紅外設(shè)備將校準(zhǔn)為使用斯特藩-玻爾茲曼公式計(jì)算基于從黑體發(fā)出的紅外輻射溫度。這里的Wbb是一個(gè)黑體單位時(shí)間內(nèi)表面的總輻射能量單位，σ是一個(gè)常數(shù)，T是Kelvin開(kāi)爾文溫度

WBB = σ · T 4 .                                                                                                               (3)

然而，在相同溫度下，真正的人體發(fā)出的輻射比黑體少，描述這現(xiàn)象的術(shù)語(yǔ) 發(fā)射率 被正式定義為：在相同溫度下，身體發(fā)出的輻射與黑體發(fā)出的輻射比例。

把3帶入4 得出5   這個(gè)方程是灰體散熱器的斯蒂芬-波爾茲曼公式

W  = ε · σ · T 4 .                                                                                                                                            (5)

補(bǔ)償是一個(gè)計(jì)算過(guò)程，是使用其主體發(fā)射率發(fā)出的輻射來(lái)計(jì)算主體溫度的過(guò)程，基于此過(guò)程，紅外設(shè)備可用（6）來(lái)測(cè)量輻射和計(jì)算溫度?？梢钥闯觯罱K紅外設(shè)備測(cè)量精度取決于正確的調(diào)整發(fā)射率，因此，發(fā)射率校準(zhǔn)至關(guān)重要。

A.       鐵水發(fā)射率 

在工業(yè)環(huán)境中，由于種種原因準(zhǔn)確的發(fā)射率校準(zhǔn)不太容易。最重要的原因之一是正確的發(fā)射率評(píng)估必須在同樣條件下隨著溫度測(cè)量進(jìn)行，這是非常困難的，因?yàn)榘l(fā)射率評(píng)估所需的參考溫度通常不適用于工業(yè)安裝的環(huán)境。

在實(shí)際工作條件下，一般的程序進(jìn)行校準(zhǔn)發(fā)射率是非常困難的，這就是為什么發(fā)射率通常在實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)用校準(zhǔn)設(shè)備加熱對(duì)象并測(cè)定其溫度進(jìn)行評(píng)估。雖然溫度低但熱電偶也可用來(lái)獲得參考溫度，更常見(jiàn)的是使用在溫度測(cè)量中使用的紅外設(shè)備，粘一塊已知發(fā)射率的絕緣膠帶在樣品上。一旦獲知被加熱物體的參考溫度，就使用紅外設(shè)備再次測(cè)量樣品，發(fā)射率的結(jié)構(gòu)會(huì)不斷變化直到獲得參考溫度，這最終的構(gòu)成就是被測(cè)物的發(fā)射率。

本文提出了一種在實(shí)際工作環(huán)境中的鐵水發(fā)射率校準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)室，可以模擬相同條件的鐵水。然而，這些類型的綜合測(cè)試很少是模擬真的現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù)。

T

鐵水發(fā)射率的參考溫度是通過(guò)一個(gè)配有熱電偶的管子，lance浸在魚(yú)雷車(chē)內(nèi)的鐵水中幾次，采取平均測(cè)量，這種溫度測(cè)量的過(guò)程非常危險(xiǎn)必須謹(jǐn)慎小心，因?yàn)樗枰斯ぶ苯咏嚯x干預(yù)非常熱的材料，不管怎樣，實(shí)際工作中它是唯一可選的。為了減少對(duì)人們?cè)斐傻膫?，因此將移?dòng)并把測(cè)量器具浸入魚(yú)雷車(chē)的操作員位置設(shè)在魚(yú)雷車(chē)上方的安全距離，當(dāng)傾倒鐵水時(shí)不能浸入測(cè)量器，以免有飛濺物質(zhì)。圖8顯示 一名操作員正在使用測(cè)量器測(cè)溫。

為發(fā)射率校準(zhǔn)使用熱電偶測(cè)溫

I

使用lance測(cè)溫后，立刻把魚(yú)雷車(chē)中的鐵水倒入鋼包，使用本文中提到的鐵水測(cè)量方法，鐵水傾倒時(shí)紅外攝像機(jī)中的發(fā)射率不斷變化直到溫度分布的平均值匹配之前用lance測(cè)的溫度。紅外攝像機(jī)測(cè)量的溫度對(duì)于用lance測(cè)的溫度有一個(gè)延遲，于是鐵水的溫度在這期間可能發(fā)生變化。然而，絕緣的魚(yú)雷車(chē)和熱慣性使這種差異可以忽略不計(jì)。

重復(fù)測(cè)試魚(yú)雷車(chē)發(fā)射率校準(zhǔn)待得到相近的結(jié)果時(shí)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的最終發(fā)射率是0.205.這個(gè)值和之前工作的長(zhǎng)波紅外設(shè)備Flir ThermoVision A325所得值是一致的。作為一個(gè)紅外測(cè)溫感興趣的技術(shù)人員的參考，工廠加工的生鐵含碳量較高 (4.636%)，也含有小比例的其他物質(zhì)，包括硅(0.396%),錳 (0.319%),磷 (0.070%),硫 (0.008%).發(fā)射率校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境為相對(duì)濕度60%，常溫23 ? C，攝像機(jī)到目標(biāo)距離為7米。

B.熔渣界定

為了正確計(jì)算熔渣的溫度TS，（7）應(yīng)該用于補(bǔ)償熔渣WS的發(fā)射率εS發(fā)出的輻射.

然而，紅外設(shè)備通常使用相同的發(fā)射率值實(shí)現(xiàn)所有像素的輻射補(bǔ)償。例如，這項(xiàng)工作取得的紅外圖像是使用硬件補(bǔ)償?shù)募t外攝像頭，它可以使用一個(gè)單一的發(fā)射率值。這種情況下，因?yàn)樗俏覀兏信d趣的溫度，所以攝像機(jī)配置的發(fā)射率值就是鐵水εI的發(fā)射率，因此，計(jì)算獲得熔渣像素溫度T’s

Fig. 9.   Compensation of the temperature of the slag.

熔渣的補(bǔ)償溫度

圖9展示了兩個(gè)不同的熔渣溫度值的計(jì)算,使用生鐵發(fā)射率補(bǔ)償熔渣輻射可以得出T’s，并且也可以得出Ts如果熔渣輻射已正確得到補(bǔ)償。

補(bǔ)償結(jié)果（8）給出一個(gè)高出本應(yīng)該獲得的實(shí)際值（7）的溫度讀數(shù)，這是因?yàn)槿墼鼘?duì)應(yīng)的區(qū)域比生鐵區(qū)域受到更大的輻射(εS 》εI)。其結(jié)果是，圖中熔渣對(duì)應(yīng)的像素溫度計(jì)算比實(shí)際溫度值要高(T’s》Ts )，這實(shí)際上和鐵水溫度TI非常相近。

解出(7)中的Ws，然后代入到(8)中，得到（9），這表明熔渣溫度值能過(guò)作用于熔渣實(shí)際溫度值的鐵水發(fā)射率得到補(bǔ)償。

由于熔渣的實(shí)際溫度值和鐵水的溫度很接近(TS ≈ TI )。所以（10）也是成立的。

The emissivity of the molten pig iron and the emissivity of the slag are constants. Therefore, (10) can be expressed as (11),where k is equal to

鐵水的發(fā)射率和熔渣的發(fā)射率是常數(shù)，所以，（10）可以表示為（11），其中k=

鐵水校準(zhǔn)的發(fā)射率εI是0.203，之前（7）表明，熔渣發(fā)射率εS是0.9左右，與波長(zhǎng)統(tǒng)一，所以這樣情況下下，K的值是1.45左右。 

在紅外光譜長(zhǎng)波區(qū)域，鐵水和熔渣的發(fā)射率差別更大，熔渣的發(fā)射率與波長(zhǎng)一致，然而，鐵水的發(fā)射率在短波區(qū)會(huì)更高些，這意味著，長(zhǎng)波的紅外設(shè)備，比如這次用到的紅外攝像機(jī)比短波設(shè)備更適用于紅外熔渣檢測(cè)。

 Fig. 10.   Computed temperature of the slag in function of the

temperature of the molten pig iron and threshold.                         

            鐵水溫度和闕值計(jì)算熔渣溫度表

圖10顯示，熔渣的溫度補(bǔ)償基于鐵水的溫度TI通過(guò)其發(fā)射率T’s計(jì)算，使用1200 ? C 到 1600 ? C 范圍的TI值計(jì)算T’s值，該溫度范圍來(lái)自鐵水溫度。

 圖10可以看到，TI最低值即1200? C, Ts值是1862.85? C左右，應(yīng)用了開(kāi)爾文攝氏度轉(zhuǎn)換后得到（10）上的所有值，所有方程中的溫度值都是用開(kāi)爾文表示。T’s包含的值是使用高于1800? C的TI最低值，此溫度水平是在鐵水的最高溫度水平之上，因此，1800? C將被選為T hs闕值，在圖像處理過(guò)程中的熔渣檢測(cè)會(huì)應(yīng)用該闕值。

之所以選擇這個(gè)闕值是因?yàn)殍F水達(dá)不到這個(gè)溫度，同時(shí)，當(dāng)熔渣得到鐵水發(fā)射率補(bǔ)償時(shí)，和鐵水溫度幾乎相同的溶渣溫度將高于這個(gè)闕值。因此，闕值的選擇使區(qū)分熔渣和鐵水成為可能。

 杰福儀器儀表有限公司成立于2003年，自2003年代理國(guó)際知名大廠 FLIR紅外線熱像測(cè)溫系統(tǒng)至今。杰福八年來(lái)專注于紅外熱像檢測(cè)技術(shù)、10多名行業(yè)專家，一直致力于紅外線熱像系統(tǒng)的銷售及技術(shù)服務(wù)，是目前中國(guó)大陸首家專業(yè)從事紅外線熱像系統(tǒng)的代理商，也是亞洲地區(qū)第一家取得美國(guó)非破壞性檢測(cè)協(xié)會(huì)（ASNT）認(rèn)可之高級(jí)紅外線熱像檢測(cè)師（T/IR Level III）證照的企業(yè)，專業(yè)提供紅外線熱像檢測(cè)師培訓(xùn)課程及資格認(rèn)證服務(wù)，并為企業(yè)提供配套熱像儀方案。杰福公司是國(guó)內(nèi)率先倡導(dǎo)將「紅外線熱像檢測(cè)技術(shù)」廣泛應(yīng)用于煉鐵、軋鋼、化工、塑料、石化等領(lǐng)域，紅外線熱像檢測(cè)技術(shù)已廣為應(yīng)用于設(shè)備預(yù)警領(lǐng)域。豐富的專業(yè)知識(shí)及實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，已深獲業(yè)界的肯定與好評(píng)。