[科普中国]-辐射率

定义

辐射率是描述面辐射源特性的物理量。它表示某物体的单位面积辐射的热量和黑体在相同温度、相同条件下的辐射热量之比。

任何物体在高于绝对零度（-273.15℃）的时候，其物体表面就会有红外能量也就是红外线发射出来，温度越高，发射的红外能量越强。红外线测温仪和红外热像仪就是根据这个特点来测量物体表面的温度的，因为红外线测温仪和红外热像仪是测量物体表面的温度，所以在测量时会被物体表面的光洁度所影响。实验证明：物体表面越接近于镜面（反射越强），其表面所发出的红外能量衰减越厉害，就需要对不同物体的表面对红外能量的衰减情况做出补偿，即设置一个补偿系数，这个补偿系数就是辐射率。

内容辐射率（也称发射率）是依据物体本身的温度辐射出能量的能力，描述被测物体辐射能力的参数。也指物体自身辐射的能量与同一温度下绝对黑体所辐射的能量比，用守号ε表示。辐射率仅仅与物体表面的性质（成分、结构）有关。在定给温度条件下，任何物体的辐射率在数值上等于此物体的吸收率。ε=1-ρ。辐射率有时称为辐射系数。当辐射能投射到物体表面时，就发生反射、吸收和透过。物体吸收了辐射能后温度升高，并随之又辐射出一部分能量。

特征一切物体的辐射率都在大于零和小于1的范围内，其值的大小与物体的材料、形状、表面粗糙度、凹凸度、氧化程度、颜色、厚度等有关。总体上说红外侧温装置从物体上接收到的辐射能量大小与该物体的辐射率ε成正比。实际被测物体与黑体的差别在辐射率ε，透射率δ和反射率ρ上。理想黑体的辐射率ε****=l，透射率δ=0，反射率ρ****=0，实际被测物体的辐射率ε0、反射率ρ>0，不同物质的ε、δ、ρ是不相同的，并随物体的表面状况而变化，它们在不同的温度和不同的波长有不同的值，这些因素是红外测温仪器现场应用的主要测量误差来源，也是现场实际应用时的困难所在。

实践证明，物体的辐射率ε、透射率δ、反射率ρ这3个参数对波长最敏感，其次是被测物体的表面状态，再其次是温度根据这个次序选择与设备测量范围相适应和适用的红外测温仪器类型及参数，在使用中对被测物体的辐射率ε设定尽量准确，并根据被测物体的形状，改变不同的检测角度和方向。不过，对运行的电力设备进行红外测温诊断时，大多情况下是通过比较法来判断的，即相邻相的横向比较和本身不同部位的纵向比较，一般只需求出其相对温度的变化，不必对辐射率ε的精度过分苛求，但要进行绝对温度准确测量时，必须事先知道被测物体的辐射率，否则测出的温度值将与实际值有较大的误差，最大时可达19%。

红外测温仪器的产品资料一般都附有供该仪器使用的与被测物体对应的辐射率。取值范围数值，由于上述的影响因素较多，因而提供的各类物体的辐射率也是参考值，而且限定在仪器规定的工作波长的区域和测温范围内使用。

设定辐射率的必要性电力设备常用材料辐射率的参数各不相同，辐射率参数必须在红外诊断前设置进去，如氧化黄钢的辐射率为0.59~0.61，强氧化铝的辐射率为0.30~0.40，电瓷的辐射率为0.90~0.92．对电力设备进行一般性红外诊断时，红外热像仪的辐射率设为0.91为宜。

需要进行精确红外诊断时，根据电力设备的主导材料发热点状态进行辐射率调整。如果在采集设备发热缺陷的红外热像时，辐射率没有按照发热点主导材料的辐射率设定，那么红外热像所采集的温度值与实际发热温度值会有差别，影响对温度的准确判断。例如，电力设备常用的材料如铜、铝、铁、瓷质等的发射率不一样。如果使用瓷质的辐射率去采集铝的发热点温度，读取的温度结果会有很大差别。在红外诊断过程中，由于辐射率对精确测温影响很大，因此必须选择正确的辐射率系数。2

设定方法在红外热像仪“水平栏菜单区域”内找到“分析”栏，在其中找到”辐射率”按功能键盘的回车键确定，然后打开“辐射率”栏目后，即可调整不同辐射率的参数。3

测量有个很简单的办法：就是与标准的接触式测温仪进行比对。计算公式为：发射率=实测值/标准值，式中的实测值就是红外线测温仪或是红外热像仪测得的温度，而标注值为接触式测温仪测得的温度，由于任何物体都不可能完全没有反射（黑体），所以往往这个修正系数都会大于0。

具体步骤如下：

1.将红外线测温仪或是红外热像仪的发射率线调整为1

2.将被测物保持为恒温状态

3.用标准的接触式测温仪测出当前的标准值温度

4.用红外线测温仪或是红外热像仪测出当前的实测值温度（注意检测点尽可能一致）

5.将两组数据带入公式：辐射率=实测值\标准值 进行计算得出发射率

以上是我们最常用的确定发射率的方法，还有几种方法也能帮助我们在不同的情况下计算出发射率：

1.对于温度不太高的物体，可以在被测物体表面贴上一块发射率已知的纸片或其它薄片，在温度达到平衡状态时，用测温仪分别测量未覆盖和覆盖部分的温度。便可求出被测物的辐射率。也可通过在被测物体表面涂上辐射率已知的油漆物质来实现。

2.对于高温物体，除用第二种方法外，还可以在被测物表面钻一空腔。空腔的深度与口径比应为6：1，可以认为空腔的辐射率近似于黑体。

3.查询金属发射率参照表和非金属发射率参照表

在辐射图像测温方法中引入光谱辐射率修正，利用光谱仪根据高温金属表面的光谱信息计算单色辐射率随波长变化的曲线；使用彩色CCD摄像机拍摄高温金属表面的彩色图像，结合单色辐射率修正曲线从红、绿单色辐射强度分布中比色计算金属表面温度和辐射率。4

运用（1）辐射率可用于表示扩展光源的特性。

（2）用异戊二烯橡胶合成的环化橡胶在红外波段具有高透明性，以其作粘结剂和红外低辐射颜料配合制得的红外低辐射率涂料,喷涂在防锈底漆和红外反射层之上时，涂层法向红外辐率为0.55～0.6，且耐蚀性能优良。5

（3）美国LOWTRAN－6计算程序的水汽连续吸收经验公式，透过率的计算结果与LOWTRAN计算结果相一致，以这种透过率简化模型为基础，建立了辐射传递正演计算模型，开发了相应软件，并用于卫星遥感射。6