18  溫度記錄測量技術

18.1  簡介

紅外線熱像儀會測量和成像物體放射的紅外線輻射。由於輻射是物體表面溫度的函數，因此熱像儀可以計算和顯示相關溫度。
然而，熱像儀測量出的輻射不只和物體溫度有關，也是發射率的函數。輻射也源自四周環境，並在物體中反射。來自物體的輻射和反射的輻射也會受到空氣吸收率的影像。
為了正確測量溫度，因此必須補償幾個不同輻射來源的效果。這由熱像儀在線上自動進行。然而，必須提供下列物體參數給熱像儀：
  • 物體放射率
  • 反射表象溫度
  • 物體和熱像儀之間的距離
  • 相對溼度
  • 大氣溫度

18.2  放射率

需要正確設定的最重要物件參數是放射率，簡言之，就是和相同溫度的完美黑體放射量相比，被測物件放射了多少輻射。
一般而言，物體材料和表面處理會顯出約介於 0.1 到 0.95 之間範圍的放射率。高度磨光 (鏡子) 的表面不超過 0.1，而氧化或塗漆的表面放射率較高。不論在可見光頻譜中是什麼色彩，油性漆的放射率在紅外線頻段中會超過 0.9。人體皮膚的放射率為 0.97 到 0.98。
未氧化的金屬則呈現極端性，幾乎是完全不透明，反射率也很高，而波長的差異則不大。因此金屬的放射率很低 – 只會隨溫度而增加。對非金屬而言，放射率通常滿高的，會隨溫度而降低。

18.2.1  找出一種樣本的放射率

18.2.1.1  步驟 1：確定反射表象溫度

使用以下兩種方法之一確定反射表象溫度：
18.2.1.1.1  方法 1：直接方法
    請執行以下程序：
  1. 找出可能的反射源，考慮入射角等於反射角 (a = b)。
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    圖 18.1  1 = 反射源

  2. 如果反射源是一個點放射源，可透過使用一塊硬紙板將其屏蔽。
    Graphic

    圖 18.2  1 = 反射源

  3. 請使用以下設定測量來自反射源的輻射強度 (＝ 表象溫度)：
    • 放射率：1.0
    • Dobj : 0
    您可使用以下兩種方法之一測量輻射強度：
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    圖 18.3  1 = 反射源

    Graphic

    圖 18.4  1 = 反射源

您不能使用熱電耦來測量反射表象溫度，熱電耦雖然可測量溫度，但表象溫度卻是輻射強度。
18.2.1.1.2  方法 2：反射片法
    請執行以下程序：
  1. 弄皺一大塊鋁箔。
  2. 撫平鋁箔並將其粘貼到一塊同樣大小的硬紙板上。
  3. 將這塊硬紙板放置在要測量的物體前。確保鋁箔的一面對著熱像儀。
  4. 將放射率設為 1.0。
  5. 測量鋁箔的表象溫度並記錄下來。鋁箔被認為是完美的反射器，因此其表象溫度等於來自周圍環境的反射表象溫度。
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    圖 18.5  測量鋁箔的表象溫度。

18.2.1.2  步驟 2：確定放射率

    請執行以下程序：
  1. 選擇放置樣本的位置。
  2. 根據上述步驟確定並設置反射表象溫度。
  3. 將一塊高放射率（且數值已知）的絕緣膠帶貼於樣本之上。
  4. 將樣本加熱到至少高於室溫 20 K。加熱應當相對均勻。
  5. 對焦並自動調整熱像儀，然後凍結影像。
  6. 調整 溫階 和 溫寬 以獲得最佳影像亮度和對比度。
  7. 設定那條膠帶的放射率（通常是 0.97）。
  8. 使用以下一種測量功能測量膠帶的溫度：
    • 等溫線 (幫助您確定溫度和加熱樣本的均勻度)
    • 點 (比較簡單)
    • 方框 平均 (適用於放射率不均勻的表面)。
  9. 記錄下溫度。
  10. 將測量功能移動到樣本表面以下。
  11. 變更放射率直至讀出的溫度與前面測量的相同。
  12. 記錄下放射率。

18.3  反射表象溫度

這一參數用於補償物體上反射的輻射。如果放射率很低並且物體溫度相對與反射的溫度相差很遠，則必須正確設定該參數用於補償反射表象溫度。

18.4  距離

距離指物體和熱像儀前面鏡頭之間的距離。這一參數補償以下兩種情況：
  • 來自目標的輻射被物體和熱像儀之間的空氣所吸收。
  • 來自空氣本身的輻射被熱像儀所檢測到。

18.5  相對濕度

熱像儀也可以補償根據大氣相對濕度進行的發射。若要這麼做，將相對溼度設定為正確的值。對於短距離和一般的溼度，相對溼度一般可以保留為預設值 50 %。

18.6  其他參數

此外， FLIR Systems 提供的一些熱像儀和分析程式讓您可以補償下列參數：
  • 空氣溫度 – 即熱像儀和目標之間的空氣溫度
  • 外部光學溫度 – 即熱像儀正面使用之任何外部鏡頭或視窗的溫度
  • 外部光學穿透率 – 即熱像儀正面使用之任何外部鏡頭或視窗的穿透