Излучательная способность объекта (коэффициент теплового излучения) - отношение мощности излучения объекта при данной температуре к мощности излучения абсолютно черного тела (АЧТ). АЧТ определяется как поверхность, излучающая максимальное количество энергии при данной температуре. Излучательная способность АЧТ равна 1,00.

Существуют следующие замечания:
- рекомендуется проводить бесконтактные измерения температуры при значении коэффициента теплового излучения более 0.7;
- при значении коэффициента теплового излучения в пределах от 0.3 до 0.7 проводить бесконтактные измерения температуры допускается, но не рекомендуется;
- при значении коэффициента теплового излучения менее 0.3 результаты не могут быть признаны достоверными из-за того, что уровень сигнала от объекта очень слабый и от поверхности отражается много паразитного излучения.

Проблема верного выбора значения коэффициента теплового излучения является очень важной, так как от этого в огромной степени зависит реальная точность измерения температуры бесконтактным методом. При неверном выборе этого значения погрешность может в несколько раз превысить паспортные значения для используемого пирометра. Значения коэффициента теплового излучения различных материалов можно найти в справочной литературе, но доверять нужно с большой осторожностью, так как все приведенные значения определены в лабораторных условиях, при различных температурах и характере поверхности образца материала.

В реальных условиях значение коэффициента теплового излучения зависит от следующих факторов:

1. материала, из которого состоит объект (металл, пластик, вода, стекло и т.д.) и его агрегатного состояния;
2. характера поверхности объекта (блестящая, гладкая, шероховатая);
3. температуры объекта;
4. спектра (области длин волн), в котором производятся измерения температуры;
5. угла визирования объекта.

Рассмотрим несколько практических примеров:

1. Коэффициент теплового излучения стали при окружающей температуре составляет 0.74 … 0.96 , пластика – 0.92 … 0.96 , воды – 0.98. Если же сталь будет находиться в жидком агрегатном состоянии, коэффициент излучения расплава лежит в пределах 0.36 … 0.38.
2. Для шероховатой поверхности стального образца коэффициент теплового излучения составит 0.9 , а для гладкой блестящей поверхности – 0.1 … 0.3 . Вообще, чем выше степень шероховатости поверхности, тем большую величину составит значение коэффициента теплового излучения.
3. Даже без перехода объекта в другое агрегатное состояние коэффициент теплового излучения для одного и того же материала будет зависеть от температуры. Например, для вольфрама на длине волны 0.5 мкм значение коэффициента теплового излучения при температуре 1600°С составит 0.47, а при температуре 2800°С – 0.43. Казалось бы, различие в 0.04 небольшое, но при измерении температур порядка 2500°С ошибка, вызванная неверной установкой коэффициента теплового излучения составит более 100°С, что очень немало.
4. Для иллюстрации зависимости коэффициента теплового излучения от области спектра рассмотрим обычное оконное стекло. В области длин волн от 0.4 до 1.6 мкм стекло ведет себя как прозрачный объект с коэффициентом пропускания 0.98, в области длин волн от 1.6 до 3 мкм пропускание падает до 0, а значение коэффициента теплового излучения непрерывно растет, далее – в области длин волн от 3 до 5 мкм стекло ведет себя как серое тело с коэффициентом теплового излучения 0.96 … 0.98, затем, при увеличении длины волны значение коэффициента теплового излучения снижается и в спектре от 8 до 14 мкм стекло ведет себя как частично отражающий материал с коэффициентом излучения 0.8.
5. Коэффициент излучения зависит и от угла, под которым измеряется температура объекта. Так для воды при визировании перпендикулярно поверхности коэффициент излучения составит 0.98, то при уменьшении угла скольжения до 10° значение коэффициента излучения упадет до 0.01, то есть в 98 раз.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что редко когда можно точно определить реальное значение коэффициента теплового излучения. Но существуют методы, которые позволяют уменьшить его влияние на точность измерений.

1. Тарировка коэффициента теплового излучения для конкретного объекта: - Образец материала нагревается до определенной температуры, как-либо точно измеренной.
2. - Температура поверхности образца измеряется пирометром. Значение излучательной способности подбирается до тех пор, пока индикатор прибора не покажет известную температуру образца.
3. - Найденное значение излучательной способности фиксируется и используется для дальнейших измерений температуры этого материала, при этом измерения желательно производить под тем же углом и на том же расстоянии что и при определении значения коэффициента теплового излучения.
4. Искусственная стабилизация значения коэффициента теплового излучения. Этот метод заключается в принудительном окислении металлических поверхностей или окрашивании металлических и неметаллических поверхностей. Например, если коэффициент излучения меди не превышает 0.2, то при окрашивании поверхности детали масляной краской он составит 0.92 … 0.96. Причем, разброс зависит не от цвета краски, а от того, насколько давно она нанесена – для свежей краски коэффициент теплового излучения ближе к 0.92, а для старой краски с трещиноватым слоем – ближе к 0.96. На практике для измерения окрашенных поверхностей рекомендуется использовать значение коэффициента излучения равное 0.95.
5. Оклеивание измеряемых поверхностей пленкой на основе ПВХ. Данные пленки имеют коэффициент теплового излучения 0.92. В качестве пленки можно использовать обычный скотч – как прозрачный так и коричневый.
6. Имитация черного тела. Например, измерить бесконтактным способом температуру поверхности расплава алюминия практически невозможно из-за того, что это фактически зеркало. Но если погрузить в расплав стальную трубу (длина должна превышать диаметр не менее чем в 6 раз), заваренную с одного конца и выдержать короткое время, она примет температуру расплава и можно измерять пирометром не зеркало расплава, а внутренность трубы, которая имитирует черное тело. Этот же метод можно применять для измерения температур и твердых (блестящих) тел. Для этого сверлится отверстие (отношение глубины к диаметру 6:1) в образце и визируется не поверхность образца, а внутренность отверстия, имитирующая черное тело. Действенность метода можно проверить так: установить на приборе ε=0.95, направить пирометр сначала на блестящую нагретую поверхность, а затем на отверстие и зафиксировать разницу показаний.

Подведем краткие выводы:
- при измерении низких (до 200°С температур) пирометрами со спектром 8…14 мкм можно принять, что большинство объектов (бетон, кирпич, древесина, пластик, окисленная сталь, окрашенные поверхности) имеют коэффициент теплового излучения близкий к 0.95, значит такой коэффициент надо установить на пирометре;
- для измерения блестящих поверхностей (медь, алюминий, оцинкованная сталь и т.п.) следует окрасить измеряемую область и установить на приборе коэффициент 0.95, или оклеить измеряемую область скотчем и установить на приборе коэффициент 0.92;
- если надо точно узнать значение коэффициента теплового излучения надо провести тарировку: образец материала нагревается до определенной температуры, точно измеренной контактным датчиком; температура поверхности образца измеряется пирометром; значение излучательной способности подбирается до тех пор, пока индикатор прибора не покажет известную температуру образца;
- при измерении высоких температур надо или точно знать значение коэффициента теплового излучения, или использовать метод имитации черного тела с погружением трубы в расплав.