辐射测温中环境辐射的影响

　　1　引　言

　　辐射温度计在实际温度测量中,环境辐射对辐射温度的测量有影响。过去,在这方面并没有进行详细的理论研究,只是在有些书籍和资料中曾指出,被测对象温度在500℃以上环境辐射的影响可以忽略。本文依据辐射测温理论,对单色和比色辐射温度计,不同的工作波长,不同的环境温度,被测对象不同的温度和发射率,详细分析了环境辐射对辐射测温的影响程度。

　　2　单色测温中环境辐射的影响

　　首先我们分析单色法测温中环境辐射的影响。采用单色法测温,考虑环境的影响,不考虑空气的吸收,设波长为λ,测温仪接收到的辐射能量由物体自身辐射和对环境辐射的反射两部分组成,即:

　　式中: Ebλ测温仪接收的单色辐射能量,W/m3; Eaλ环境单色辐射能量,W/m3; Eoλ物体单色辐射能量,W/m3;εaλ环境单色发射率;εoλ物体单色发射率;ρoλ物体单色反射率,对于不透明物体,ρoλ= (1-εoλ); To物体温度,K;Ta环境温度,K。

　　式(1)为实际辐射测温的能量平衡式,该式比较复杂。如果忽略环境辐射的影响。式(1)就简化为式(4):

　　现在我们就环境影响情况作一理论分析,如果环境辐射的影响对辐射测温产生的误差控制在1%以内,用公式表达为

　　满足式(5)的条件,环境的辐射影响可忽略不计。将环境的单色发射率取1,即εaλ=1,将式(2)和式(3)代入式(5),得

　　当ε0λ=1即ρ0λ=0时,被测物体为黑体,所以环境辐射对黑体辐射测温无影响。对于非黑体,在不同的工作波长下,对于不同的环境温度、不同的单色发射率,物体的温度在大于多少后才能忽略环境辐射的影响。假设温度Tmin,Tmin标志着环境辐射是否能忽略,TO值的界限,当TO≥Tmin时,环境辐射可以忽略。按式(6)进行计算机数值计算,得出Tmin的计算结果见表1。

　　当被测物体的温度大于Tmin时,辐射测温可以忽略环境辐射的影响。从表1的计算结果可以看出:

　　①在同一工作波长下,环境温度越高,Tmin越大,且Tmin的增加值大于环境温度的增加值;

　　②在同一温度下,随着波长的增加,Tmin值越大,当工作波长为9μm时,环境温度为30℃,被测物体发射率为0.5时,Tmin值达到1 479.5℃;

　　③当工作波长和环境温度一定时,Tmin值随被测物体发射率的增高而降低。

　　从表1的计算结果可以看出,对工作波长的不同,物体发射率不同,环境的影响大小是不一样的。对于工作波长在5μm以下,物体的发射率0.2以上,环境温度在30℃以下,测量温度在550℃以上,忽略环境辐射的影响,其测量的偏差小于1%。所选择的工作波长越长,其环境辐射的影响越大;工作波长越小,环境辐射的影响越小。被测物体的发射率越大,环境辐射的影响也越小。工作波长在2μm以下,被测物体的发射率在0.5以上,测量温度在100℃以上,就可忽略环境辐射的影响。由此可以看出关于500℃以上忽略环境温度的影响是不确切的。