紅外測(cè)溫儀測(cè)量玻璃溫度
2023/11/27 14:39:51??????點(diǎn)擊：
基本背景
理想的黑體
黑體會(huì)從其表面發(fā)出連續(xù)的熱輻射流,。這種輻射形成了一個(gè)連續(xù)光譜,，輻射強(qiáng)度在整個(gè)光譜范圍內(nèi)發(fā)生變化,。整個(gè)光譜范圍內(nèi)每個(gè)波長(zhǎng)下的輻射量（或亮度）僅取決于黑體溫度,。每個(gè)波長(zhǎng)下的輻射量隨黑體溫度的升高而增加,。這些關(guān)系在普朗克黑體輻射定律中進(jìn)行了定量表述,。
紅外溫度計(jì)
紅外溫度計(jì)是一種可定量測(cè)量黑體或其他輻射物體輻射量的光學(xué)裝置,。有各種各樣的溫度計(jì),，每種溫度計(jì)都對(duì)光譜中的不同波長(zhǎng)帶產(chǎn)生響應(yīng),。普朗克關(guān)系表明,，每種紅外溫度計(jì)都可用于測(cè)定黑體輻射體的實(shí)際溫度。
實(shí)際物體和發(fā)射率
測(cè)量實(shí)際物體時(shí),使用紅外溫度計(jì)測(cè)量黑體的輻射量(溫度)中所涉及的簡(jiǎn)單關(guān)系會(huì)變得有些復(fù)雜,。實(shí)際物體(如玻璃瓶)通常不是黑體,，其特點(diǎn)是，在同樣溫度下,，它的輻射量可能要低于黑體的輻射量,。我們將這兩個(gè)輻射量的比值定義為實(shí)際物體的發(fā)射率(ε) ,。由于(ε)可隨波長(zhǎng)發(fā)生變化，我們使用光譜發(fā)射率(ελ):
ελ= Radiance of real object at wavelength λ / Radiance of blackbody at wavelength λ
其中,，兩者均處于相同溫度,。
并且，0 ≤ ε ≤ 1
很清楚,對(duì)于在波長(zhǎng)(λ)下產(chǎn)生響應(yīng)的紅外溫度計(jì),，只有在它的校正值(ελ)已知的情況下,才可測(cè)量實(shí)際物體的真實(shí)溫度,。
對(duì)于由很多材料組成的物體, (ελ)必須用實(shí)驗(yàn)方法通過(guò)直接溫度測(cè)量來(lái)確定。一些其他材料的ελ值很容易通過(guò)較為簡(jiǎn)單的間接方法來(lái)確定,。玻璃就是這種材料的一個(gè)例子,。
基爾霍夫定律
這個(gè)基本定律將某個(gè)物體的ελ與它的光譜透射率(tλ)和它的光譜反射率(rλ)關(guān)聯(lián)在一起:
(公式1) ελ = 1 – tλ – rλ
玻璃適合用分光光度計(jì)來(lái)直接測(cè)定(tλ)和 (rλ)。下面將介紹對(duì)硅酸鹽玻璃進(jìn)行這種測(cè)量的結(jié)果,。
硅酸鹽玻璃的光學(xué)性質(zhì)
光譜透射率與波長(zhǎng)的關(guān)系
圖1顯示了幾個(gè)硅酸鹽玻璃厚度的光譜透射率(tλ)與波長(zhǎng)λ的關(guān)系,。這曲線系列清楚地顯示了(tλ)與厚度的相關(guān)性。請(qǐng)注意各種系列紅外溫度計(jì)的光譜響應(yīng)區(qū)域的位置,。
光譜透射率與厚度的關(guān)系
圖2是表示光譜透射率(tλ)與厚度(x)關(guān)系的一個(gè)半對(duì)數(shù)曲線圖,，分別代表工作波長(zhǎng)為7.92 um、4.8-5.3 um和 3.43um的紅外溫度計(jì)的光譜區(qū)域,。后兩個(gè)系列溫度計(jì)的數(shù)據(jù)是直接從圖1獲得的,，使用了光譜響應(yīng)的中心波長(zhǎng)。注意:7.92 um系列的曲線是從其他實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（不是這里提供的數(shù)據(jù))估算的,。
此曲線圖上的所有三條曲線都是直線,符合下面比爾定律的預(yù)測(cè):
(公式2) tλ = ε – kλx
其中，(kλ)是光譜吸光系數(shù),。很清楚,，對(duì)于玻璃來(lái)說(shuō)，(kλ)將隨λ顯著變化,。
光譜反射率與波長(zhǎng)的關(guān)系
圖3是光譜反射率(rλ)與波長(zhǎng)(λ)的關(guān)系曲線,。此數(shù)據(jù)是在垂直入射光下獲得的光滑玻璃表面的數(shù)據(jù)。這里只有一條曲線,，因?yàn)?rλ)與玻璃厚度無(wú)關(guān),。
曲線具有所有石英玻璃的典型形狀。反射率在開(kāi)始的2.5um時(shí)較低,，并在8 um 附近緩慢下降到o,然后急劇上升,，在大約9.5 um處達(dá)到峰值。這個(gè)反射率峰值是由玻璃中的二氧化硅引起的,，與此區(qū)域內(nèi)非常強(qiáng)的二氧化硅吸收帶有關(guān),。
光譜反射率與入射角的關(guān)系
圖4(下頁(yè))顯示了5 um下獲得光譜反射率rx)與入射角à的關(guān)系。這里的重要一點(diǎn)是,，r在入射角在45°以內(nèi)時(shí)相當(dāng)恒定,，在達(dá)到大約50°時(shí)也保持合理恒定,。但是，隨著入射角超過(guò)這個(gè)角度,，rx就迅速增加,，并在o接近90°時(shí)達(dá)到1.00。
影響溫度計(jì)選擇和使用的因素溫度測(cè)量的深度
玻璃具有相對(duì)較差的導(dǎo)熱性,。因此,在加工成為成品部件的多個(gè)階段中,從玻璃表面到內(nèi)部存在很高的溫度梯度,。
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