紅外技術基本理論

文章來源:許昌市紅外技術研究所有限公司

紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種,由德國科學家霍胥爾1800年發現,又稱為紅外熱輻射,他將太陽光用三棱鏡分解開,在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計,試圖測量各種顏色的光的加熱效應。結果發現,位于紅光外側的那支溫度計升溫更快。因此得到結論:太陽光譜中,紅光的外側必定存在看不見的光線,這就是紅外線。

太陽光譜上紅外線的波長大于可見光線,波長0.751000μm。

紅外線可分為三部分.

近紅外線:波長為(0.75-1)(2.5-3)μm之間;

中紅外線:波長為(2.5-3)(25-40)μm之間;

遠紅外線:波長為(25-40)l000μm 之間。

一、熱輻射基本定律

任何0 K以上溫度的物體都會發射各種波長的電磁波,這種由于物體中的分子、原子受到熱激發而發射電磁波的現象稱為熱輻射。熱輻射具有連續的輻射譜,波長自遠紅外區到紫外區,并且輻射能按波長的分布主要決定于物體的溫度。

 

 

1. 單色吸收比和單色反射比

任何物體向周圍發射電磁波的同時,也吸收周圍物體發射的輻射能。當輻射從外界入射到不透明的物體表面上時,一部分能量被吸收,另一部分能量從表面反射(如果物體是透明的,則還有一部分能量透射)。

吸收比。被物體吸收的能量與入射的能量之比稱為該物體的吸收比。在波長ll+dl范圍內的吸收比稱為單色吸收比,用表示。

反射比。反射的能量與入射的能量之比稱為該物體的反射比。在波長ll+dl范圍內相應的反射比稱為單色反射比,用表示。對于不透明的物體,單色吸收比和單色反射比之和等于1,即                               

若物體在任何溫度下,對任何波長的輻射能的吸收比都等于1,即,則稱該物體為絕對黑體(簡稱黑體)。

2. 基爾霍夫輻射定律

在同樣的溫度下,各種不同物體對相同波長的單色輻射出射度與單色吸收比之比值都相等,并等于該溫度下黑體對同一波長的單色輻射出射度。即

                 

式中為黑體的單色輻射出射度。

3. 普朗克公式

黑體處于溫度T時,在波長l 處的單色輻射出射度由普朗克公式給出

                           

式中h為普朗克常數,c為真空中的光速,kB為波爾茲曼常數。

可見:

⑴對應任一溫度,單色輻射出射度隨波長連續變化,且只有一個峰值,對應不同溫度的曲線不相交。因而溫度能唯一確定單色輻射出射度的光譜分布和輻射出射度(即曲線下的面積)。

⑵單色輻射出射度和輻射出射度均隨溫度的升高而增大。

⑶單色輻射出射度的峰值隨溫度的升高向短波方向移動。


4.維恩位移定律

單色輻射出射度最大值對應的波長


           

5.斯忒藩-玻爾茲曼定律

                                  

其中為斯忒藩-玻爾茲曼常數。

斯忒藩-玻爾茲曼定律表明黑體的輻射出射度只與黑體的溫度有關,而與黑體的其他性質無關。

3遠紅外線的發現:

遠紅外線的發現 公元1800年德國科學家"霍胥爾"發現太陽光中的紅外線外側所圍繞著一種用肉眼無法看見的光源,波長介於5.6-1000UM的「遠紅外線」,經過這種光源照射時,會對有機體產生放射、穿透、吸收、共振的效果。美國太空總署(NASA)研究報告指出,在紅外線內,對人體有幫助4-14微米的遠紅外線,能滲透人體內部15CM,從內部發熱,從體內作用促進微血管的擴張,使血液循環順暢,達到新陳代謝的目的,進而增加身體的免疫力及治愈率。 但是根據黑體輻射理論,一般的材料要產生足夠強度的遠紅外線,并不容易,通常必須藉助特殊物質作能量的轉換,將它所吸收的熱量經由內部分子的振動再發放較長波長的遠紅外線出來。(南京希達電子專業生產遠紅外線加熱管)

紅外輻射加熱管產品簡介:

以耐高溫稀有金屬或非金屬制成的紅外輻射發熱體,經特殊工藝繞制后封閉在特種透明高純石英玻殼內,再經抽真空并充以惰性混合氣體制成。這種加熱管在通電后產生的一定波長的紅外線輻射能量,具有高強度、高熱效、高穿透性、低能耗的顯著特點。它完全克服了普通乳白玻璃紅外加熱管不抽真空、熱慣性大、溫度控制精度低、熱效率低、壽命短的固有缺陷。利用這種加熱管制成加熱器、熱風器、烘箱、烘道等加熱設備能大大地提高工作效率,縮短加熱周期,節約加熱能源,降低生產成本,因而得到了廣泛的應用。并且,利用紅外輻射加熱技術不論是對被加熱工件還是對環境都沒有污染。因此,高紅外輻射加熱管是一種真正意義上的綠色產品。

4遠紅外輻射器的形狀:

0按形狀分為單管、欒管、歐米茄型、U型、圓形、梨型、螺旋型等等。按顏色可分為有色(分好幾種)和透明,按功能可分鎢絲加熱絲、鎳鉻合金絲發熱絲、碳纖維發熱絲[1] 等等,可制造紅寶石套管有效的濾掉了短波紅外線,而輻射長波紅外線。還可以分為鍍金反射層和鍍白反射層,以增加其輻射能力,使其更加高效節能。目前廣泛使用的還是以鎢絲和碳纖維為主體發熱材料的紅外線輻射器。


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