深圳亞泰是紅外熱像領(lǐng)域?qū)I(yè)的系統(tǒng)提供商,我們專注于針對不同應(yīng)用現(xiàn)場的特殊需要,開發(fā)相應(yīng)的紅外熱像分析軟件和硬件產(chǎn)品。
作為**性的技術(shù),紅外熱像正在越來越多的領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
熱
物理學(xué)指出自然界中的物質(zhì)都是由持續(xù)運(yùn)動的分子構(gòu)成,分子的運(yùn)動或快或慢,熱的分子運(yùn)動的快些,冷的分子運(yùn)動慢些。
一個物質(zhì)的所有分子動能的總合就是熱能。
熱能總是從高能級區(qū)域向低能級區(qū)域轉(zhuǎn)移,并且這個過程是不可逆的。
蠟燭的燃燒產(chǎn)生熱能
很多人都會把熱能和熱等同起來,認(rèn)為熱就是熱能。
其實(shí)嚴(yán)格意義上講,熱不是能量的一種形式,而是分子從高能級區(qū)域向低能級區(qū)域轉(zhuǎn)移的過程。因此物理界普遍認(rèn)為能量的傳遞就是熱。
溫度
溫度是用來表示物體熱強(qiáng)度的物理量,從分子運(yùn)動論觀點(diǎn)看,溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志。
溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量,如水銀溫度計。而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。
它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)(零點(diǎn))和測量溫度的基本單位。目前國際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)(°F)、攝氏溫標(biāo)(°C)、熱力學(xué)溫標(biāo)(K)。
物理界將0K定義為**零度。
開氏溫度與攝氏溫度的換算公式
T K=t℃+273.15K
華氏溫度與攝氏溫度的換算公式
T ℉ = 1.8t℃ + 32
**零度到底有多冷呢?
理論上該點(diǎn)上的分子都靜止不動,但這樣的情況不會發(fā)生在自然界,甚至在外太空。
能量守恒定律
簡單來講能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量不變
熱傳遞
同樣,物體之間或者同一物體的不同部位存在溫度差,熱能也會從高能級區(qū)域向低能級區(qū)域轉(zhuǎn)移,并*終達(dá)到熱平衡,這種現(xiàn)象我們稱為熱傳遞。
(此圖例在不考慮環(huán)境溫度及其他因素影響的情況下)
熱是如何進(jìn)行傳遞的呢?熱有三種傳遞模式:
1、傳導(dǎo)
2、對流
3、輻射
發(fā)生熱傳遞現(xiàn)象時,通常會有幾種傳遞方式同時發(fā)生
熱傳導(dǎo)
熱傳導(dǎo)是固體與固體間**的熱傳遞方式。
比如您和客人握手,您感覺到對方手上傳遞熱量,這就是熱傳導(dǎo)。
傅里葉定律可幫助我們進(jìn)行熱傳導(dǎo)分析:
通過熱傳導(dǎo)公式我們可以得出影響熱傳導(dǎo)的因素:
•材料的導(dǎo)熱系數(shù)
•溫差的大小
•熱傳遞的區(qū)域大小
熱對流
對流是流體(氣體、液體)中熱傳遞的主要方式。熱量靠物質(zhì)的流動從一部分向另一部分轉(zhuǎn)移的傳遞方式稱為對流。
熱對流又分為自由熱對流和強(qiáng)迫熱對流兩種方式。
早在三國時期,諸葛亮就發(fā)現(xiàn)熱對流的作用而發(fā)明了孔明燈,孔明燈的升空過程就是一個典型的強(qiáng)迫熱對流案例。
兩種對流方式的區(qū)別在于自由對流無外力驅(qū)動而強(qiáng)迫熱對流需要外力驅(qū)動。
牛頓冷卻定律可幫助我進(jìn)行熱對流分析:
影響對流的主要因素:
•熱對流的系數(shù)
•溫差的大小
•對流區(qū)域面積的大小
熱輻射
熱輻射:高溫?zé)嵩赐ㄟ^空間射向低溫物體,使低溫物體受熱升溫,這種熱量的傳遞方式叫做熱輻射。
熱輻射雖然也是熱傳遞的一種方式,但它和熱傳導(dǎo)、對流不同。它無需依靠傳輸媒介就可以進(jìn)行熱交換,所以熱輻射是在真空中**的傳熱方式。
如太陽輻射到地球上的熱能就是典型的熱輻射案例。
史提芬-波茲曼定律可以幫助我們進(jìn)行熱輻射分析:
Q = s • • T4e
根據(jù)史提芬-波茲曼定律可以確定,一個表面的輻射熱能取決于:
s = 史提芬-波茲曼常數(shù)
發(fā)射率(? )
溫度(T)
溫度越高,熱輻射越強(qiáng)。
注:所謂黑體是指將入射的電磁波全部吸收,并全部轉(zhuǎn)化為自身能量向外輻射的物體,在此過程中即沒有發(fā)生反射,也無透射。黑體輻射物的發(fā)射率ε= 1,在現(xiàn)實(shí)自然界中不存在這種**的黑體,黑體輻射物被認(rèn)為是一種理想物體,通常用作校準(zhǔn)熱像儀溫度的標(biāo)準(zhǔn)物體。如黑體爐。
所有溫度高于**零度(-273.15℃)的物體都能產(chǎn)生熱輻射,即紅外輻射。
因此熱輻射是我們使用紅外技術(shù)探測溫度的基礎(chǔ)。
電磁波譜
自然界中有各種各樣的電磁輻射,每種電磁輻射都擁有不同的波長和振動頻率,它們一起組成了電磁光譜。人眼所能感覺到的可見光只是波譜中的一部分。除此之外,還有我們現(xiàn)在比較熟悉的紅外線,紫外線等。
電磁輻射波譜圖
電磁波譜可任意劃分成許多波長范圍,這些波長范圍我們稱為“波段”。從電磁波譜上可以看到人眼所能感知的可將光的波段為380nm到780nm,而紅外光的波段從780nm到1mm。
紅外線
紅外線是由超過**零度的物體自身散發(fā)的,所以它是**的。
紅外線根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域可劃分為四個更小的波段:
近紅外線波段: 0.75μm—3μm
中紅外線波段: 3μm—6μm
遠(yuǎn)紅外線波段: 6μm—15μm
極遠(yuǎn)紅外線波段: 15μm—1000μm
因此,針對不同波段的紅外進(jìn)行測試也要選擇不同波長的熱像儀。
目前商業(yè)領(lǐng)域中常用的熱成像儀有8μm—14μm的長波熱像儀和3μm—5μ的短波熱像儀以及一些針對特殊應(yīng)用的熱像儀。
為什么熱像儀要做這樣的紅外波段劃分呢?
大家都知道太陽輻射之所以能傳輸?shù)降厍蛏?,是因?yàn)橛写髿獯翱冢辛诉@些大氣窗口,部分太陽輻射才能照射到地球上,地球上的生命才會存在。
所謂的大氣窗口是指太陽輻射在通過大氣層時,未被反射、吸收和散射的那些透射率高的電磁輻射的波段范圍。
同樣,紅外波段也存在的大氣窗口,在1μm—3μm、3μm—5μm以及8μm—14µm范圍的紅外波段有穩(wěn)定的大氣透射率,因此在這些波段使用紅外技術(shù)測量的效果也尤為明顯。
紅外熱像儀的分類
紅外熱像儀根據(jù)應(yīng)用可分為兩大類:手持式熱像儀和在線式熱像儀。
無論是手持式熱像儀還是在線式熱像儀,硬件上都是由光學(xué)鏡頭、紅外探測器、信號處理系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)構(gòu)成的。