辐射测量的理论基础

黑体辐射

Figure 3a

所有物体均按其绝对温度的比例向周围辐射能量。尽管物体放射出的射线包括所有波长，但使工业温度测量可测的辐射范围是0.3µm到约20µm。从0.4µm到0.7µm是可视的范围。波长长于0.7µm的辐射处于人眼不可见的红外线范围。物体所释放的热能以参照同等温度下理想辐射体（习惯上称为黑体）所释放的能量来表示。黑体吸收所有其收到的辐射，并比在同一区域同等温度下的任何其它物质释放出更多的各波长间隔的热辐射。

尽管黑体是一种理想物体，并且不存在任何理想黑体，但特别构造的实验室资源的辐射效率同黑体相比能到达98%或者更高的效率。99.98%效率的实验室资源也已构建成功。制作黑体最普遍的方法是，使用表面有小孔的球形腔或者长度大于其直径的末段封闭管。球腔或管不透明的外壁保持在统一温度下。

如图3a（右方），这些构造为进入开口的任何放射线的复杂反应做好准备。因此，尽管球腔或管壁均受到轻微反射，经过多次反射之后，能量被吸收，即室温状态下，球腔或管的小孔在光谱可视部分显示为黑色，并且在光谱的其它区域能量几乎全部被吸收。任何既定温度下，小孔几乎按相同大小和同一温度黑体的速率释放能量。图3b说明商业二级基准熔炉，该熔炉以统一加热的球形腔小开口为基础。
 

另一个用于黑体源的构造是一个过于突出楔子，在这里该洞仅构成一个小角。楔子各边的复杂反应，令楔子显示为黑色。楔子的真正重要性属于概念性的。物体的表面粗糙度可以被看做机器表面或铸模上的许多小楔子。如果表面太过粗糙，楔子过于粗糙，并且，物体将具备辐射性能，如果表面光滑，这些辐射性能与黑体的辐射性能接近。 

 

图3b 球形腔 二级标准 200°到1200℃

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

史蒂芬-波兹曼定律

黑体释放能量的速率是由史蒂芬-波兹曼定律决定的:



本等式中假设物体接受绝对零度下的辐射。实际情况下，接受辐射的物体在T R温度下，并以以下速率对黑体进行辐射:

受体的每单位面积。因此，辐射到受体的净能量为:


如果K是常数，则将黑体和受体的面积以及二者间的距离考虑在内。

这些等式给出整个光谱中所有波长的辐射量。在更多具体应用中，如果接收物体（例如，辐射温度计中的探测器）仅有效地对光谱短波部分做出反应，Wien-Planck定律和Wien Laws定律则更适用:
 

Wien-Planck 定律

Wien-Planck定律表示黑体每单位面积释放的辐射量，该辐射量作为波长 I 和温度 T 的函数:

本函数为图4中的各温度而设定。

C₁, 第一辐射常数= 3.7418 x 10^-16 watts/m²

C_2,  第二辐射常数= 1.43879 x 10² m · K
 

Wien 定律

如果 C₂/ l T 远大于 1, 那么Wien-Planck定律可以通过Wien定律大致估计。

如果l T小于0.003 meter • K(3000m m.K)，本算式1%与Wien-Planck相一致。

0.65mm波长时，本条件存在温度为4600K以下。因此，高度精确的Wien定律通常用于光纤高温计的场内。
 

Wien 的位移定律

见图4。可以观察到，随着温度上升，不仅每单位面积的辐射量增加，而且辐射量最大处的波长也转化为较短的波长。

每单位面积最大辐射量的波长值，是由Wien的位移定律决定的。




图4 辐射强度是波长和温度的函数 (Planck定律)

关于Wien的位移定律的更多信息

关于红外线理论更具体的评论，您可以在此下载一节我们的“Mikron黑皮书”参考资料：

IR传感器（230KB）应用说明#IR传感器理论

黑体源（830KB）应用说明#BB

 

Calibration Geometry

pdf Download

---

本页的版权受到保护，并且限制商业使用和出版。如果原始版权信息包含在内，可以制作供学院或研究使用和分发的副本。您可以在LumaSense Technologies网站直接与本页或其它页面进行链接。.