在建筑節(jié)能玻璃、汽車鍍膜玻璃、光學薄膜以及各類高分子透明材料的研發(fā)與生產(chǎn)中，發(fā)射率是一個至關(guān)重要的熱輻射性能參數(shù)。很多工程師在使用發(fā)射率測試儀（尤其是便攜式TIR發(fā)射率測試儀）時，經(jīng)常會遇到一個令人困惑的問題：明明樣品的理論發(fā)射率應(yīng)該在一個合理范圍，但實測值卻異常偏低，甚至接近于零。為什么會這樣？
今天，我們作為INGLAS熱發(fā)射率測試儀的中國區(qū)授權(quán)代理——北京東方圓通科技發(fā)展有限公司，將基于INGLAS TIR發(fā)射率測試儀的技術(shù)手冊，為您解答這個問題。
一、問題的根源：透明材料對光線的特殊響應(yīng)
首先要明確一個基本概念：我們通常所說的“熱發(fā)射率測試儀"，尤其是像INGLAS TIR這樣基于反射測量原理的設(shè)備，其核心工作方式是：儀器內(nèi)部的半球形黑體輻射源（工作溫度100°C）向樣品表面發(fā)射已知的熱輻射，然后通過熱電堆傳感器檢測被樣品表面反射回來的輻射能量。根據(jù)基爾霍夫定律，在熱平衡條件下，物體的發(fā)射率（ε）等于其吸收率（α），而對于不透明物體，吸收率+反射率（ρ）=1，因此ε=1-ρ。也就是說，儀器通過測量反射率來間接獲得發(fā)射率。
但這里有一個極其重要的隱含前提：樣品必須是不透明的。
當您測量的樣品是透明材料時，情況就變了。對于透明材料（如普通浮法玻璃、聚乙烯薄膜、某些半導(dǎo)體晶圓等），入射的熱輻射并不會全部被表面反射或吸收，而是有相當一部分會直接透射過去。此時，能量平衡關(guān)系變?yōu)椋何章?+ 反射率 + 透射率（τ）= 1。發(fā)射率仍然等于吸收率，但發(fā)射率已經(jīng)不等于1-反射率了，因為還有透射的部分。
如果直接用常規(guī)的反射式發(fā)射率測試儀去測量透明樣品，傳感器接收到的信號主要來自兩個部分：一是樣品表面的真實反射信號，二是透過樣品后被樣品背后的物體（如桌面、操作者的手、甚至空氣）反射回來的信號，甚至還有部分直接透射的環(huán)境輻射。這樣一來，傳感器檢測到的“總反射信號"被人為抬高了，而儀器按照ε=1-ρ（假設(shè)ρ=總反射信號）計算出來的發(fā)射率自然就異常偏低了。
二、INGLAS TIR發(fā)射率測試儀手冊中的明確警告
在您手中的INGLAS TIR發(fā)射率測試儀操作手冊第9頁，有一段非常明確的提示，原文如下：
“避免光線透過透明樣品直接照射傳感器，覆蓋透明樣品，例如玻璃或箔片背面以遮擋光線，因為進入傳感器的任何形式的輻射或照明都會改變測量結(jié)果，降低發(fā)射率的實際值。"
這段話直接點明了問題的本質(zhì)：任何額外進入傳感器的光線（包括透射光）都會干擾測量，使發(fā)射率讀數(shù)偏低。 這并非儀器故障，而是物理原理決定的正?，F(xiàn)象。
三、如何正確測量透明材料的發(fā)射率？四種實用方法
既然知道了原因，就可以對癥下藥。針對透明材料，我們推薦以下四種方法，按推薦程度排序：
方法一：背面覆蓋不透明高發(fā)射率材料
這是INGLAS手冊推薦的標準方法。具體操作步驟如下：
1. 準備一塊已知發(fā)射率且不透明的覆蓋物。使用INGLAS隨機附帶的高發(fā)射率黑色校準標準物（發(fā)射率~0.960），或者任何一塊黑色無光涂料金屬板。
2. 將覆蓋物緊貼在透明樣品的背面（即遠離儀器的一側(cè)）。
3. 將INGLAS TIR測試儀的前端硅制夾持片緊貼透明樣品的正面，確保樣品與覆蓋物之間沒有空氣間隙。
4. 按下
原理： 此時，透過透明樣品的輻射會被背面的高發(fā)射率覆蓋物吸收，幾乎不再反射回傳感器。傳感器接收到的信號主要來自樣品表面的真實反射，從而可以計算出相對準確的發(fā)射率。如果背面覆蓋物的發(fā)射率已知，還可以通過修正公式進一步提高精度。
方法二：疊加多層同種透明樣品
對于厚度很薄、熱容量很小的透明薄膜（如幾微米的聚酯薄膜），直接測量時樣品本身也會因輻射體加熱而升溫，進一步干擾測量。此時可以采用疊加法：
1. 取4-5層相同的透明薄膜樣品。
2. 將它們緊密疊放在一起，形成一個在熱輻射波段基本不透明的復(fù)合樣品。
3. 按照正常流程測量這個復(fù)合樣品的發(fā)射率。
4. 這個測量值即可近似代表單層樣品的真實發(fā)射率。
方法三：使用積分球附件（如有）
部分發(fā)射率測試系統(tǒng)（如實驗室專用型號）可配備積分球附件。積分球可以收集所有方向上的反射和透射輻射，從而直接測量總反射率和總透射率，再通過公式ε = 1 - ρ - τ計算發(fā)射率。不過，便攜式的INGLAS TIR主要面向快速現(xiàn)場檢測，推薦優(yōu)先使用方法一。
方法四：數(shù)值修正法（適用于專業(yè)研究）
如果您的透明樣品厚度較大（如5mm以上），且已知材料的吸收系數(shù)和折射率，可以通過菲涅耳公式計算表面反射率，再結(jié)合實測的總反射信號反推出真實發(fā)射率。這種方法計算復(fù)雜，一般僅用于科研。
四、常見誤區(qū)與注意事項
· 誤區(qū)一：認為透明材料發(fā)射率應(yīng)該很高。 實際上，很多透明材料在紅外波段的發(fā)射率并不高。例如普通3mm浮法玻璃在8-14μm波段的發(fā)射率約為0.85左右，而不是接近1.00。
· 誤區(qū)二：用紙張或普通膠帶做背面覆蓋物。 紙張和膠帶在紅外波段可能是半透明的，或者其發(fā)射率未知，反而會引入新的誤差。務(wù)必使用已知高發(fā)射率（>0.95）且不透明的材料。
· 注意環(huán)境光線： 測量透明樣品時，要避免強光（如太陽光、鹵素燈）直接照射樣品背面或側(cè)面，這些光線也會透過樣品被傳感器接收。
五、總結(jié)
當您使用INGLAS TIR發(fā)射率測試儀（或任何同類反射式儀器）測量透明材料時，如果發(fā)現(xiàn)讀數(shù)異常偏低，請不要首先懷疑儀器故障。正確的思路是：檢查樣品背面是否有不需要的透射信號進入傳感器，并采用背面覆蓋不透明高發(fā)射率材料的方法重新測量。
北京東方圓通科技發(fā)展有限公司作為INGLAS在中國區(qū)的授權(quán)代理，不僅為您提供高品質(zhì)的TIR發(fā)射率測試儀，還提供全流程的技術(shù)支持，包括測量方法咨詢、校準服務(wù)以及人員培訓。如果您在實際操作中遇到任何問題，歡迎隨時聯(lián)系我們。
最后，請記住INGLAS手冊中的黃金法則：樣品表面應(yīng)豎直放置，背面遮擋光線，快速按下測量鍵，避免樣品過熱。
微信公眾號
