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热物理测量大作业 ——物体表面发射率的测量 姓名：刘尧 学号：1108180128 指导老师：郑林 一：实验目的 本实验介绍了二种简单的确定物体表面发射率的方法。 1、物体表面发射率的测量，利用红外热像仪，并基于辐射度学度量方法进行测量，其测温取决于被测目标的发射率、大气温度、环境温度、测试距离等参数。其中，发射率较难确定，故必须对其在某波段内的平均发射率重新测定，以尽量减少误差。 2、基于辐射学原理的测温方式，物体表面的发射率直接影响测温的准确度。例如用辐射高温计测量物体表面温度时，只有当表面的发射率已知的情况下，才能做到精确测量。所以发射率对辐射测温很重要。 二：实验原理 辐射出射度指辐射通量的表面密度，即辐射通 量与辐射表面面积之比。依普朗克定律，黑体的光 谱辐射出射度为： =/ [exp(/λT)- 1] 式中，＝3.742×10-16W·m2，c2＝1.438 8×10-2 W·K。对表面温度为T，光谱范围为[λ1,λ2]（0＜λ1 ＜λ2）的物体的光谱辐射出射度为： = / [exp(/λT)- 1] 当λ1=0，λ2→时，依广义定积分原理得出黑体的辐射出射度，即斯蒂芬-玻尔兹曼定律为： =? ，其中?=5.67*W/() (3) 式（3）中的定积分不易求得，但可采用2种方法计算：1、利用计算机直接近似积分，可采用matlab工具进行计算；2、采用查表方法求取近似积分，方法如下：设波长的无量纲坐标=,表示热力学温度为T时光谱辐射出射度最大的峰值波长（可由维恩位移定律求得），可用列表函数 辐射出射度 离开辐射源表面一点处的面单元上的辐射能量除以该单元面积，称为该点的辐射出射度，即辐射出射度的单位为瓦/米2(W/㎡)。从辐射源表面单位面积发射出的辐射通量，其中单位波长间隔内的辐射出射度称光谱辐出度；某一特定波长的辐射出射度称为单色辐射出射度。 发射率测量原理图 红外热像仪探测到的总辐射能量既包含目标本身的辐射又包含目标物表面对周围环境的反射量和透射量以及大气本身的辐射 Wtot=?Wobj τatm+（ ρ +τ ）Wsur τatm+（1- τatm） Watm = ?Wobj τatm+（ 1-?）Wsur τatm+（1- τatm）Watm 假设室内大气透射率τatm =1 环境对目标物的辐射为黑体辐射 上式可以化简为 Wtot= ?Wobj +（ 1-?）Wsur Wobj= σ Tobj4 Wsur= σ Tsur4 上式的未知量有4个Wtot， ε，Tobj，Tsur 利用辐射温度计测量Mtot辐射温度计是按被测对象是全辐射体进行刻度的，当被测物体的真实温度为T时，其辐射出射度W等于全辐射体在温度Tp时的辐射出射度Wo，温度Tp称为被测物体的辐射温度。这里的Tp与热电偶测出的Tobj是有差异的。 那么 Wtot= σ Tp4 所以 ε =（ Tp4 -Tsur4 ）/（ Tobj4- Tsur4 ） 三：实验假设 1.人手表面温度均匀分布恒定 2.环境温度不变 3.大气的透射率为1 4.环境辐射为黑体辐射 四：实验器材 1.温度采集装置 2.热电偶 3.辐射温度计 4.ThermoVision? A40-M 型热像仪 五：实验器材 1.采集模块 50元以内 2.K型热电偶 50元以内 3.辐射温度计 100元以内 六：实验步骤 1.将热电偶用保温材料贴在手背表面，可以多贴几个，然后取平均值，温度趋于稳定时，得到Tobj 2.用热电偶测量环境温度Tsur 3.用辐射温度计测量手背表面温度Tp，得到Wtot 4.依照公式求出推导后的发射率公式 (1) 利用接触测量法测量目标表面温度Tobj，得 Wobj；(2) 利用接触测量法测量大气温度Tatm，得 Watm 和Wamb（设Tatm＝Tamb）；(3) 依测试环境条件， 利用Lowtran7.0 计算大气透射率τ，若为室内，令 τ＝1；(4) 设置热像仪，使ε＝1，测出Tobj，得Wobj， 并记录热像仪计算所得大气透射率τ；(5) 依 (1)～ (4) 步骤结果计算发射率ε；(6) 验证发射率ε 的准 确性。将热像仪发射率置为计算所得的发射率ε， 比较用热像仪和接触测量法测试目标温度的误差七、实验数据处理 七：实验误差分析 1.接触式热电偶测量手背表面温度时，存在一定的误差 2.空气的温度、湿度等造成大气的透射率测量计算存在着误差，就不会等于1 3.辐射高温计和被测物体之间