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地球人研究报告:“测温枪”到底是怎样测出你的温度的?
最后更新: 2020-02-28 08:39:47这个时候我们继续派出小姨的老朋友卡比出场。假设“黑卡比”就是一个标准的“黑体”,它的特性是:入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射。
体现到卡比身上就是,吃掉的食物从来不吐出去,没有浪费地全部自己消化掉。
那么,消化掉的东西,最后就变成了卡比体内的热量,也就是热辐射(我们可以把它通俗地理解为温度)
于是这个从“电磁辐射”(光)到“热辐射”(热)的过程,就叫黑体辐射。
好了,知道了这个原理,现在新的问题来了——我们该怎么知道黑体吸进去的“光”到底转化成了多少“热”呢?
这个问题自从17世纪牛顿发现三棱镜光色散现象的时候就开始研究了,科学家们一直钻研了数百年,终于在1900年的时候,马克思·普朗克在德国物理学会上公布了靠谱的“黑体辐射定律公式”。
黑体辐射定律公式
其中为了证明这一公式而引出的衍生品“量子力学”概念,顺道成为了现代物理学的两大基本支柱之一。
人类得到这个公式多不容易,看看它是用多少颜值换来的就知道了:
所以,为了让这消耗掉的颜值不被辜负,我们现在就了解一下这个公式,别看写起来复杂,其实都是纸老虎,它所揭示的无非是光与温度的关系——
你看如果把它画成图,是不是就好懂一些了!(并没有)
怎么理解这个图呢,这几条线的走势反映的是某个固定温度(单位K/国际标准温度单位)下,不同波长的热辐射强度。
比如里面的6000K(5727°C),这是太阳的温度——于是根据黑体辐射定律公式,我们就能分别算出太阳光中不同波长(比如红色、绿色、蓝色、某段红外线、某段紫外线……)的热辐射能量(强度/I)是多少。
同理,如果我们知道某段光的热辐射强度和光线波长,也可以算出其代表的“温度”是多少了。
好的,我知道说到这很多同学还是想说“依然看不懂”,没关系,这会儿看睡着的同学可以醒醒了,咱把理解难度继续降维,下面才是重点。
我们只要看懂一点,就是——高温度下的黑体辐射强度,在任何一个波长范围内,都高于低温度下的黑体辐射。
反映到图里就是,1500℃的红色高温曲线,在每段波长上强度都比1200℃的黄色曲线高:
红外测温仪就是根据这一特性设计出来的。
在这个理论基础下,根据工程应用所需的测量精度不同,红外测温仪有三种主要的设计方向。
其一,单色测温法:利用单一波长下的单色辐射强度比值来判断温度;
其二,双色测温法:测量被测物体在两个波长下的辐射强度比值的强度变化来判断,这种方法比前者受外界影响更小,误差也更小;
前面这两种能不能理解看个人造化,我们详细说一下第三种——
其三,全辐射测温法。
全辐射测温法名字听起来最牛逼,但其实是三种方法里精度相对最差的一种,不过优势就在于结构简单,成本较低。
原因就在于其“大力出奇迹”式的设计思路——全辐射测温法,是通过测量辐射物体的全波长的热辐射总强度,来确定物体的辐射温度的。
我们怎么理解这个概念呢,就是好比把一个温度下的全波段辐射强度图比做一个米山,现在让卡比把整个米山全部吃掉,我们来测它吃掉后转化的热辐射能量总共有多少,最终推导出当时的温度值。
全辐射测温法过程
现在小区门口给你测体温的红外线测温枪,基本都是这一思路设计的。
所以思路缕清后,我们只需把一个这样的卡比放在测温枪中,测量出它吸收辐射后释放的热辐射量,就能换算出被测物对应的温度了。
这个能将接收到的“红外电磁波辐射”转换为“热辐射”(黑体辐射过程),进而把“热辐射”转化为电信号(热电转化过程)的东西就是:热释电红外传感器(简称:PIR)
简单列一下这东西的工作原理:
顺便说一下,这玩意还真不贵:
- 原标题:地球人研究报告:“测温枪”到底是怎样测出你的温度的? 本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 李泠 
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