Что такое коэффициент излучения

Основные понятия термографии — излучение, отражение, пропускание

Тепловизор регистрирует инфракрасное излучение от всех объектов, расположенных в поле его зрения. Это излучение состоит из трех частей:
– излучаемого объектом;
– отраженного от объекта;
– проходящего через объект.

Что такое коэффициент излучения

Коэффициент излучения (КИ) — это степень способности материала излучать инфракрасное излучение.

КИ изменяется в зависимости от материала, свойств поверхности и для некоторых материалов — от температуры измеряемого объекта.

Максимальное значение коэффициента излучения = 1 (100%), в реальных условиях КИ всегда меньше 1.

У живых тел КИ также меньше 1, т. к. живые тела также отражают и пропускают излучение.

Многие неметаллические материалы, например, органические вещества, бетон, ПВХ, имеют высокую излучательную способность (от 0,8 до 0,95). Коэффициент излучения у таких материалов от температуры не зависит.

Металлы, особенно материалы с блестящей поверхностью, имеют низкую излучательную способность. У таких металлических материалов коэффициент излучения зависит от температуры.

Коэффициент излучения ε можно задать в тепловизоре вручную. О способах определения КИ читайте здесь.

Что такое коэффициент отражения

Коэффициент отражения — это степень способности материала отражать инфракрасное излучение.

Коэффициент отражения зависит от свойств поверхности, температуры и типа материала.

Как правило, гладкие, полированные поверхности имеют большую отражательную способность, чем шероховатые, матовые поверхности, изготовленные из того же материала.

Компенсацию отраженной температуры (КОТ) можно настроить в тепловизоре вручную.

В большинстве случаев отраженная температура равна температуре окружающей среды. Вы можете измерить ее, например, с помощью воздушного термометра Testo 810.

КОТ также можно определить излучателем Ламберта (см. Определение КОТ).

Что такое коэффициент пропускания

Коэффициент пропускания — это степень способности материала пропускать (проводить через себя) инфракрасное излучение.

Коэффициент пропускания зависит от типа материала и его толщины.

Большинство материалов не пропускают инфракрасное излучение.

Закон теплового излучения Кирхгофа

Инфракрасное излучение, регистрируемое тепловизором, состоит из:
– излучаемого объектом (ε),
– отраженного излучения других объектов (ρ),
– проходящего через объект (τ).

Сумма трех видов излучения всегда принимается равной 1 ( 100%):
ε + ρ + τ = 1
Поскольку коэффициент пропускания на практике редко играет значительную роль, τ опускается, и формула упрощается до
ε + ρ = 1

Для термографии это означает:
чем ниже коэффициент излучения,
тем выше уровень отраженного инфракрасного излучения,
тем сложнее осуществить точное измерение температуры и
тем более важным фактором становится правильная настройка компенсации отраженной температуры (КОТ).

Как влияет коэффициент излучения на точность измерений

1. Объекты измерений с высоким коэффициентом излучения (больше 0,8) имеют низкий коэффициент отражения (ρ = 1 — ε). Температуру таких объектов можно очень легко измерить с помощью тепловизора.

2. Объекты измерений со средним коэффициентом излучения (от 0,6 до 0,8) имеют средний коэффициент отражения. Температуру таких объектов можно измерить с помощью тепловизора.

3. Объекты измерений с низким коэффициентом излучения (меньше 0,6) имеют высокий коэффициент отражения. Измерение температуры таких объектов тепловизором возможно, но результаты необходимо тщательно проверять.

очень важна корректная настройка компенсации отраженной температуры (КОТ), поскольку это является одним из основных факторов при расчете температуры.

Измерения при различной температуре объекта и окружающей среды

Корректная настройка коэффициента излучения очень важна при значительной разнице между температурой объекта и температурой окружающей среды.

Когда температура измеряемого объекта выше температуры окружающей среды (радиатор на рисунке):
чрезмерно высокий коэффициент излучения приведет к завышенным показаниям температуры (тепловизор 1);
чрезмерно низкий коэффициент излучения приведет к заниженным показаниям температуры (тепловизор 2).

Когда температура измеряемого объекта ниже температуры окружающей среды (дверь, изображенная на том же рисунке):
чрезмерно высокий коэффициент излучения приведет к заниженным показаниям температуры (тепловизор 1);
чрезмерно низкий коэффициент излучения приведет к завышенным значениям температуры.

Обратите внимание: чем больше разница между температурой измеряемого объекта и температурой окружающей среды и чем ниже коэффициент излучения, тем больше вероятность возникновения ошибок.

Количество ошибок возрастет, если КИ задан неверно.

Резюме

Тепловизор позволяет измерить только поверхностную температуру объекта; с помощью данного прибора Вы не можете «заглянуть внутрь» объекта или увидеть его насквозь.

Несмотря на то, что многие материалы, например, стекло, кажутся прозрачными, они проявляют себя как материалы непропускающего типа, т.е. они устойчивы к длинноволновому инфракрасному излучению.

При необходимости снимите с измеряемого объекта чехол (упаковку), т.к. при наличии последних тепловизор измерит поверхностную температуру чехла (упаковки).

Если компоненты, расположенные внутри объекта, влияют на распределение температуры по его поверхности через проводимость, то на тепловом снимке можно рассмотреть внутреннюю структуру объекта .

Тем не менее, тепловизор может измерять только поверхностную температуру объекта. Точную температуру внутренних элементов с помощью тепловизора определить невозможно.

Недорогой тепловизор Testo с цифровой камерой, выпущен взамен модели 875, самый дешевый прибор, который годится для энергоаудита. Подходит для решения большинства стандартных задач термографии, сегодня это наиболее востребованная модель линейки тепловизоров Testo.

Коэффициент излучения

коэффициент излучения — коэффициент черноты Величина, равная отношению энергетической яркости данного источника к энергетической яркости абсолютно черного тела при одинаковой их температуре. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук… … Справочник технического переводчика

коэффициент излучения — [emissivity, radiation coefficient] отношение яркости излучения тела к яркости излучения абсолютно чёрного тела при одинаковой температуре; Смотри также: Коэффициент фабрикационный коэффициент температурный … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент излучения — 3.5 коэффициент излучения: Отношение мощностей собственного теплового излучения единиц поверхности реального тела и абсолютно черного тела при одинаковых температурах. Источник: ГОСТ Р 54852 2011: Здания и сооружения. Метод тепловизионн … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

коэффициент излучения — spinduliuotės faktorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. radiation factor vok. Strahlungsfaktor, m rus. коэффициент излучения, m pranc. facteur de rayonnement, m … Fizikos terminų žodynas

коэффициент излучения (металлургия) — коэффициент излучения Отношение количества энергии или энергетически эффективных частиц излучаемых с единицы площади поверхности к количеству, излучаемому с единицы площади идеального эмиттера при тех же условиях. [http://www.manual steel.ru/eng… … Справочник технического переводчика

коэффициент излучения теплового излучателя — (ε) Ндп. степень черноты Величина, определяемая отношением тепловой энергетической светимости тела к энергетической светимости черного тела при той же температуре. [ГОСТ 26148 84] Недопустимые, нерекомендуемые степень черноты Тематики… … Справочник технического переводчика

Коэффициент излучения поверхности — 2.11. Коэффициент излучения поверхности e Источник: СП 23 101 2000: Проектирование тепловой защиты зданий … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

коэффициент излучения поверхности — отношение величины теплового излучения единицей поверхности конструкции к величине теплового излучения единицей поверхности абсолютно черного тела при одинаковой температуре. (Смотри: МГСН 2.01 99. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по… … Строительный словарь

угловой коэффициент излучения — [angular coefficient of radiation] геометрическая xapактеристика взаимного расположения тел при лучистом теплообмене, определяемая телесным углом, в пределах которого 1 я поверхность излучает теплоту на 2 ю; Смотри также: Коэффициент… … Энциклопедический словарь по металлургии

локальный угловой коэффициент излучения — локальный угловой коэффициент излучения; локальный угловой коэффициент Отношение потока излучения от элементарной площадки одного тела на конечную поверхность другого тела к потоку собственного излучения, выходящему с элементарной площадки… … Политехнический терминологический толковый словарь

Коэффициент излучения

Кузнецы работают железо, когда он достаточно горячий, чтобы излучать хорошо видимое тепловое излучение.

излучательная способность поверхности материала — это его эффективность в излучении энергии в виде теплового излучения. Тепловое излучение — это электромагнитное излучение, которое может включать как видимое излучение (свет ), так и инфракрасное излучение, которое не видно человеческим глазом. Тепловое излучение очень горячих объектов (см. Фотографию) хорошо видно глазу. Количественно излучательная способность — это отношение теплового излучения от поверхности к излучению от идеальной черной поверхности при той же температуре, которая задается законом Стефана – Больцмана. Отношение варьируется от 0 до 1. Поверхность абсолютно черного тела (с излучательной способностью 1) излучает тепловое излучение примерно 448 Вт на квадратный метр при комнатной температуре (25 ° C, 298,15 K); все реальные объекты имеют коэффициент излучения менее 1,0 и излучают с соответственно более низкой скоростью.

Коэффициент излучения важен в нескольких контекстах:

— теплые поверхности обычно охлаждаются непосредственно воздухом, но они также охлаждают себя, испуская тепловое излучение. Этот второй механизм охлаждения важен для простых стеклянных окон, у которых коэффициент излучения близок к максимально возможному значению 1,0. «Низкоэмиссионные окна» с прозрачными покрытиями с низким коэффициентом излучения излучают меньше теплового излучения, чем обычные окна. Зимой эти покрытия могут вдвое снизить скорость потери тепла окном по сравнению с окном из стекла без покрытия.

— Точно так же солнечные коллекторы тепла теряют тепло, испуская тепловое излучение. Современные солнечные коллекторы включают избирательные поверхности с очень низким коэффициентом излучения. Эти коллекторы тратят очень мало солнечной энергии из-за испускания теплового излучения. — Для защиты конструкций от высоких температур поверхности, таких как многоразовые космические аппараты или гиперзвуковые самолетов, покрытия с высоким коэффициентом излучения (HEC) со значениями коэффициента излучения около 0,9 наносятся на поверхность изоляционной керамики. Это способствует радиационному охлаждению и защите нижележащей конструкции и является альтернативой абляционным покрытиям, используемым в одноразовых возвратных капсулах. — планеты являются солнечными тепловыми коллекторами на большой размах. Температура поверхности планеты определяется балансом между теплом, поглощаемым планетой от солнечного света, теплом, излучаемым ее ядром, и тепловым излучением, излучаемым обратно в космос. Коэффициент излучения планеты определяется характером ее поверхности и атмосферы.
• Измерения температуры — Пирометры и инфракрасные камеры — это инструменты, используемые для измерения температуры объекта. с помощью теплового излучения; никакого фактического контакта с объектом не требуется. Калибровка этих инструментов включает коэффициент излучения измеряемой поверхности.

Содержание

• 1 Математические определения
  • 1.1 Полусферический коэффициент излучения
  • 1.2 Спектральный полусферический коэффициент излучения
  • 1.3 Направленный коэффициент излучения
  • 1.4 Спектральный направленный излучательная способность
  • 3.1 направленная спектральная излучательная способность

  Математические определения

  Полусферический коэффициент излучения

  Полусферический коэффициент излучения поверхности, обозначенный ε, определяется как

  • Me- выходная мощность излучения этой поверхности;
  • Me- коэффициент излучения черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.

  Спектральная полусферическая излучательная способность

  Спектральная полусферическая излучательная способность на частоте и спектральная полусферическая излучательная способность Активность на длине волны поверхности, обозначаемая ε ν и ε λ соответственно, определяется как

  • Me, ν — спектральная выходная мощность излучения на частоте этой поверхности;
  • Me, ν — спектральная выходная мощность излучения на частоте черного тела при той же температуре, что и эта поверхность;
  • Me, λ — спектральная выходная мощность излучения на длине волны этой поверхности;
  • Me, λ — спектральная световая способность в длине волны черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.

  Направленная излучательная способность

  Направленная излучательная способность поверхности, обозначаемая ε Ω, определяется как

  • Le, Ω — это яркость этой поверхности;
  • Le, Ω — это излучение черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.

  Спектральная направленная излучательная способность

  Спектральная направленная излучательная способность на частоте и спектральная направленная излучательная способность на длине волны поверхности, обозначенная ε ν, Ω и ε λ, Ω соответственно определяются как

  • Le, Ω, ν — это спектральная яркость на частоте этой поверхности;
  • Le, Ω, ν — спектральная яркость на частоте черного тела при той же температуре, что и эта поверхность;
  • Le, Ω, λ — это спектральная яркость при длине волны этой поверхности;
  • Le, Ω, λ — спектральная яркость в длине волны черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.

  Коэффициенты излучения общих поверхностей

  Коэффициенты излучения ε могут быть измерено с помощью простых устройств, таких как куб Лесли в сочетании с детектором теплового излучения, например, термобатареей или болометром. Прибор сравнивает тепловое излучение от испытуемой поверхности с тепловым излучением почти идеального черного образца. Детекторы по сути представляют собой черные поглотители с очень чувствительными термометрами, которые регистрируют повышение температуры детектора при воздействии теплового излучения. Для измерения излучательной способности при комнатной температуре детекторы должны полностью поглощать тепловое излучение на инфракрасных длинах волн около 10 × 10 метров. Видимый свет имеет диапазон длин волн от 0,4 до 0,7 × 10 метров от фиолетового до темно-красного.

  Измерения коэффициента излучения для многих поверхностей собраны во многих справочниках и текстах. Некоторые из них перечислены в следующей таблице.

  Фотографии алюминиевого куба Лесли. Цветные фотографии сделаны с помощью инфракрасной камеры; черно-белые фотографии внизу сделаны обычным фотоаппаратом. Все грани куба имеют одинаковую температуру около 55 ° C (131 ° F). Лицевая сторона куба, окрашенная в черный цвет, имеет высокий коэффициент излучения, о чем свидетельствует красноватый цвет на инфракрасной фотографии. Полированная поверхность куба имеет низкий коэффициент излучения, обозначенный синим цветом, и отраженное изображение теплой руки четкое.

  Материал	Коэффициент излучения
  Алюминиевая фольга	0,03
  Алюминий, анодированный	0,9
  Асфальт	0,88
  Кирпич	0,90
  Бетон, грубый	0,91
  Медь, полированная	0,04
  Медь окисленная	0,87
  Стекло, гладкое (без покрытия)	0,95
  Лед	0,97
  Известняк	0,92
  Мрамор (полированный)	0,89–0,92
  Краска (в том числе белая)	0,9
  Бумага кровельная или белая	0,88–0,86
  Гипс, грубый	0,89
  Серебро, полированное	0,02
  Серебро, окисленное	0,04
  Кожа, человек	от 0,97 до 0,999
  Снег	от 0,8 до 0,9
  Переходный металл Дисилициды (например, MoSi 2 или WSi 2 )	от 0,86 до 0,93
  Вода, чистая	0,96

  1. Эти коэффициенты излучения являются полными сферические коэффициенты излучения от поверхностей.
  2. Значения коэффициентов излучения относятся к материалам с оптически толщиной . Это означает, что коэффициент поглощения на длинах волн, характерных для теплового излучения, не зависит от толщины материала. Очень тонкие материалы излучают меньше теплового излучения, чем более толстые материалы.

  Поглощающая способность

  Существует фундаментальное соотношение (закон теплового излучения Густава Кирхгофа 1859 г.), которое уравнивает коэффициент излучения поверхности с его поглощением падающего излучения («поглощающая способность » поверхности). Закон Кирхгофа объясняет, почему коэффициенты излучения не могут превышать 1, поскольку наибольшая поглощающая способность — соответствующая полному поглощению всего падающего света действительно черным объектом — также равна 1. Зеркальные металлические поверхности, которые отражают свет, будут таким образом иметь низкие коэффициенты излучения, поскольку отраженные свет не поглощается. Полированная серебряная поверхность имеет коэффициент излучения около 0,02 вблизи комнатной температуры. Черная сажа очень хорошо поглощает тепловое излучение; его излучательная способность достигает 0,97, и, следовательно, сажа является хорошим приближением к идеальному черному телу.

  За исключением полированных металлов, внешний вид поверхности для глаза не является хорошим ориентиром. излучательной способности, близкой к комнатной температуре. Таким образом, белая краска поглощает очень мало видимого света. Однако при длине волны инфракрасного излучения 10х10 метров краска очень хорошо поглощает свет и имеет высокий коэффициент излучения. Точно так же чистая вода поглощает очень мало видимого света, но, тем не менее, вода является сильным поглотителем инфракрасного излучения и, соответственно, имеет высокий коэффициент излучения.

  Направленная спектральная излучательная способность

  В дополнение к полусферической излучательной способности, приведенной в таблице выше, можно также измерить более сложный «». Этот коэффициент излучения зависит от длины волны и угла исходящего теплового излучения. Закон Кирхгофа фактически применим именно к этому более сложному коэффициенту излучения: коэффициент излучения теплового излучения, выходящего в определенном направлении и на определенной длине волны, совпадает с коэффициентом поглощения падающего света на той же длине волны и под тем же углом. Полная полусферическая излучательная способность представляет собой средневзвешенное значение этой направленной спектральной излучательной способности; среднее значение описано в учебниках по «лучистой теплопередаче».

  Emittance

  Emittance (или излучаемая мощность) — это общее количество тепловой энергии, излучаемой на единицу площади в единицу времени для всех возможных длин волн. Излучательная способность тела при данной температуре — это отношение общей излучающей способности тела к общей излучающей способности абсолютно черного тела при этой температуре. Согласно закону Планка, общая излучаемая энергия увеличивается с температурой, в то время как пик спектра излучения смещается в сторону более коротких волн. Энергия, излучаемая на более коротких волнах, увеличивается быстрее с температурой. Например, идеальное черное тело, находящееся в тепловом равновесии при 1273 K, будет излучать 97% своей энергии на длинах волн ниже 14 мкм.

  Термин излучательная способность обычно используется для описания простого однородного поверхность, например, серебро. Подобные термины, излучательная способность и тепловая излучательная способность, используются для описания измерений теплового излучения на сложных поверхностях, таких как изоляционные изделия.

  Таблица коэффициентов излучения материалов

  При использовании инфракрасных пирометров, знание настройки излучательной способности для различных материалов позволит оптимизировать измерение. Коэффициент излучения является функцией температуры и также зависит от условий поверхности материала, поэтому эти таблицы должны использоваться в качестве руководства. Таблицы предоставлены компанией Calex, производителем инфракрасных датчиков температуры из Англии.

  Коэффициент излучения определяется как отношение энергии, излучаемой объектом при данной температуре, к энергии, излучаемой идеальным излучателем или черным телом при той же температуре. Коэффициент излучения черного тела равен 1,0. Все значения коэффициента излучения колеблются от 0,0 до 1,0. Излучение большинства органических веществ (дерева, ткани, пластмассы и т. д.) составляет примерно 0,95. Металлы с гладкими, полированными поверхностями могут иметь излучательную способность намного ниже 1,0.