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本帖最后由 newkit 于 2019-11-9 03:56 编辑
这是我在矿石收音机看到的：
热电偶测得水温是85.5度，而红外仪却测得30.3，是表不好吗？目测是fluke，应该是好产品。
首先，一个结论：只要不是太偷工减料，不要把量程虚标，红外测温仪可以做得很准的。别说福禄克，随便拿淘宝货去测一个模拟的近似黑体，或者黑空腔里的物体，温度都很准确：
但拿到现实环境，准不准要看测量者的智商。因为任何物体在往外辐射的同时，都会反射、吸收一部分外界的红外线，铮亮的金属会反射可见光，更会反射红外线。你测到的能量，其实不是来自金属本身。据此计算的温度当然是不准确的。所以关键要厘清：红外线是谁发出的？测温仪里有“发射率”设置，材质不同，表面不同（比如光滑/生锈），发射率就不同，依此做出修正，减少误差。
我们买了一台测温仪，到手总想试一下准确度。日常最常见的参考标准就是沸水。温度作为物理量，其度量是人为设置的：即一个大气压下，冰水混合物为0，沸水为100，刻度等分100就是1摄氏度。
可是实操的结果，往往都是立马想退货——没一台是准的。一般都是偏低：
温敏电子表95度（揭盖后水温降低，正常）；手里也是福禄克，偏低10度。是发射率不对吗？出厂默认是0.95，是最常见材质的发射率。查阅说明书，水也是0.95；查各种表格，水也在0.92-0.96之间。我把这些值都试了，区别不大，均偏低10度左右。搜索别人的评论，也是类似的情况。如此有规律的偏差，似乎不是我这台质量有问题？
于是去看原理，红外测温的基础是黑体辐射理论。工科生最多学到大一的《普通物理》，且多数版本并无涉及。我只能现炒现卖说些肤浅的：
1.普朗克告诉我们：黑体辐射的发射率等于吸收率。
2、水（纯H2O）对可见光来说是基本透明的，对红外线来说也基本是透明的。
照片上我们还可以看到水面的反射性也很强。两者都导致水的红外发射率很低。那么，0.92-0.96又是怎么来的？要知道，理想黑体也才是1啊。这里我们遗漏了一个重要前提，即红外测温仪反映的是物体表面温度。水的表面，实际上是活跃的介于液态和气态之间的非稳态，大白话就是“水汽”。而0.92-0.96，是指水汽的发射率。气象卫星最重要的任务之一就是拍摄红外云图和水汽通量，正是基于水汽的高发射率，通过红外成像来实现的：
回到测沸水。一般我们都是对着电热壶直接测，刚烧开的水，蒸汽四处跑，就像烟雾干扰拍照一样干扰红外成像。再加上液态水本身对红外线高度透明，所以壶体不锈钢的红外线也长驱直入进入测温仪镜头。而不锈钢的发射率只有0.5，和水汽相差悬殊。这两个因素导致最后读数偏低了。
如果把水倒入塑料杯或者纸杯（塑料、纸的发射率0.95，和水汽几乎一样），再等其冷却至没有明显蒸汽，就能准确测温了：
但这需要其他温度计来辅助验证。如果没有，那么只能用透明塑料壶来煮沸水（早先这种电热壶很常见，至少有个水位显示槽是透明塑料），此时测量塑料温度等同于沸水温度。从而避免蒸汽扰动和金属干扰。
回到第一张图。发帖人只说了这一现象，并没有分析原因。如果他的壶是塑料的，或者换别的玻璃壶，甚至换一个角度去测，都应该不会这样。玻璃（理想）对可见光来说是基本透明的，对红外线来说不是透明的；它会吸收一部分，所以太阳底下玻璃会升温甚至发烫；它也会反射一部分，原厂镀膜车玻璃就是这样“降温”；但也有一些玻璃例外，它像水一样，红外线几乎全穿透。
所以他测出30几度，我认为是背景温度。即绿色桌子和杯垫的环境温度。红外线的路径，刚好是经过壶体中心（等效成一个球体的话）且垂直于壶体两侧的切向。
同时推测其玻璃材质属于低发射率（即红外线高穿透），不适合用于间接测水温。当他换成黑色壶盖来测，结果大为不同，很准确反映了实际温度（静置一段时间后，壶盖会接近水温）：
这里又引出一个原则：对着黑色物体，尤其是亚光的黑色物体测量，更为准确。黑体辐射的理论，就是基于100%吸收率的理想黑体展开的。如果我们能在被测物体上贴电工胶布，或者汽车上用的植绒胶布，待其和被测表面同温。然后按照测温仪的DS比例，掌握好距离（比如胶布1cm长宽，则在12cm处对准），山寨的测温仪也能基本准确。
长久不接触物理，临时抱佛脚。理解谬误的地方，欢迎大家交流指正。
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雷达卡
发表于 2019-11-8 23:36:54
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千斤顶
发表于 2019-11-9 00:27:44
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