Перейти к содержанию

Излучательная способность

ИК-термометр измеряет не температуру, а поток теплового излучения. Тела одной температуры излучают по-разному: матовый пластик — почти как идеальное чёрное тело, полированный алюминий — в несколько раз слабее, зато хорошо отражает всё вокруг. Эту разницу описывает излучательная способность.

Обновлено Редакция GAW

Излучательная способность (emissivity, ε, степень черноты) — отношение теплового излучения поверхности к излучению идеального чёрного тела той же температуры. У чёрного тела ε = 1, у реальных материалов — меньше. От ε зависит, сколько излучения получит бесконтактный датчик температуры с термобатареей, а значит, и его показание.

Почему это важно для ИК-термометра

Термометр принимает суммарный поток: излучение самого объекта и отражённое им излучение окружения. Melexis в FAQ даташита MLX90614 объясняет: при низкой ε доля «своего» излучения объекта падает, растёт доля отражённого, и датчик не может их разделить. Для непрозрачного тела отражательная способность равна 1 − ε, поэтому ошибка тем больше, чем ниже ε и чем сильнее температура окружения отличается от температуры объекта.

Материал (примеры Melexis)ε
Пластики0,84…0,95
Масляные краски0,85…0,95
Алюминий, грубо полированныйоколо 0,18
Алюминий, сильно окисленныйоколо 0,30

Стекло в рабочем диапазоне ИК-термометров почти «чёрное» — датчик через него видит само стекло, а не то, что за ним. И наоборот, не всё, что выглядит чёрным, черно для ИК.

Настройка в датчике

MLX90614 калибруется на заводе для ε = 1, но значение можно изменить в диапазоне 0,1…1,0 без повторной калибровки: в ячейку EEPROM 0x04 записывают round(65535 · ε), заводское значение 0xFFFF. Обращение к EEPROM идёт по SMBus. У тепловизионной матрицы MLX90640 коэффициент ε задаёт программа при пересчёте температуры пикселей — в EEPROM датчика он не хранится, а для точной компенсации нужна ещё и температура окружения, определяющая отражённую составляющую.

Практический приём из того же FAQ: блестящую поверхность покрывают краской с высокой ε и измеряют уже её — Melexis предупреждает, что стабильность излучательной способности краски тоже влияет на результат. Подключение датчиков и выбор поля зрения — в статье «ИК-термометр и тепловизор».

Частые вопросы

Как задать излучательную способность в MLX90614?

Записать в ячейку EEPROM Emissivity по адресу 0x04 значение round(65535 · ε). Заводское значение 0xFFFF соответствует ε = 1,0; Melexis допускает диапазон 0,1…1,0 и подчёркивает, что перекалибровка по чёрному телу при этом не нужна. Например, для ε = 0,95 это 62 258, то есть 0xF332.

Как связаны излучательная и отражательная способность?

Через закон сохранения энергии: поглощённая, отражённая и прошедшая насквозь доли излучения в сумме дают 1, а поглощательная способность тела в тепловом равновесии равна излучательной. Значит, ε + отражательная способность + пропускание = 1, и для непрозрачного тела отражательная способность равна 1 − ε. Melexis в FAQ формулирует это иначе — как сумму излучательной, отражательной и поглощательной способности, — но вывод для непрозрачного тела тот же. Поэтому тело с низкой ε — хорошее зеркало для ИК, и датчик видит в нём отражение окружающих предметов.

Какая излучательная способность у распространённых материалов?

По примерам Melexis: у пластиков 0,84…0,95, у масляных красок 0,85…0,95, у грубо полированного алюминия около 0,18, у сильно окисленного алюминия около 0,30. Стекло в нужном диапазоне почти чёрное. Для металлов ИК-термометр без поправки сильно ошибается.

Источники

  1. Melexis. MLX90614 Single and dual zone IR sensor in TO39, Datasheet Rev 021 (02-Jun-2026), DOC#3901090614 — по умолчанию калибровка для объекта с ε = 1; пользователь может задать 0,1…1,0 без перекалибровки по чёрному телу; ячейка EEPROM Emissivity (0x04), заводское значение 0xFFFF = 1,0, Emissivity = round(65535 · ε); разд. 5.8 FAQ: у материалов разная излучательная способность — у грубо полированного алюминия типично 0,18, у пластиков 0,84…0,95; поток излучения содержит ε объектов, поглощательную способность датчика, постоянную Стефана — Больцмана и T⁴; при низкой ε растёт доля отражённого окружения, которую датчик не может отделить; масляные краски — 0,85…0,95, сильно окисленный алюминий — всё ещё около 0,30; для непрозрачного тела отражательная способность = 1 − ε; ошибка растёт с разницей температур объекта и окружения; стекло для ИК почти «чёрное»
  2. Melexis. MLX90640 32x24 IR array, Datasheet, Revision 12 (December 3, 2019) — разд. 11.2.2.5.4: компенсация излучательной способности при расчёте температуры пикселя; коэффициент задаёт пользователь, в EEPROM датчика он не хранится; для точной компенсации нужна температура окружения — от неё зависит отражённая составляющая ИК-сигнала

Нашли ошибку?

Смотрите также