2.3 термография. плотность излучения абсолютно черного тела и  коэффициенты излучения материалов

Для характеристики теплового излучения удобным оказалось понятие абсолютного черного тела (АЧТ), т.е. тела, поглощающего все падающее на него излучение (100% или «1»). Нечерными телами в противоположность черным называют тела, коэффициент поглощения которых меньше единицы (100%). Поэтому при проведении термографии обязательно перед измерением в меню тепловизора BALTECH TR-0110 необходимо выбрать (установить) коэффициент излучения материала.

Излучение АЧТ описывается аналитически, оно является функцией только его температуры. Физической моделью АЧТ может служить замкнутая полость с отверстием значительно меньшим ее габаритов (рисунок 13).  

На Земле невозможно получить АЧТ, поэтому модели АЧТ, используемые при калибровке и поверке тепловизионной аппаратуры в метрологических институтах проверяются с учетом значений установленной погрешности. Законы изучения АЧТ могут применяться с известной поправкой для большинства реальных тел, что определяет их значение. 

Спектр излучения АЧТ характеризуется непрерывным распределением излучения по всему диапазону с единственным максимумом, положение которого зависит от температуры тела и определяется законом смещения Вина, который получен дифференцированием формулы Планка по длине волны. Согласно закону смещения Вина, длина волны в спектре излучения, соответствующая максимуму плотности потока, обратно пропорциональна абсолютной температуре:

Распределение излучения АЧТ при температурах 25°С и 750°С по рабочим спектральным диапазонам тепловизоров показано на рисунке 14.

Суммарную плотность потока излучения АЧТ в зависимости от его температуры определяет закон Стефана-Больцмана (получаемый интегрированием закона Планка).

где Т - температура АЧТ, К;

σ = 5,67*10^-8 Вт / (м² *К⁴) – постоянная Стефана-Больцмана.

Для определения интенсивности теплового излучения реальных источников используется коэффициент излучения или черноты. Коэффициент излучения (коэффициент черноты) определяется отношением энергетических светимостей теплового излучателя и абсолютно черного тела при той же температуре. Его спектральная величина равна:

Коэффициент излучения зависит от длины волны, температуры и угла направления излучения относительно поверхности. Излучательная способность тела, характеризуемая его коэффициентом направленного излучения, определяется отношением энергетической яркости данного тела к энергетической яркости абсолютно черного тела, она зависит от направления распространения излучения. Если угол между направлением излучения и нормалью к поверхности при термографии равен нулю, то коэффициент направленного излучения называют нормальным. Для материалов имеются оценки коэффициента излучения трех видов:

спектральный - ε (l,Т);

полный  - ε Т, когда коэффициент излучения измеряется для всего диапазона длин волн;

интегральный - ε Т, l1-l2, определяемый для заданного спектрального диапазона l1…l2.

В таблице 7 приведены Согласно с законом Кирхгофа, излучательные свойства среды или тела, определяемые его коэффициентом излучения, соответствуют способности среды (тела) задерживать попавшее в них излучение, определяемое коэффициентом поглощения a:                        

ε (l,Т) = α (l,Т)

Для абсолютно черного тела

ε ° (l,Т) = α ° (l,Т) = 1.

Таблица 7. Коэффициенты теплового излучения материалов.