读数（特别是物体温度较 高时）。
明亮金属表面的短波辐射率较高并随着波长增加而下降。
如果金属表面出现氧化和污染，则结果可能不稳定，辐射率可能受到温度和/或波长的严重影响。
Emissivity, % 38系列便携式便携式高温计8系列—适于测量金属、陶瓷和石墨等或者浇注液流或焦炉内等特殊应用的便携式高温计。
⏹ 用于小光斑尺寸的精密光学装置⏹ 坚固的压铸外壳，适用于严酷环境⏹ 支持大数据存储⏹ 响应时间短，可用于测量快速过程⏹ 在外壳、取景器和多功能显示器上显示温度特色产品6系列测温+热成像ISR 6-TI高级型—首款工业级混合高温计-高温测定和热成像组合的单一解决方案。
⏹ 带短波红外滤光片的内置摄像机⏹ 相对于精确的高温计温度读数，自动校准热成像⏹ 定义和评估热成像中的ROI（目标区域）⏹ 包括视频电缆和视频-USB采集卡特色产品4 ad v ISR 6 高级型ISR 6-TI 高级型高精度数字式快速高温计采用双色设计（可切换至单色模式），具有模拟输出和数字接口、可聚焦光学装置以及集成inteLED显示器。
常见非金属、金属表面不同波段的辐射率
第1章非金属的发射率表（.=不推荐）以下值为近似值，根据材料的实际表面和条件不同可能会有所变化。
材料发射率μmμmμm8-14 μm 石棉沥青.黑陶瓷.碳未氧化石墨碳化硅.陶瓷黏土.混凝土布料.玻璃平板.玻璃坯. . .沙砾.石膏.冰.石灰岩.涂料(非铝)纸张(任何颜色) .塑料不透明.大于20密耳.橡胶.沙子.雪.泥土.水.木头，（天然）.第2章金属的发射率表以下值为近似值，根据材料的实际表面和条件不同可能会有所变化。
材料发射率μm μm 8-14μm 铝未氧化氧化铝合金A3003氧化.毛面光面黄铜光面砑光面. .氧化铬.铜光面. .毛面.氧化电气接线端子. .金合金铬镍铁合金氧化喷砂电抛光面铁氧化未氧化铁锈.熔融铁，铸铁氧化未氧化熔融.035铁，锻造钝铁铅光面毛面氧化.镁汞.钼氧化未氧化镍氧化电解铂黑.银. .钢冷轧地垫. .光泽钢片熔融氧化不锈钢锡(未氧化)钛光面氧化.钨.光面锌氧化光面.。
折射率与介电常数之间的关系
折射率与介电常数之间的关系1 可见光和金属间的相互作用可见光入射金属时，其能是可被金属表层吸收，而激发自由电子，使之具有较高的能态。
当电子由高能态回到较低能态时，发射光子。
金属是不透光的，故吸收现象只发生在金属的厚约100nm 的表层，也即金属片在100nm 以下时，才是“ 透明” 的。
只有短波长的X －射线和γ －射线等能穿过一定厚度的金属。
所以，金属和可见光间的作用主要是反射，从而产生金属的光泽。
2 可见光和非金属间的作用1) 折射当光线以一定角度入射透光材料时，发生弯折的现象就是折射（Refraction ），折射指数n 的定义是：光从真空进入较致密的材料时，其速度降低。
光在真空和材料中的速度之比即为材料的折射率。
如果光从材料1 ，通过界面进入材料2 时，与界面法向所形成的入射角、折射角与材料的折射率、有下述关系：介质的折射率是永远大于1 的正数。
如空气的n=1.0003 ，固体氧化物n=1.3 ～2.7 ，硅酸盐玻璃n=1.5 ～1.9 。
不同组成、不同结构的介质，其折射率不同。
影响n 值的因素有下列四方面：a) 构成材料元素的离子半径根据Maxwell 电磁波理论，光在介质中的传播速度应为：μ 为介质的导磁率，c 为真空中的光速，ε 为介质的介电常数，由此可得：在无机材料这样的电介质中，μ ＝1 ，故有说明介质的折射率随其介电常数的增大而增大。
而介电常数则与介质极化有关。
由于电磁辐射和原子的电子体系的相互作用，光波被减速了。
当离子半径增大时，其介电常数也增大，因而n 也随之增大。
因此，可以用大离子得到高折射率的材料，如PbS 的n=3.912 ，用小离子得到低折射率的材料，如SiCl 4 的n=1.412 。
b) 材料的结构、晶型和非晶态折射率还和离子的排列密切相关，各向同性的材料，如非晶态（无定型体）和立方晶体时，只有一个折射率(n 0 ) 。
而光进入非均质介质时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别有两条折射光线，构成所谓的双折射。
热辐射基本定律和辐射特性
例7-1：试分别计算温度为2000K和5800K的黑
体的最大光谱辐射力所对应的波长m 。
解：按 m T2.910 3m K计算：
当T=2000K时， m2.9 210 0 3K m 0K 01.4 510 6m
当T=5800K时，
m2.9 518 0 3K m 0K 00.510 6m
可见工业上一般高温辐射（2000K内），黑体最大光 谱辐射力的波长位于红外线区段，而太阳辐射 （5800K）对应的最大光谱辐射的波长则位于可见光 区段。
dω为微元立体角
E
d 2Q
ddA
方向辐射力与辐射力之间的关系： E
E d
2
dQ
df
dQλ
r
dφ
dA
dA
（a）微元表面总辐射 （b）微元表面单色辐射
dA
（c）微元表面方向辐射
立体角是用来衡量空间中的面相对于某一点所 张开的空间角度的大小，如图c所示，其定义为：
d df r 2
df为空间中的微元面积，r为该面积与发射点之 间的距离。
普朗克定律表示的是黑体的辐射能按波长的分
布规律，给出了黑体的单色辐射力与热力学温 度T、波长之间的函数关系，由量子理论得到 的数学表达式为：
Eb
c1
5 ec2 (T )
1
c1为第一辐射常数，c1=3.74210-16W·m2； c2为第二辐射常数，c2=1.4388 10-2m·K
图中给出了在温度为参变量下的单色辐射力随
解：在热平衡条件下，黑体温度与室温相同， 辐射力为：Eb1c01T104 05.67m2W K4217 2 07 04 3K4
45W 9 2 /m
327℃黑体的辐射力为
《传热学》第8章-热辐射基本定律及物体的辐射特性
2. 斯忒藩—玻耳兹曼定律
v 斯忒藩（J. Stefan）—玻耳兹曼（D. Boltzmann）定律确 定了黑体的辐射力Eb与热力学温度T之间的关系
v 斯忒藩在1879年从实验中得出，后来玻耳兹曼于1884年运
用热力学理论进行了证明。
斯忒藩—玻耳兹曼 常数，又称为黑体
辐射常数
Eb = σT 4
σ= 5.67×10-8
光谱辐射力: 只对某一波长辐射能的辐射力, Eλ ,单位为W/m3。
∞
∫ E =
E
0
λ
dλ
定向辐射力: 单位时间内，单位面积物体表面向某个方向发射 的单位立体角内的辐射能 , Eθ,单位是W/(m2⋅Sr)。
∫ E = Ω=2π Eθ dΩ
∫ E = L(θ) cosθdΩ Ω =2π
2
8-2 黑体辐射的基本定律
∫ ∫ Fb(λ1−λ2 ) =
Eb(λ1 −λ2 ) Eb
=
λ2 0
Ebλ dλ
−
Eb
λ1 0
Ebλ dλ
Eb
=
Fb (0−λ2 ) −
Fb (0−λ1 )
[ ] E = b(λ1 −λ2 ) Fb(0−λ2T ) − Fb (0−λ1T ) Eb
例题
v 试计算太阳辐射中可见光所占的比例。
解：太阳可认为是表面温度为T = 5762 K的黑体，可见光的 波长范围是0.38～0.76µm ，即λ1 = 0.38 µm , λ2 = 0.76 µm , 于是
∞
2 Ebλ dλ Eb
Fb(0−2) =0.02 .6341
= 0.45Fb(0−2) + 0.1(1− Fb(0−2) )
0.1
无锡电热电器ST200系列在线红外线测温仪使用说明书
ST200系列在线式红外测温仪使用说明书ST200-A：250℃~1200℃ST200-B：600℃~1400℃ST200-C：700℃~1800℃ST200-D：800℃~2500℃ST200-E：1000℃~3000℃无锡电热电器有公司一、概述图1: 仪器一切温度高于绝对零度的物体时时刻刻都在不停的辐射红外能量，物体辐射的红外能量的多少与物体的表面温度存在一定的函数关系。
通过探测器接收物体辐射能量再经过计算获得物体表面温度的方法称为红外测温。
红外测温具有响应速度快、灵敏度高、准确度高和测温范围广的优点，尤其是其非接触测量的特点，使红外测温在测量运动物体和难以接近的物体的温度方面得到了很好的应用。
二、技术参数2.1 测温范围：ST200-A：250℃~1200℃ST200-B：600℃~1400℃ST200-C：700℃~1800℃ST200-D：800℃~2500℃ST200-E：1000℃~3000℃2.2 测量精度：±1% FS2.3重复精度：±0.5%2.4响应时间：≤200 ms2.5分辨率：1℃2.6 辐射率：0.10~1.00可调步长0.012.7 距离系数：200:12.8 工作波段：2.1 um ~2.4 um2.9 测温方式：最大值、平均值、实时值测量2.10 时间间隔：1~99秒步长1秒2.11信号输出： 4~20 mA和RS4852.12工作环境温度：-10℃~60℃带水冷：可到150℃红外测温仪一般由光学系统、红外探测器、电信号处理2.14尺寸：L:186mm Ф:62mm2.15重量：0.60Kg，带水冷套吹尘器重量为1.6Kg2.16电源：24V DC ±10%，100mA以上参数若有个别改变恕不通知。
三、使用说明3.1显示与按键仪器有3个按键分别为：MODE、▲、▼。
图2:显示与按键3.2测温方式选择Array本仪器具备三种测温方式，即：实时值测量（TEM）：被测目标的当前温度值。
热辐射现象基本概念、特点与应用
分布特征。
E
dQ dA
d 2Q
ddA
Eλ为物体表面的单色辐射力；dQλ为微元面积dA向半球空间辐 射出去的某一波长的辐射能；λ为热射线的波长，单位为μm。
辐射力和单色辐射力之间的关系 :
热辐射现象的基本概念、特点和应用
E E d
0
17
③ 方向辐射力（定向辐射力）
6 热辐射现象的基本概念、特点和应用
辐射换热的主要影响因素： （1）物体本身的温度、表面辐射特性； （2）物体的大小、几何形状及相对位置。
7 热辐射现象的基本概念、特点和应用
（2）物体表面对电磁波的作用
当热辐射的能量投射到物体表面上时，会发生吸收、反射和
穿透现象。若外界投射到物体表面上的总能量为Q，一部分Q
辐射换热：以热辐射的方式进行的热量交换。
5 热辐射现象的基本概念、特点和应用
➢ 只要物体的温度高于0K，物体总是不断地把热能变化辐射 能，向外发出热辐射。 ➢ 同时，物体也不断地吸收周围物体投射到它上面的热辐射， 并把吸收的辐射能重新转变成热能。 ➢ 辐射换热就是指物体之间相互辐射和吸收的总效果。 ➢ 一个物体如果与另一个物体相互能够看得见，那么它们之间 就会发生辐射热交换。 ➢ 热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播。
7.2 黑体热辐射的位时间单位辐射面积 向半球空间辐射出去的一切波长的辐射能量。
E dQ dA
式中：E为辐射力，其单位为W/m2；dQ为微元面积dA向半球 空间辐射出去的总辐射能。
16 热辐射现象的基本概念、特点和应用
② 单色辐射力（光谱辐射力）
单色辐射力被定义为单位时间单位辐射面积向半球空间辐射 出去的某一波长范围的辐射能量，用来描述辐射能量随波长的
常见非金属、金属表面辐射率
常见非金属、金属表面辐射率常见非金属表面辐射率材料辐射率值可棉0.95沥青0.95玄武岩0.70砖红色的0.93金钢砂陶瓷0.90 0.95粘土0.95混凝土0.95布0.95玻璃0.85石子0.95石膏0.80-0.95冰0.95油漆无色透明0.92 暗黑色0.97橡胶石灰0.95 0.98涂料无碱性0.90-0.95 纸任何颜色0.95塑料不透明0.95雪0.90土壤干0.92 泥0.95水沙(粗矿石)0.93 0.90木料自然的0.90-0.95常见金属表面辐射率材料辐射率值铝非氧化0.02-0.10 氧化0.20-0.40氧化铝氧化0.30粗糙的0.10-0.30抛光的0.02-0.10黄铜抛光的0.01-0.05 磨亮的0.30氧化的0.50铬0.02-0.20铜抛光的0.03磨亮的0.05-0.10氧化的0.40-0.80金0.01-0.10镍铬铁合金氧化的0.70-0.95 磨沙的0.30-0.60电解抛光0.15 铗氧化的0.50-0.90 非氧化的0.05-0.20生锈的0.50-0.70铸铁氧化的0.60-0.95 非氧化的0.20熔化的0.20-0.30锻铗无光泽的0.90铅抛光的0.05-0.10 粗糙的0.40氧化的0.20-0.60镁0.02-0.10汞0.05-0.15钼氧化的0.20-0.60 非氧化的0.10镍铜合金0.10-0.14镍氧化的0.20-0.50 电解质的0.05-0.15铂黑0.90银0.02锡非氧化的0.05钨抛光的0.03-0.10钢冷轧钢0.70-0.90 毛板0.40-0.60抛光板0.10氧化的0.70-0.90不锈钢0.10-0.80钛抛光的0.05-0.20 氧化的0.50-0.60锌氧化的0.10 抛光的0.02。
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常见非金属表面辐射率
材料辐射率值可棉0.95
沥青0.95
玄武岩0.70
砖红色的0.93
金钢砂陶瓷0.90 0.95
粘土0.95
混凝土0.95
布0.95
玻璃0.85
石子0.95
石膏0.80-0.95冰0.95
油漆无色透明0.92 暗黑色0.97
橡胶石灰0.95 0.98
涂料无碱性0.90-0.95 纸任何颜色0.95
塑料不透明0.95
雪0.90
土壤干0.92 泥0.95
水沙(粗矿石)0.93 0.90
木料自然的0.90-0.95
常见金属表面辐射率
材料辐射率值
铝非氧化0.02-0.10 氧化0.20-0.40
氧化铝氧化0.30
粗糙的0.10-0.30抛光的0.02-0.10
黄铜抛光的0.01-0.05 磨亮的0.30
氧化的0.50
铬0.02-0.20
铜抛光的0.03
磨亮的0.05-0.10氧化的0.40-0.80
金0.01-0.10
镍铬铁合金氧化的0.70-0.95 磨沙的0.30-0.60电解抛光0.15
铗氧化的0.50-0.90 非氧化的0.05-0.20生锈的0.50-0.70
铸铁氧化的0.60-0.95 非氧化的0.20
熔化的0.20-0.30
锻铗无光泽的0.90
铅抛光的0.05-0.10 粗糙的0.40
氧化的0.20-0.60
镁0.02-0.10汞0.05-0.15
钼氧化的0.20-0.60 非氧化的0.10
镍铜合金0.10-0.14
镍氧化的0.20-0.50 电解质的0.05-0.15
铂黑0.90
银0.02
锡非氧化的0.05
钨抛光的0.03-0.10
钢冷轧钢0.70-0.90 毛板0.40-0.60抛光板0.10
氧化的0.70-0.90不锈钢0.10-0.80
钛抛光的0.05-0.20 氧化的0.50-0.60
锌氧化的0.10 抛光的0.02。