什么是發射率？

如果要使用熱像儀測量絕對溫度，則必須對“發射率”有有效的了解。

發射率是衡量材料輻射熱量的程度的指標。它是材料輻射的熱量與完美散熱器（黑體）在相同溫度下輻射的熱量之比。它是介于 0（對于完美反射器）和 1（對于完美發射器）之間的無量綱數。

熱像儀捕獲的溫度測量值在客觀上似乎很容易理解。實際上，溫度測量由三個部分組成：透射能量、反射能量和發射或輻射能量。

傳輸的能量是穿過物體的能量成分。能量傳輸的一個常見例子是通過玻璃窗流入的日光。

反射能量是從目標反彈回相機的能量。就像拋光鏡子可以反射你的肖像一樣，熱能也可以反射。反射程度取決于材料和表面。

發射（或輻射）能量是目標固有的能量。這種類型的能量是由物體產生的，或者是物體與周圍環境溫差的結果。熱能通過傳導、對流或輻射從較高溫度的物體流向較低溫度的物體。

有用的例子可以在燈泡的光或電加熱器的熱能中找到。這些能源向周圍環境釋放或散發熱能，起到平衡溫度不平衡的作用。

在大多數情況下，在測量物體的溫度時，我們主要對發射的輻射能感興趣。傳輸和反射的能量會增加系統的偏差或測量誤差，并降低測量精度。因此，有一種實用的方法來表達發射率、透射率和反射之間的關系是有用的。

發射率公式

發射率公式提供了一種計算能量分量相對強度的方法。公式表示為：

1 = 透射 + 反射 + 發射

該公式基于所有能量源（透射、反射和發射）的總和的組合值為 1 的想法。每個分量在總數中貢獻相應的分數或百分比。由于我們假設所有分量的總和為 1，因此我們可以計算發射的總能量。我們可以通過簡單地從 1 中減去分數透射和反射分量來做到這一點。

因此，通過重新排列原始公式，我們得出：

1 –（透射+反射）=發射

如果精確的溫度測量至關重要，則必須將反射和傳輸的能量降至最低。這是優化發射能量和其他能量分量之間的信偏比所必需的。

傳輸注意事項

一般來說，大多數材料不能很好地傳輸熱能或熱輻射。因此，熱成像攝像機的鏡頭必須由不尋常且通常稀有的材料制成。鍺（Ge）、藍寶石或硒化鋅（ZnSe）等材料。

選擇紅外透鏡材料時，必須注意根據需要透射的紅外光譜部分選擇正確的材料。一般來說，反射能量往往比傳輸能量更受關注。需要注意的是，一些塑料，尤其是塑料薄膜，能夠在紅外光譜中傳輸能量。雖然反射在大多數情況下對測量精度的影響更大，但透射可能是一個考慮因素，具體取決于您的應用。

反射注意事項

如果您正在測量（紅外）不透明物體，則透射將為零，發射率公式變為：

1 – 反射 = 發射

這簡化了等式，但可能不會像最初想象的那樣降低復雜性。雖然透射并不常見，但許多材料都會反映熱能。這會產生兩個潛在問題：第一個問題涉及從高反射測量目標獲得可靠的測量結果。二是感興趣對象附近其他熱源的影響。

像拋光金屬這樣的閃亮、反光表面是最具挑戰性的。在拋光鋁的情況下，透射率為零;熱能不會直接通過或傳輸金屬。但是，反射率很高，高達0.9。

如果所有能量的總和等于1，反射率為0.9或90%，則發射率將非常低。發射率可能約為信號的0.1%或10%。另一方面，如果相同的鋁表面具有暗淡和黑暗的表面，這將大大減少反射。在低反射率下，并且沒有通過材料傳輸，測量的熱能中有較大百分比將被發射能量。

實際上，拋光鋁的發射率為0.1。但是，如果對鋁進行陽極氧化處理，則可以將表面的發射率提高到0.65或更好。這取決于陽極氧化鋁的金屬表面光潔度和粗糙度。

發射率遠低于0.65的測量對象通常不再產生非常好或準確的結果。但是，這取決于應用、零件幾何形狀、環境和特定要求。

影響測量精度的其他因素

大氣的環境溫度（本質上是反射的雜散輻射）也會對測量產生一些影響。如果要優化測量精度，則值得在熱像儀中設置環境溫度配置。

如果物體溫度接近環境空氣溫度，環境輻射將對精度產生更大的影響。這是因為目標具有較低的發射率值。基于目標輻射的發射率分量將占據測量值的較小比例。大氣和反射雖然值較低，但將占發射率“餡餅”的較大比例，如下圖所示。

視角也會對溫度測量產生影響。如果您的相機以一定角度安裝，則發射的能量將損失一定百分比。損失金額將取決于角度。當相機傳感器的平面平行于表面時，將收集最準確的溫度測量值。

角度越大，相機傳感器檢測到的發射能量就越少。此外，環境輻射對最終測量的影響就越大。

目標附近的熱物體如何影響測量

如前所述，如果目標附近有熱物體，反射率的影響將更加復雜。從閃亮物體表面反射的熱物體可能會壓倒小得多的發射率輸出。

從光滑表面反射的明亮陽光幾乎總是會影響您的測量值。如前所述，總溫度包括反射能量，因此熱物體的反射會增加噪聲并降低結果。在確定相機相對于目標的位置時，始終牢記這一點。

根據目標的物理特性，熱物體也可能產生意想不到的傳輸問題。如果您的熱像儀可以穿透目標材料，那么它后面的熱物體可能會突然扭曲您的測量值。

特別是如果您想測量某些塑料的表面，您需要意識到這一點。確保你沒有通過目標傳輸大量的能量。您可能會發現您正在從目標后面獲取溫度，而不是目標的溫度。

本文涉及發射率的一些基礎知識。還有其他考慮因素，例如鏡頭的透射特性。基于相機與物體之間距離的大氣效果，依此類推。

在評估溫度精度和熱成像對您的應用的適用性時，發射率只是眾多考慮因素之一。