利用低成本材料增加目标发射率

一般而言，洁净、未氧化、裸露的金属表面发射率较低，有的甚至难以使用红外热像仪测量。在许多工业研发应用中，发射率低的物体普遍存在，而在电气应用中尤为突出。为了获得更准确的测量结果，需要提高这些目标的发射率。

红外热像仪可以记录电磁光谱中的红外辐射的强度，然后转换成可视的图像。源自某一物体的红外能量通过热像仪的光学镜头聚焦，传递至红外探测器上，探测器将信息发送至传感器电子元件，进行图像处理。电子元件将源自探测器的数据转化为可以在取景器、标准视频显示器或液晶显示屏上读取的图像。红外热成像是一种将红外图像转换为辐射测量图像的技术，从而能够从图像上读取温度值。因此，辐射图像的每个像素点实际上对应一个温度值。

为了正确解读热图像，需要了解不同材料与环境如何影响红外热像仪的温度读数。发射率是指：与完全发射体相比，目标物体发射红外辐射的效率（完全发射体又称为黑体，其发射率值为1）。实际上，我们的测量目标并非完全发射体，其发射率值往往小于1。目标的测温值源于发射、传输与反射辐射量的总和。为热像仪设置正确的发射率值至关重要，否则，温度测量值将不准确。FLIR公司已为许多材料预定义了发射率值，其它材料的发射率值详见发射率表。

完全黑体的发射率为1。换言之，目标的辐射量完全由目标表面发出。

实际上，我们的测量目标并非完全发射体，其发射率值往往小于1。目标的测温值源于发射、传输与反射辐射量的总和。

目标物体的发射率、反射率和热传导值受材料属性的影响较大。大多数非金属材料的发射率值接近0.9，表示所测90%的辐射由目标发出。大多数抛光金属的发射率值约为0.05至0.1。根据氧化或腐蚀的不同程度，生锈、被氧化或被腐蚀金属的发射率值范围为0.3至0.9。如果不能通过某种方式提高目标物体的发射率值，那么，发射率低于0.7的材料将会很难测量，低于0.2的材料几乎无法测量。幸运的是，可使用十分经济实用的方法来补偿目标的低发射率。以下六种方法可以降低目标的反射率，从而改善测量精度。

细看这幅热图像，可能认为树叶的表观温度要比杯子的表观温度低。实际上，它们的温度相同，红外辐射强度差异是因辐射率不同所引起。

电工胶带

大多数优质电工胶带的发射率为0.95。须注意的是胶带是不透明的，尤其是使用中波(3-5μm)红外热像仪时。某些乙烯基胶带质地非常薄，具有一定的红外透射比，因此无法用作高发射率涂层。Scotch品牌88黑色乙烯基电工胶带在短波(3-5μm)和长波(8-12μm)区段，发射率均为0.96，在此推荐使用。

带光亮金属盖的大型专用集成电路（ASIC）的温度：无涂层情况下，温度读数接近室温。粘贴一层高发射率聚酰亚胺胶带后，温度读数接近其真实温度 43.9℃。

本例展示了贴有胶带的两个罐子。左边的罐子装满热水，右边的罐子仅处于常温之下。对前者而言，从胶带读出的温度为72.8˚C，从罐子读出的温度为23.5˚C。由于罐子的发射率较低，后者的读数基本上为环境温度读数。这是一个十分经典的案例，说明了高发射率材料应用于低发射率目标的必要性。

涂料与涂层

大多数涂料的发射率范围为0.9-0.95。金属漆发射率较低，不推荐使用。涂料的颜色并非影响红外发射率的重要因素。涂料的平整度比颜色更重要。平光涂料比光泽涂料更合适。为了增加不透明度，涂层必须足够厚。施加两道涂层通常可以满足需求。胶带适用于小面积区域。涂料适用于大面积区域，但是涂料是永久性涂层。对于大面积需要被去除的涂层，或者胶带不适用之处，悬浮液粉末或喷涂效果会更优。染色渗透剂与Dr. Scholl’s喷用足光粉便是2个很好的例子。如果粉末喷涂得足够厚，且不透明，这两种粉末的发射率范围均在0.9至0.95之间。

左图：未涂覆发射率增强涂料的印刷电路板。右图：涂覆发射率增强涂料的印刷电路板。使用涂料的缺点在于减少了精细的细节信息。

修正液

使用修正液是增加表面发射率的有效途径。这种方法可应用于最小的电气元件中，性能优于无法在小面积表面粘贴的胶带。修正液可使用小刷与酒精清洗掉。对于长波热像仪，修正液的发射率约为0.95-0.96。

进一步建议

由于许多目标通常是带电的，需要特别小心。只有在目标未通电时才能对其涂覆涂层，通电后，只能使用经过批准的涂层确保正常运行。确保涂层能覆盖足够面积的区域。了解热像仪测量的距离系数比，以及测量的最小安全距离。例如：距离系数比为250:1的热像仪，可在最远2.5m处对1cm的目标进行测量。对于更高温度应用，可使用耐高温涂料，如：发动机或木炭烤炉涂料。胶带与粉末会受到应用温度范围的限制。对于电气系统，如果胶带熔化，可能会导致十分严重的问题。因此，这一应用需要用到高温材料。

控制印刷电路板的发射率值

在故障检修期间，测量印刷电路板上密集元件的温度是一项十分有用、而且经济实惠的技术，但由于不同元件的发射率值均不相同，操作起来难度比较大。通常，印刷电路板上布满了各种由不同厂家生产的金属与塑料元件，而不同生产商使用的抛光剂均不相同。当电路板经过已知、已检测和特征明显的涂层处理后，通常可以简化问题。涂覆涂层后，元件表面拥有相同的发射率值，相关温度可通过记录温度曲线来确定。

为了控制发射率值，可对印刷电路板上涂覆一道涂层。

确定发射率

了解发射率值对于从测量辐射的角度进行实际温度评估十分必要。然而，使用发射率表时需十分谨慎。通常不清楚发射率在什么波段是有效的。发射率确实会因波长而改变。同时，表面状况、质地和形状对材料的发射率影响较大。以下是理解发射率不确定性对测量精度的影响的一种方法： 假设目标发射率的不确定性为±0.05。当发射率为0.95时，表示存在5%的误差(0.05/0.95)。对于表面光亮的铜材，发射率为0.05时，表示存在100%的误差(0.05/0.05)。这些误差将被带入温度计算中，增加温度读数的误差。鉴于这一原因，我们建议：当目标发射率低于0.5时，不要进行温度测量。测量之前，最好对该目标涂覆一层高发射率材料。

高发射率涂层材料