高反射隔热材料半球全发射率测量中黑色图层样品探究

德国联邦物理技术研究院（PTB）的Elena Kononogova团队，在Journal of Sensors and Sensor Systems (JSSS) 期刊发表研究，对INGLAS公司生产的TIR 100-2型红外发射率测定仪进行辐射测量表征、校准与验证，同时依据欧洲标准EN 12898测定高反射隔热材料的半球全发射率并完成方法验证。

本文报道了TIR 100-2（INGLAS Produktions GmbH，2019）红外发射率测定仪的辐射测量表征与校准工作。该仪器用于工业现场手持式定向全发射率测量，例如高反射隔热材料的发射率测量。研究采用两种不同方法测定了仪器的测量视场直径；使用三组高低发射率标准样品对发射率仪进行校准，并将TIR 100-2的测量结果与柏林联邦物理技术研究院（PTB）空气环境发射率测量装置（EMAF）的定向全发射率结果进行对比，完成校准验证。最后，依据欧洲标准EN 12898，使用TIR 100-2测定高反射隔热材料的半球全发射率，并再次与EMAF的测量结果进行验证比对。

材料与使用仪器

实验仪器

INGLAS TIR100-2红外发射率测定仪、空气环境发射率测量装置（EMAF）、热堆辐射传感器、菲涅尔光学系统、接触式温度计、线性位移台、高精度光具座、热常数分析仪（Hot Disk AB）

INGLAS TIR100-2红外发射率测定仪

实验材料

1.校准用标准样品

Inglas原厂校准组：低发射率镜面铝（ε=0.010）、高发射率黑色肋面样品（ε=0.961）

PTB校准组1：Y₂O₃镀金高镜面反射样品（ε=0.008）、Nextel 811-21高发射率涂层（ε=0.974）

PTB校准组2：Y₂O₃镀金高镜面反射样品（ε=0.008）、激光刻蚀结构镀金中发射率样品（ε=0.222）

2.测试用隔热箔材

纯铝箔、无色漆PE箔、铜色漆PE箔、网格增强铝色箔

3.高发射率黑色涂层

Nextel 811-21、Herberts 1534、Acktar Ultra Black、Acktar Fractal Black

1. 测量视场表征

采用可变孔径法对INGLAS TIR100-2红外发射率测定仪测量领域尺寸进行测定的原理。侧视图。

用于表征INGLAS TIR100-2红外发射率测定仪测量场范围的设置。

对于扫描孔径法，需配备一个固定孔径，使用了直径为 6 毫米的物镜。至于可变孔径法，孔径范围则从 1 毫米至 32 毫米不等。

采用变孔径法与扫描孔径法两种独立方式测定INGLAS TIR100-2红外发射率测定仪的测量光斑尺寸。变孔径法使用1–32 mm不同孔径的高精度铝片置于发射率仪前方，记录表观发射率并拟合不对称双S型函数；扫描孔径法固定6 mm孔径，水平与垂直方向移动发射率仪，测量二维方向的发射率分布，确定视场对称性与有效直径。

2.仪器校准

分别使用Inglas原厂校准组、PTB校准组1、PTB校准组2三组标准样品对TIR 100-2实施校准，记录热堆探测器的归一化信号与发射率的对应关系，保证校准可溯源至PTB的EMAF装置。

3.发射率测量与验证

对四种隔热箔材进行定向全发射率测量，对比TIR 100-2与EMAF的结果；

依据EN 12898标准，将定向全发射率换算为半球全发射率并验证；

对四种高发射率黑色涂层进行测量，评估不同校准组对高发射值测量的影响。

在 EMAF 处测量的四种黑色涂层的定向总发射率和标准不确定度，以及采用上述方法进行测量的结果

4.不确定度评定

依据测量不确定度表示指南（GUM）计算EMAF的测量不确定度，TIR 100-2采用制造商给定与项目保守估计的不确定度。

1.INGLAS TIR100-2红外发射率测定仪的测量视场半高宽约8.3–8.5 mm，存在轻微不对称，两种测量方法结果在不确定度范围内一致。

用仪器测得的视在方向性发射率 ε（R）

2.三组校准方案均可实现有效校准，测量结果在合成不确定度内与EMAF一致；TIR 100-2的测量值整体略低于EMAF。

3.对低发射率隔热箔，不同校准组的测量结果无显著差异；对高发射率黑色涂层，使用PTB校准组1可明显提升测量准确性。

4.依据EN 12898由TIR 100-2换算得到的半球全发射率，与EMAF的计算结果在合成不确定度范围内相符。

5.INGLAS TIR100-2红外发射率测定仪适用于工业现场高反射隔热材料与高发射率涂层的快速发射率测量，经PTB标准样品校准后可获得更可靠结果。