热量和红外发射

热能是能量的一种形式。热量储存在物体中（我们周围的一切事物），就像电能储存在电池内一样。

一个物体如果不带有热量将会是非常冷的，我们称其为绝对零度（-460℉或-273℃），这是最冷的物体。因为它的热量绝对值是零。当物体被加热时，温度会上升。一个物体的热量越多，将会变得越热。

热量是通过分子和原子（次原子的微粒）的运动储存在物体内的。当物体处于绝对零度时，没有热量，分子和原子也不运动。一旦热量增加，温度开始上升，原子和分子（亚原子的微粒）开始振动（并改变能量的状态）。由于储存在物体内的热量总量的增加，分子和原子的振动将越来越剧烈。

就像两手拍打或橡胶带振动时产生声音一样，红外能量通过这些原子和分子的振动，通过它们相互之间的碰撞释放出来。这些释放出的能量就是红外测温仪所测量的红外能量。温度越高，原子和分子的振动越剧烈，释放的红外能量越多。这里关于温度和释放的红外能两者之间密切的线性关系，就是红外测温仪能够准确测温的工作原理。

黑体能量分布和波长、温度之间的关系

通常一个物体释放出的红外能总量与其温度呈正比关系。一个相对小的温度变化通常能够带来一个相对较大的红外能量的变化。因此，红外测温仪具有较高的精度。但现实中存在很多影响红外测温仪准确工作的因素。因此，了解红外测温仪的本质和原理是至关重要的。

如前所述，红外能量是由原子和分子的振动产生的。当物体温度较低的时候，这些振动相对较慢，释放的红外能也相对较小。当物体温度升高时，振动的频率增加并且释放出的红外能总量也随之增加。振动的频率与产生的能量的波长有关系。频率越高，波长越短。通常对于大多数材料来说，红外能量发出的波的频率和波长不是固定的，而是呈曲线分布，在一个范围内波动。在任何特定波长上，发出的红外能都随温度的增加而增加（见下图）。但是，低温物体发射出的峰值波长较长，而高温物体发射出的峰值波长较短。

在分析光谱上不同温度产生的红外能分布时，需要注意两点。第一点是要注意在短波长下任何特定的温度变化所带来的红外能量的变化比在长波长下大得多。这就是说一个短波长红外测温仪更能准确地提供温度变化的趋势，并且更能耐受诸如发射率变化、光学结垢和瞄准误差等一系列干扰。第二点是要注意当温度变得越来越低时发射出的峰值能量的波长将增加。这就是说在测量温度很低的目标时，有必要使用一个波长相对较长的传感器。在下文中将仔细地给予说明。

发射率的定义(黑体、灰体、非灰体、可选择型发射体)

物体的温度与发射出的红外能的关系，粗略看来似乎用一句话就可以描述清楚：高温物体发射出较多的红外能，而低温物体发射出较少的红外能。理论上，通过简单地测定被测目标发射出的红外能，就可以知道它的温度。然而实际上并不是那么简单的。因为目标物体发射出的红外能并不是仅由温度这一个因素来决定的。还有另一个变量必须考虑，这个变量我们称之为发射率（或发射的趋势）。一个物体的发射率受到材料本身、表面状态、反射率和不透明度的影响。发射率常常会使测温变得复杂。因此，理解发射率的概念及其特性，对于正确使用红外测温仪是至关重要的。

发射率和黑体的科学定义

发射率的科学定义是在某一特定温度下物体发射出的红外能与理论上在没有损失时的完全值的比例。换句话讲，发射率就是一个物体实际发射的红外能与其理论值的比率。这一值介于0.000和1.000之间。发射率如果能够达到理论上没有损失的完全值，则称之为黑体。黑体是一个完美的发射器，因为它理论上发射100%红外能，所以它的发射率值为1.000。一个物体如果发射出60%的理论上的红外能值，则称其发射率值为0.600。

几百年以来，对于黑体在各种温度和波长下所发射出的红外能已有详尽的记录，并已成为物理学的一种基础。红外测温仪在校对时是以黑体发射器为基准的。红外测温仪在使用时必须能够准确说明测量条件的特征。对非常接近黑体的对象，红外测温仪的结果通常更为准确。如果应用对象远离黑体条件，并且存在特定的安装问题，则需要慎重地对红外测温仪进行选型。而正确选型的前提是对红外测温仪本质原理的准确把握。

实际发射率的定义

虽然发射率的科学定义是很重要的，但是通常在实际操作中是无法应用的。我们需要了解实际发射率的定义以及一些基本概念。

在通常情况下，红外能表现为三种形式，即发射、穿透和吸收。

反射率+ 穿透率+ 吸收率= 100%

如果目标是不透明的，则其穿透率为0。以上公式变为：

反射率 + 吸收率 = 100%

如果目标吸收红外能（热能），它的温度会上升。当物体处于等温状态时，它发射出的能量和吸收的能量是相同的。因此，吸收率 = 发射率。以上公式变为：

发射率 + 反射率 = 100%

还可以表述为：

发射率 = 100% - 反射率

因此，对于一个不透明的物体，发射率是反射率的倒数，即发射率 + 反射率 = 100%。而对于一个透明的物体，其发射率 + 反射率 + 穿透率 = 100%。

换句话说，对于一个不透明的物体，发射率和反射率的和为100%。如果一个不透明的物体反射10%的能量，则发射90%的能量，其发射率值为0.900；如果一个不透明的物体反射60%的能量，则发射40%的能量，其发射率值为0.400。这一关于发射率的定义为理解发射率和理解红外测温仪提供了一个理论工具，因为反射率通常是容易测量和理解的。

在理解发射率时有一个难点，即大多数材料的发射率值是不固定的。被测材料本身是表面发射率的最重要因素，然而并不是唯一因素。其它一些因素，诸如表面纹理、氧化度、微观结构、表面污染物以及镀层等等因素都会影响材料的发射率。比如，钢水的发射率和固体钢的发射率就有很大差别；又比如，热轧钢的发射率和冷轧钢的发射率也不一样。这里还有另一个难点是关于材料的颜色。有些金属迭片可以表现为任何颜色，但其发射率值是固定的，并不受到颜色变化的影响，但它的表现结构在很大程度上影响发射率值。通常高光泽度表面的材料比低光泽度表面的材料发射率低。迄今为止，有许多关于各种材料发射率值的记录。不幸的是，这些记录大部分是不准确的，也存在许多误解。