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紅外溫度計(jì)又名紅外測(cè)溫儀。

紅外光也叫紅外線,它是一位英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。1800年,赫胥爾在研究太陽(yáng)光時(shí),讓光通過(guò)棱鏡分解為彩色光帶,他用溫度計(jì)去測(cè)量光帶中不同顏色所含的熱量。試驗(yàn)中,他偶然發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象:放在光帶紅光外的一支溫度計(jì),比室內(nèi)其他溫度的指示數(shù)值高。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn),這個(gè)所謂熱量最多的高溫區(qū),總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。于是他宣布太陽(yáng)發(fā)出的輻射中除可見光線外,還有一種人眼看不見的"熱線",這種人的肉眼看不見的"熱線"位于紅色光外側(cè),叫做紅外線。(不過(guò),要說(shuō)明的是,事實(shí)上太陽(yáng)發(fā)出的能量以波長(zhǎng)580nm的綠光最強(qiáng)。)

紅外線是一種電磁波,具有與無(wú)線電波及可見光一樣的本質(zhì)。紅外線的波長(zhǎng)在0.76~100μm之間,位于無(wú)線電波與可見光之間。任何物體,只要它的溫度比零下273.15度高,就無(wú)一例外地發(fā)射出紅外線。

在自然界中,一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布 —— 與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此,通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量,便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度,這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。

紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量,視場(chǎng)的大小由測(cè)溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和信號(hào)處理電路,并按照儀器內(nèi)療的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。除此之外,還應(yīng)考慮目標(biāo)和測(cè)溫儀所在的環(huán)境條件,如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對(duì)性能指標(biāo)的影響及修正方法。

黑體是一種理想化的輻射體,它吸收所有波長(zhǎng)的輻射能量,沒有能量的反射和透過(guò),其表面的發(fā)射率為1。應(yīng)該指出,自然界中并不存在真正的黑體,但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律,在理論研究中必須選擇合適的模型,這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型,從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射的定律,即以波長(zhǎng)表示的黑體光譜輻射度,這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn),故稱黑體輻射定律。

物體發(fā)射率對(duì)輻射測(cè)溫的影響:自然界中存在的實(shí)際物體,幾乎都不是黑體。所有實(shí)際物體的輻射量除依賴于輻射波長(zhǎng)及物體的溫度之外,還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方法、熱過(guò)程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此,為使黑體輻射定律適用于所有實(shí)際物體,必須引入一個(gè)與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù),即發(fā)射率。該系數(shù)表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度,其值在零和小于1的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律,只要知道了材料的發(fā)射率,就知道了任何物體的紅外輻射特性。

影響發(fā)射率的主要因素:材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。

當(dāng)用紅外輻射測(cè)溫儀測(cè)量目標(biāo)的溫度時(shí)首先要測(cè)量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量,然后由測(cè)溫儀計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的溫度。單色測(cè)溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例;雙色測(cè)溫儀與兩個(gè)波段的輻射量之比成比例。

介紹

可分為三個(gè)方面:

性能指標(biāo)方面,如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長(zhǎng)、測(cè)量精度、響應(yīng)時(shí)間等;環(huán)境和工作條件方面,如環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等;其他選擇方面,如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價(jià)格等,也對(duì)測(cè)溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。隨著技術(shù)和不斷發(fā)展,紅外測(cè)溫儀最佳設(shè)計(jì)和新進(jìn)展為用戶提供了各種功能和多用途的儀器,擴(kuò)大了選擇余地。

測(cè)溫范圍

測(cè)溫范圍是測(cè)溫儀最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。如INFR(紅外時(shí)代)、Raytek(雷泰)產(chǎn)品覆蓋范圍為-50℃-+3000℃,但這不能由一種型號(hào)的紅外測(cè)溫儀來(lái)完成。每種型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍。因此,用戶的被測(cè)溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全,既不要過(guò)窄,也不要過(guò)寬。根據(jù)黑體輻射定律,在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過(guò)由發(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,測(cè)溫時(shí)應(yīng)盡量選用短波較好。一般來(lái)說(shuō),測(cè)溫范圍越窄,監(jiān)控溫度的輸出信號(hào)分辨率越高,精度可靠性容易解決。測(cè)溫范圍過(guò)寬,會(huì)降低測(cè)溫精度。例如,如果被測(cè)目標(biāo)溫度為1000℃,首先確定在線式還是便攜式,如果是便攜式。滿足這一溫度的型號(hào)很多,如Ti315,Ti213等。

目標(biāo)尺寸

紅外測(cè)溫儀根據(jù)原理可分為單色測(cè)溫儀和雙色測(cè)溫儀(輻射比色測(cè)溫儀)。對(duì)于單色測(cè)溫儀,在進(jìn)行測(cè)溫時(shí),被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿測(cè)溫儀視場(chǎng)。建議被測(cè)目標(biāo)尺寸超過(guò)視場(chǎng)大小的50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場(chǎng),背景輻射能量就會(huì)進(jìn)入測(cè)溫儀的視聲符支干擾測(cè)溫讀數(shù),造成誤差。相反,如果目標(biāo)大于測(cè)溫儀的視場(chǎng),測(cè)溫儀就不會(huì)受到測(cè)量區(qū)域外面的背景影響。

對(duì)于雙色測(cè)溫儀,其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)帶內(nèi)輻射能量的比值來(lái)確定的。因此當(dāng)被測(cè)目標(biāo)很小,沒有充滿現(xiàn)場(chǎng),測(cè)量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋對(duì)輻射能量有衰減時(shí),都不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。甚至在能量衰減了95%的情況下,仍能保證要求的測(cè)溫精度。對(duì)于目標(biāo)細(xì)小,又處于運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)之中的目標(biāo);有時(shí)在視場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng),或可能部分移出視場(chǎng)的目標(biāo),在此條件下,使用雙色測(cè)溫儀是最佳選擇。如果測(cè)溫儀和目標(biāo)之間不可能直接瞄準(zhǔn),測(cè)量通道彎曲、狹小、受阻等情況下,雙色光纖測(cè)溫儀是最佳選擇。這是由于其直徑小,有柔性,可以在彎曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量,因此可以測(cè)量難以接近、條件惡劣或靠近電磁場(chǎng)的目標(biāo)。

光學(xué)分辨率

光學(xué)分辨率由D與S之比確定,是測(cè)溫儀到目標(biāo)之間的距離D與測(cè)量光斑直徑S之比。例如國(guó)產(chǎn)的手持式紅外測(cè)溫儀Ti213,距離系數(shù)為80:1,如果距目標(biāo)80厘米遠(yuǎn),那么測(cè)量范圍的直徑是1厘米。如果測(cè)溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處,而又要測(cè)量小的目標(biāo),就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測(cè)溫儀。光學(xué)分辨率越高,即增大D:S比值,測(cè)溫儀的成本也越高。

波長(zhǎng)范圍

目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測(cè)溫儀的光譜響應(yīng)或波長(zhǎng)。對(duì)于高反射率合金材料,有低的或變化的發(fā)射率。在高溫區(qū),測(cè)量金屬材料的最佳波長(zhǎng)是近紅外,可選用0.18-1.0μm波長(zhǎng)。其他溫區(qū)可選用1.6μm、2.2μm和3.9μm波長(zhǎng)。由于有些材料在一定波長(zhǎng)是透明的,紅外能量會(huì)穿透這些材料,對(duì)這種材料應(yīng)選擇特殊的波長(zhǎng)。如測(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選用10μm、2.2μm和3.9μm(被測(cè)玻璃要很厚,否則會(huì)透過(guò))波長(zhǎng);測(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選用5.0μm波長(zhǎng);測(cè)低區(qū)區(qū)選用8-14μm波長(zhǎng)為宜;再如測(cè)量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長(zhǎng),聚醋類選用4.3μm或7.9μm波長(zhǎng)。厚度超過(guò)0.4mm選用8-14μm波長(zhǎng);又如測(cè)火焰中的C02用窄帶4.24-4.3μm波長(zhǎng),測(cè)火焰中的C0用窄帶4.64μm波長(zhǎng),測(cè)量火焰中的N02用4.47μm波長(zhǎng)。

響應(yīng)時(shí)間

響應(yīng)時(shí)間表示紅外測(cè)溫儀對(duì)被測(cè)溫度變化的反應(yīng)速度,定義為到達(dá)最后讀數(shù)的95%能量所需要時(shí)間,它與光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。新型紅外測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間可達(dá)1ms。這要比接觸式測(cè)溫方法,快得多。如果目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度很快或測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時(shí),要選用快速響應(yīng)紅外測(cè)溫儀,否則達(dá)不到足夠的信號(hào)響應(yīng),會(huì)降低測(cè)量精度。然而,并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外測(cè)溫儀。對(duì)于靜止的或目標(biāo)熱過(guò)程存在熱慣性時(shí),測(cè)溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以放寬要求了。因此,紅外測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間的選擇要和被測(cè)目標(biāo)的情況相適應(yīng)。

信號(hào)處理功能

鑒于離散過(guò)程(如零件生產(chǎn))和連續(xù)過(guò)程不同,所以要求紅外測(cè)溫儀具有多信號(hào)處理功能(如峰值保持、谷值保持、平均值)可供選用,如測(cè)溫傳送帶上的瓶子時(shí),就要用峰值保持,其溫度的輸出信號(hào)傳送至控制器內(nèi)。否則測(cè)溫儀讀出瓶子之間的較低的溫度值。若用峰值保持,設(shè)置測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間稍長(zhǎng)于瓶子之間的時(shí)間間隔,這樣至少有一個(gè)瓶子總是處于測(cè)量之中。

環(huán)境條件

溫儀所處的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響,應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決,否則會(huì)影響測(cè)溫精度甚至引起損壞。當(dāng)環(huán)境溫度高,存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下,可選用廠商提供的保護(hù)套、水冷卻、空氣冷卻系統(tǒng)、空氣吹掃器等附件。

這些附件可有效地解決環(huán)境影響并保護(hù)測(cè)溫儀,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)溫。在確定附件時(shí),應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù),以降低安裝成本。當(dāng)在噪聲、電磁場(chǎng)、震動(dòng)或難以接近環(huán)境條件下,或其他惡劣條件下,煙霧、灰塵或其他顆粒降低測(cè)量能量信信號(hào)時(shí),光纖雙色測(cè)溫儀是最佳選擇。在噪聲、電磁場(chǎng)、震動(dòng)和難以接近的環(huán)境條件下,或其他惡劣條件時(shí),宜選擇光纖比色測(cè)溫儀。

在密封的或危險(xiǎn)的材料應(yīng)用中(如容器或真空箱),測(cè)溫儀通過(guò)窗口進(jìn)行觀測(cè)。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過(guò)所用測(cè)溫儀的工作波長(zhǎng)范圍。還要確定操作工是否也需要通過(guò)窗口進(jìn)行觀察,因此要選擇合適的安裝位置和窗口材料,避免相互影響。在低溫測(cè)量應(yīng)用中,通常用Ge或Si材料作為窗口,不透可見光,人眼不能通過(guò)窗口觀察目標(biāo)。如操作員需要通過(guò)窗口目標(biāo),應(yīng)采用既透紅外輻射又透過(guò)可見光的光學(xué)材料,如應(yīng)采用既透紅外輻射又透過(guò)可見光的光學(xué)材料,如ZnSe或BaF2等作為窗口材料。

當(dāng)測(cè)溫儀工作環(huán)境中存在易燃?xì)怏w時(shí),可選用本征安全型紅外測(cè)溫儀,從而在一定濃度的易燃?xì)怏w環(huán)境中進(jìn)行安全測(cè)量和監(jiān)視。

在環(huán)境條件惡劣復(fù)雜的情況下,可以選擇測(cè)溫頭和顯示器分開的系統(tǒng),以便于安裝和配置�？蛇x擇與現(xiàn)行控制設(shè)備相匹配的信號(hào)輸出形式。

紅外測(cè)溫儀必須經(jīng)過(guò)標(biāo)定才能使它正確地顯示出被測(cè)目標(biāo)的溫度。如果所用的測(cè)溫儀在使用中出現(xiàn)測(cè)溫超差,則需退回廠家或維修中心重新標(biāo)定。紅外測(cè)溫儀的標(biāo)定一般選用腔體式的,發(fā)射率高于0.99的黑體爐。

紅外測(cè)溫技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中,在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè),設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。近20年來(lái),非接觸紅外測(cè)溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展,性能不斷完善,功能不斷增強(qiáng),品種不斷增多,適用范圍也不斷擴(kuò)大,市場(chǎng)占有率逐年增長(zhǎng)。國(guó)產(chǎn)的品牌主要有INFR(紅外時(shí)代),光盛等,進(jìn)口的有雷泰,歐普士等,國(guó)產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)在與性價(jià)比高,相對(duì)進(jìn)口的價(jià)格低,售后方便快捷。比起接觸式測(cè)溫方法,紅外測(cè)溫有著響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。非接觸紅外測(cè)溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列,并備有各種選件和計(jì)算機(jī)軟件,每一系列中又有各種型號(hào)及規(guī)格。在不同規(guī)格的各種型號(hào)測(cè)溫儀中,正確選擇紅外測(cè)溫儀型號(hào)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是十分重要的。

非接觸紅外測(cè)溫儀和傳統(tǒng)的接觸類測(cè)溫儀有何不同.

紅外測(cè)溫儀的主要參數(shù)有距離系數(shù),測(cè)溫范圍,測(cè)量精度,響應(yīng)波長(zhǎng),瞄準(zhǔn)方式等。如下圖:

型號(hào)：TI213

測(cè)量范圍：-25℃ ——1200℃

測(cè)量精度：讀數(shù)值的±1%或±1℃

重復(fù)精度：±0.5%或±0.5℃

距離系數(shù)：80:1

顯示分辨率：1℃或1℉

顯示方式：4位LCD

功能：最大值/最小值/平均值/溫差值, 顯示保持,欠壓指示,

上下限報(bào)警

發(fā)射率：0.1-1.00

響應(yīng)時(shí)間：小于200ms/

瞄準(zhǔn)方式：同軸激光瞄準(zhǔn)

工作波段：8-14μm

環(huán)境等級(jí)：Ip65

環(huán)境溫度：-10℃—— +60℃

相對(duì)濕度：10% RH -90%RH 不冷凝

電源：9V電池

儀器體積：185×170×50

儀器重量：500g

為了測(cè)溫,將儀器對(duì)準(zhǔn)要測(cè)的物體,按觸發(fā)器在儀器的LCD上讀出溫度數(shù)據(jù),保證安排好距離和光斑尺寸之比,和視場(chǎng)。

紅外測(cè)溫儀使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題:

1、只測(cè)量表面溫度,紅外測(cè)溫儀不能測(cè)量?jī)?nèi)部溫度。

2、不能透過(guò)玻璃進(jìn)行測(cè)溫,玻璃有很特殊的反射和透過(guò)特性,不允許精確紅外溫度讀數(shù)。但可通過(guò)紅外窗口測(cè)溫。紅外測(cè)溫儀最好

不用于光亮的或拋光的金屬表面的測(cè)溫(不銹鋼、鋁等)。

3、定位熱點(diǎn),要發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn),儀器瞄準(zhǔn)目標(biāo),然后在目標(biāo)上作上下掃描運(yùn)動(dòng),直至確定熱點(diǎn)。

4、注意環(huán)境條件:蒸汽、塵土、煙霧等。它阻擋儀器的光學(xué)系統(tǒng)而影響精確測(cè)溫。

5、環(huán)境溫度,如果測(cè)溫儀突然暴露在環(huán)境溫差為20℃或更高的情況下,允許儀器在20分鐘內(nèi)調(diào)節(jié)到新的環(huán)境溫度。