【漲知識(shí)】六種簡便方法增加測量目標(biāo)發(fā)射率，提高測量精度
一般而言，潔凈、未氧化、裸露的金屬表面發(fā)射率較低，有的甚至難以使用紅外熱像儀測量。在許多工業(yè)研發(fā)應(yīng)用中，發(fā)射率低的物體普遍存在，而在電氣應(yīng)用中尤為突出。為了獲得更好的測量結(jié)果，需要提高這些目標(biāo)的發(fā)射率。
熱像儀記錄了電磁光譜中紅外波段的輻射強(qiáng)度，然后將其轉(zhuǎn)化為可見光圖像。源自某一物體的紅外能量通過熱像儀的光學(xué)鏡頭聚焦，傳遞至紅外探測器上，探測器將信息發(fā)送至傳感器電子元件，進(jìn)行圖像處理。電子元件將來自探測器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可在取景器、標(biāo)準(zhǔn)視頻顯示器或LCD顯示屏上查看的圖像。紅外成像是一種將紅外圖像轉(zhuǎn)化為輻射圖像，可在圖像上讀取溫度值的技術(shù)。因此，紅外圖像的每個(gè)像素點(diǎn)實(shí)際上對(duì)應(yīng)一個(gè)溫度值。為了正確解讀熱圖像，需要了解不同材料與環(huán)境如何影響紅外熱像儀的溫度讀數(shù)。發(fā)射率是指：與完全發(fā)射體相比，目標(biāo)物體發(fā)射紅外輻射的效率(完全發(fā)射體又稱為黑體，其發(fā)射率值為1)。實(shí)際上，我們的測量目標(biāo)并非完全發(fā)射體，其發(fā)射率值往往小于1。目標(biāo)的測溫值源于發(fā)射、傳輸與反射輻射量的總和。完全黑體的輻射率為1。換言之，目標(biāo)的輻射量完全由物體表面發(fā)出。
為熱像儀設(shè)置正確的發(fā)射率值至關(guān)重要，否則，測溫值將不準(zhǔn)確。FLIR Systems已為許多材料預(yù)定義了發(fā)射率值，其它材料的發(fā)射率值詳見發(fā)射率表。
目標(biāo)物體的發(fā)射率、反射率和熱傳導(dǎo)值受材料的影響較大。大多數(shù)非金屬材料的發(fā)射率值接近0.9，表示所測90%的輻射由目標(biāo)發(fā)出。大多數(shù)拋光金屬的發(fā)射率值約為0.05至0.1。根據(jù)氧化或腐蝕的不同程度，生銹、被氧化或被腐蝕金屬的發(fā)射率值范圍為：0.3至0.9。
如果不能提高目標(biāo)物體的發(fā)射率值，那么，發(fā)射率低于0.7的材料將會(huì)很難測量，低于0.2的材料幾乎無法測量。幸運(yùn)的是，可使用十分經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法來補(bǔ)償目標(biāo)的低發(fā)射率。以下六種方法可以降低目標(biāo)的反射率，從而改善測量精度。大多數(shù)優(yōu)質(zhì)電工膠帶的發(fā)射率為0.95。須注意的是膠帶是不透明的，尤其是使用中波長(3-5μm)相機(jī)時(shí)。某些乙烯基膠帶質(zhì)地非常薄，具有一定的紅外透射比，因此無法用作高發(fā)射率涂層。Scotch™品牌88黑色乙烯基電工膠帶在短波(3-5μm)和長波(8-12μm)區(qū)段，發(fā)射率均為0.96，在此推薦使用。本例展示了貼有膠帶的兩個(gè)罐子。左邊的罐子裝滿熱水，右邊的罐子僅處于常溫之下。對(duì)前者而言，從膠帶讀出的溫度為72.8?C，從罐子讀出的溫度為23.5?C。由于罐子的發(fā)射率較低，后者的讀數(shù)基本上為環(huán)境讀數(shù)。這是一個(gè)十分經(jīng)典的案例，說明了高發(fā)射率應(yīng)用于低發(fā)射率目標(biāo)的必要性。大多數(shù)涂料的發(fā)射率范圍為0.9-0.95。金屬漆發(fā)射率較低，不推薦使用。涂料的顏色并非影響紅外發(fā)射率的重要因素。涂料的光澤度比顏色更重要。平光涂料比光澤涂料更受歡迎。為了增加不透明度，涂層必須足夠厚。施加兩道涂層通?？梢詽M足需求。 左圖：未涂覆發(fā)射率增強(qiáng)涂料的印刷電路板。 右圖：使用涂料的缺點(diǎn)在于減少了細(xì)節(jié)信息。
膠帶適用于小面積區(qū)域。涂料適用于大面積區(qū)域，但是涂料是永久性涂層。對(duì)于大面積需要被去除的涂層，或者膠帶不適用之處，懸浮液粉末或噴涂效果會(huì)更優(yōu)。染色滲透劑與Dr. Scholl’s™噴用足光粉便是2個(gè)很好的例子。
如果粉末噴涂得足夠厚，且不透明，這兩種粉末的發(fā)射率范圍均在0.9至0.95之間。使用修正液是增加表面發(fā)射率的有效途徑。這種方法可應(yīng)用于小的電氣元件中，性能優(yōu)于無法在小面積表面粘貼的膠帶。修正液可使用刷子與酒精清洗掉。對(duì)于低波長熱像儀，修正液的發(fā)射率約為0.95-0.96。
由于許多目標(biāo)通常是帶電的，需要特別小心。只有在目標(biāo)未通電時(shí)才能對(duì)其施加涂層，通電后，只能使用經(jīng)過批準(zhǔn)的涂層確保正常運(yùn)行。
確保涂層能覆蓋足夠面積的區(qū)域。了解熱像儀測量的距離系數(shù)比，以及測量的最小安全距離。例如：距離系數(shù)比為250:1的熱像儀，可在最遠(yuǎn)2.5m處對(duì)1cm的目標(biāo)進(jìn)行測量。
對(duì)于更高溫度應(yīng)用，可使用耐高溫涂料，如：發(fā)動(dòng)機(jī)或木炭烤爐涂料。膠帶與粉末會(huì)受到應(yīng)用溫度范圍的限制。對(duì)于電氣系統(tǒng)，如果膠帶在熔化時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致十分嚴(yán)重的問題。因此，這一應(yīng)用需要用到高溫材料。
了解發(fā)射率值對(duì)于從測量輻射的角度進(jìn)行實(shí)際溫度評(píng)估十分必要。然而，使用發(fā)射率表時(shí)需十分謹(jǐn)慎。通常不清楚發(fā)射率在什么波段是有效的。發(fā)射率確實(shí)會(huì)因波長而改變。同時(shí)，表面狀況、質(zhì)地和形狀對(duì)材料的發(fā)射率影響較大。
以下是理解發(fā)射率不確定性影響測量精度的一種方法： 假設(shè)目標(biāo)發(fā)射率的不確定性為±0.05。當(dāng)發(fā)射率為0.95時(shí)，表示存在5%的誤差(0.05/0.95)。對(duì)于表面光澤的銅材，發(fā)射率為0.05時(shí)，表示存在100%的誤差(0.05/0.5)。這些誤差將被帶入溫度計(jì)算中，增加溫度讀數(shù)的誤差。鑒于這一原因，我們建議：當(dāng)目標(biāo)發(fā)射率低于0.5時(shí)，不要進(jìn)行溫度測量。測量之前，對(duì)該目標(biāo)加覆一層高發(fā)射率材料。為了控制發(fā)射率值，可對(duì)印刷電路板上加覆一道涂層。在故障檢修期間，測量印刷電路板上密集元件的溫度是一項(xiàng)十分有用、而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的技術(shù)，但由于不同元件的E值均不相同，操作起來難度比較大。通常，印刷電路板上布滿了各種由不同廠家生產(chǎn)的金屬與塑料元件，而不同生產(chǎn)商使用的拋光劑均不相同。當(dāng)電路板經(jīng)過已知、已檢測和特征明顯的涂層處理后，通?？梢院喕瘑栴}。施加涂層后，元件表面擁有相同的E值，相關(guān)溫度可通過記錄溫度曲線來確定。
更多專業(yè)咨詢，可致電上海譜盟光電400-920-2866；
