导读

红外测温仪通过接收物体表面发出的红外辐射来推算温度，但仪器实际接收到的辐射并不一定全部来自被测物体自身。

对于大多数不透明材料，表面既会发射自身的红外辐射，也会反射周围环境中的红外辐射。墙壁、加热设备、炉体、灯具、高温管道甚至人体，都可能成为环境背景辐射源。

因此，红外测温仪在计算目标温度时，需要尽可能区分目标自身辐射与环境反射辐射。目标发射率越低、表面越光亮，环境背景辐射造成的影响通常越明显。

本文重点

● 红外测温仪接收到的辐射可能同时包含目标自身辐射和环境反射辐射。
● 对于不透明目标，发射率越低，通常意味着表面对环境辐射的反射比例越高。
● 高发射率材料受到环境背景辐射的影响通常较小，低发射率金属表面则更加敏感。
● 部分红外测温设备允许设置反射背景温度，用于对背景辐射进行补偿。
● 正确设置发射率、避开强热源反射并优化测量角度，是降低背景辐射误差的重要方法。

什么是环境背景辐射？

任何温度高于绝对零度的物体都会产生热辐射。红外测温现场中的墙壁、设备、管道、炉体、人员以及其他物体，都属于周围辐射环境的一部分。

这些物体发出的部分红外辐射可能照射到被测目标表面，再被目标反射进入红外测温仪。

这部分并不是被测目标自身产生的辐射，因此通常称为环境背景辐射或反射背景辐射。

例如，使用红外测温仪测量一块光亮金属板时，如果金属板附近存在高温炉体，仪器可能同时接收到：

● 金属板自身发出的红外辐射；
● 高温炉体经金属表面反射过来的红外辐射；
● 在实际远距离测量中，还可能受到光路中大气吸收和发射的影响。

如果仪器把这些能量全部按照目标自身辐射进行计算，显示温度就可能偏离目标的真实表面温度。

环境背景辐射为什么会影响红外测温？

对于常见的不透明材料，在热平衡条件下，可以近似理解为：

发射率 ε + 反射率 ρ ≈ 1

也就是说，当材料自身的红外发射能力较弱时，其反射周围红外辐射的能力通常会增强。

以简化模型表示，红外测温仪接收到的目标方向辐射可以近似写成：

L测量 ≈ εL目标 +（1－ε）L背景

其中：

● ε 表示目标表面的发射率；
● L目标表示目标自身温度对应的红外辐射；
● L背景表示周围环境经目标表面反射进入仪器的有效背景辐射。

当 ε 接近 1 时，仪器接收到的辐射主要来自目标自身，背景辐射所占比例较小。

当 ε 较低时，反射辐射所占比例增大，此时即使目标本身温度没有变化，周围热源位置或温度发生变化，也可能导致红外测温结果发生明显变化。

红外测温仪如何处理背景辐射？

红外测温仪首先通过红外探测器接收一定光谱范围内的辐射能量，再结合仪器内部算法、发射率设置以及内部温度补偿，将接收到的辐射信号转换为温度值。

在实际仪器中，背景辐射的处理方式取决于产品设计和功能配置。

● 发射率补偿

大多数可调发射率红外测温仪允许用户输入被测材料的发射率。仪器会根据设定值修正目标自身发射与反射辐射之间的关系。

但需要注意，正确设置发射率并不等于完全消除了环境背景辐射影响。对于低发射率目标，如果背景辐射非常强，仅调整发射率仍可能存在较大误差。

● 反射背景温度补偿

部分专业红外测温仪或热成像设备允许单独输入“反射温度”“反射背景温度”或类似参数。

仪器会利用该参数估算由目标表面反射进入探测器的环境辐射，并在温度计算过程中进行补偿。

这里的反射背景温度并不一定等于空气温度，而是周围辐射环境对目标表面产生的综合等效辐射温度。

● 仪器内部温度补偿

红外探测器本身也会受到仪器内部温度和环境温度变化的影响，因此红外测温仪通常还需要进行内部温度补偿。

这种补偿主要用于修正仪器自身温度变化造成的信号漂移，与对目标表面反射背景辐射的补偿属于不同问题，不能混为一谈。

哪些目标最容易受到背景辐射影响？

环境背景辐射造成的误差并不是所有材料都一样明显。

一般来说，高发射率、表面粗糙或具有涂层的材料，对环境背景反射相对不敏感，例如：

● 哑光涂层表面；
● 橡胶；
● 塑料；
● 木材；
● 纸张；
● 多数非金属材料。

相反，以下表面需要特别注意：

● 抛光铝；
● 不锈钢；
● 铜；
● 光亮金属零件；
● 镜面或高度反光表面。

这些材料通常具有较低且可能随波长、氧化程度和表面状态变化的发射率，反射周围红外辐射的能力较强。

例如，一个实际温度并不高的抛光金属表面，如果正好反射附近高温设备的红外辐射，红外测温仪可能显示出明显偏高的温度。

反过来，如果高温低发射率目标反射的是较冷的环境，其测量结果也可能偏低。

环境温度和反射背景温度是一回事吗？

不是。

环境温度通常指红外测温仪和被测目标周围空气的温度，而反射背景温度描述的是周围物体形成的综合红外辐射环境。

例如，一个车间空气温度可能只有 25℃，但被测金属零件旁边存在一个 300℃的炉体。

此时：

● 空气温度可能仍然接近 25℃；
● 金属表面接收到的背景红外辐射却可能受到高温炉体显著影响；
● 对仪器而言，有效反射背景温度可能明显高于空气温度。

因此，在要求较高的红外测温应用中，不能简单地把环境空气温度直接理解为反射背景温度。

如何降低环境背景辐射造成的测量误差？

实际测量中，可以通过以下方式降低环境背景辐射的影响。

● 正确设置发射率

根据被测材料及其表面状态选择合适的发射率参数。不要只根据材料名称设置，还应考虑氧化、粗糙度、涂层和表面处理状态。

● 避开强烈热源反射

观察目标表面周围是否存在炉体、高温管道、加热器或其他明显热源。对于光亮表面，应特别注意这些热源是否可能通过目标表面反射进入仪器。

● 调整测量位置和角度

改变测量角度后，如果显示温度明显发生变化，很可能说明测量结果受到表面反射影响。

对于普通红外测温，应尽量接近垂直方向测量目标表面，同时避免仪器正好处于明显热源的镜面反射方向。

● 减少操作者自身反射影响

测量低发射率金属时，人体本身也可能成为红外辐射源。距离较近时，操作者甚至可能通过光亮金属表面“看到”自己的热辐射。

因此，应避免身体、手部或其他高温物体处于容易被目标反射到仪器的方向。

● 使用高发射率参考表面

如果工艺条件允许，可在目标表面使用已知高发射率的涂层、专用高发射率胶带或其他参考材料，并在其温度稳定后进行测量。

这种方法可以显著降低低发射率金属表面反射背景辐射造成的不确定性。

● 专业测量时设置反射背景温度

对于支持反射温度补偿的设备，应根据现场辐射环境确定合理参数，而不是默认认为反射背景温度始终等于室温。

如何判断测量结果是否受到背景辐射干扰？

现场可以通过一些简单现象进行初步判断。

● 测量角度稍微变化，显示温度出现明显变化；
● 操作者移动位置后，测量值发生变化；
● 周围加热设备启动或停止后，目标读数明显改变；
● 同一金属表面不同方向测量得到明显不同的结果；
● 使用高发射率胶带覆盖后，测量结果与原金属表面存在较大差异。

出现这些情况时，不应立即认为红外测温仪本身存在故障，而应首先检查发射率设置、反射背景和测量几何条件。

FAQ

环境背景温度越高，红外测温结果一定越高吗？

不一定。影响方向取决于目标真实温度、目标发射率以及背景辐射温度之间的关系。对于低发射率目标，如果背景比目标更热，测量值可能偏高；如果背景明显更冷，也可能导致测量值偏低。

高发射率物体是否完全不受背景辐射影响？

不是。只是在相同条件下，高发射率物体自身辐射占比更高，因此环境反射造成的影响通常较小。

设置正确的发射率后还需要考虑背景辐射吗？

需要。特别是测量低发射率金属、高反光表面或处于强热源附近的目标时，仅设置发射率并不能保证完全消除反射背景造成的误差。

反射背景温度可以直接设置为室温吗？

在普通、均匀且没有明显热源的环境中，室温有时可以作为近似参考。但如果周围存在炉体、加热器、冷壁或其他温差较大的物体，就不能简单使用空气温度代替有效反射背景温度。

为什么测量光亮金属时读数特别容易变化？

因为光亮金属通常发射率较低、反射率较高。仪器接收到的红外辐射中可能有较大比例来自周围环境，因此测量角度、人员位置和附近热源变化都会对结果产生影响。

总结

红外测温仪测量的并不是“温度本身”，而是通过接收到的红外辐射反推出目标表面温度。因此，目标自身辐射和环境背景反射必须同时考虑。

对于高发射率材料，目标自身辐射通常占主导，环境背景辐射的影响相对有限；对于抛光金属等低发射率表面，反射辐射可能成为重要误差来源。

为了获得更可靠的测量结果，应正确设置发射率，识别周围高温或低温辐射源，合理选择测量角度，并在必要时使用反射背景温度补偿或高发射率参考表面。

理解环境背景辐射的作用，是正确使用红外测温仪并分析异常测量结果的重要基础。