紅外測溫儀的應(yīng)用

摘要：　

紅外測溫儀工作原理

紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)，光電探測器，信號大器及信號處理.顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標紅外輻射能量，紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，該信號再經(jīng)換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的溫度值。

使用紅外測溫儀的益處

便捷!紅外測溫儀可快速提供溫度測量，在用熱偶讀取一個滲漏連接點的時間內(nèi)，用紅外測溫儀幾乎可以讀取所有連接點的溫度。另外由于紅外測溫儀堅實、輕巧(都輕于10盎司)，且不用時易于放在皮套中。所以當你在工廠巡視和日常檢驗工作時都可攜帶。

精確!紅外測溫儀的另一個先進之處是精確，通常精度都是1度以內(nèi)。這種性能在你做預(yù)防性維護時特別重要，如監(jiān)視惡劣生產(chǎn)條件和將導(dǎo)致設(shè)備損壞或停機的特別事件時。因為大多數(shù)的設(shè)備和工廠運轉(zhuǎn)365天，停機等同于減少收入，要防止這樣的損失，通過掃描所有現(xiàn)場電子設(shè)備-斷路器、變壓器、保險絲、開關(guān)、總線和配電盤以查找熱點。用紅外測溫儀，你甚至可快速探測操作溫度的微小變化，在其萌芽之時就可將問題解決，減少因設(shè)備故障造成的開支和維修的范圍。

安全!安全是使用紅外測溫儀最重要的益處。不同于接觸測溫儀，紅外測溫儀能夠安全地讀取難以接近的或不可到達的目標溫度，你可以在儀器允許的范圍內(nèi)讀取目標溫度。非接觸溫度測量還可在不安全的或接觸測溫較困難的區(qū)域進行，像蒸汽閥門或加熱爐附近，他們不需在冒接觸測溫時一不留神就燒傷手指的風(fēng)險。高于頭頂25英尺的供/回風(fēng)口溫度的精確測量就象在手邊測量一樣容易。福祿克、歐普士紅外測溫儀都有激光瞄準，便于識別目標區(qū)域。有了它你的工作變的輕松多了。

紅外測溫儀使用的主要領(lǐng)域在哪里

紅外測溫儀已被證實是檢測和診斷電子設(shè)備故障的有效工具?？晒?jié)省大量開支，用紅外測溫儀，你可連續(xù)診斷電子連接問題和通過查找在DC電池上的輸出濾波器連接處的熱點，以檢測不間斷電源(UPS)的功能狀態(tài)，你可檢驗電池組件和功率配電盤接線端子，開關(guān)齒輪或保險絲連接，防止能源消耗;由于松的連接器和組合會產(chǎn)生熱，紅外測溫儀有助于識別回路中斷器的絕緣故障.或監(jiān)視電子壓縮機;日常掃描變壓器的熱點可探測開裂的繞組和接線端子。

如何用紅外測溫儀測量溫度

福祿克、歐普士時代非接觸測溫儀的三種測溫技術(shù)：

點測量：測定物體全部表面溫度，像發(fā)動機或其他設(shè)備

溫差測量：比較兩個獨立點的測量溫度，像連接器或斷路器

掃描測量：探測在寬的區(qū)域或連續(xù)區(qū)域目標變化。象制冷管線或配電室。

選擇紅外測溫儀主要考慮

-溫度范圍：福祿克、歐普士產(chǎn)品的溫度范圍為-500～3000度(分段)，每種型號的測溫儀都有其特定的測溫范圍。所選儀器的溫度范圍應(yīng)與具體應(yīng)用的溫度范圍相匹配。

-目標尺寸：測溫時，被測目標應(yīng)大于測溫儀的視場，否則測量有誤差。建議被測目標尺寸超過測溫儀視場的50%為好。

-光學(xué)分辨率(D:S)：即測溫儀探頭到目標直徑之比。如果測溫儀遠離目標，而目標又小，應(yīng)選擇高分辨率的測溫儀。

精確測量溫度技巧

-當測量發(fā)光物體表面溫度時，如鋁和不銹鋼，表面的反射會影響紅外測溫儀的讀數(shù)。在讀取溫度前，可在金屬表面放一膠條，溫度平衡后，測量膠條區(qū)域溫度。

-要想紅外測溫儀可從廚房到冷藏區(qū)來回走動仍能提供精確的溫度測量，就要在新環(huán)境下經(jīng)過一段時間以達到溫度平衡后再測量。最好將測溫儀放在經(jīng)常使用的場所。

-用紅外測溫儀讀取流體食品的內(nèi)部溫度，像湯或醬，必須攪動，然后就可測表面溫度。使測溫儀遠離蒸汽，以避免污染透鏡，導(dǎo)致不正確的讀數(shù)。

如何正確選擇紅外測溫儀

紅外測溫技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測、設(shè)備在線故障診斷、安全保護以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了正在發(fā)揮著重要作用。近二十年來,非接觸紅外測溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展,性能不斷提高,適用范圍也不斷擴大,市場占有率逐年增長。比起接觸式測溫方法,紅外測溫有著響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。

非接觸紅外輻射測溫產(chǎn)品包括便攜式、在線式和掃描式三大系列,并備有各種選配件和相應(yīng)的計算機軟件,每一系列中又有各種型號及規(guī)格。在不同規(guī)格的各種型號測溫儀中,正確地選擇紅外測溫儀型號對用戶來說是十分重要的。這里僅提出如何正確選擇測溫儀型號的思考步驟,供購買者參考。

外測溫儀工作原理

了解組外測溫儀的工作原理、技術(shù)指標、環(huán)境工作條件及操作和維修等是為了幫助用戶正確地選擇和使用紅外測溫儀。

一切溫度高于絕對零度(-273℃)的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射特性一輻射能量的大小及其按波長的分布一與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此,通過對物體自身輻射的紅外能量的測量,便能準確地測定它的表面溫度,這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。

黑體輻射定律:

黑體是一種理想化的輻射體,它吸收所有波長的輻射能量,沒有能量的反射和透過,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，故稱黑體輻射定律。

物體發(fā)射率對輻射測溫的影響：

自然界中存在的實際物體，幾乎都不是黑體。所有實際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度之外，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際物體，必須引入一個與材料性質(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)射率的主要因素在：

材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。

當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量,然后由測溫儀計算出被測目標的溫度。單色測溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例:雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。

紅外系統(tǒng):

紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路,并按照儀器內(nèi)療的算法和目標發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的溫度值。

選擇紅外測溫儀可分為三個方面：

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

確定測溫范圍:

測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標。如TIME(時代)、Raytek(雷泰)產(chǎn)品覆蓋范圍為-50℃-+3000℃,但這不能由一種型號的紅外測溫儀來完成。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。因此,用戶的被測溫度范圍一定要考慮準確、周全,既不要過窄,也不要過寬。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由發(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,測溫時應(yīng)盡量選用短波較好。

確定目標尺寸：

紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀(輻射比色測溫儀)。對于單色測溫儀,在進行測溫時,被測目標面積應(yīng)充滿測溫儀視場。建議被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小于視場,背景輻射能量就會進入測溫儀的視聲符支干擾測溫讀數(shù),造成誤差。相反,如果目標大于測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區(qū)域外面的背景影響。

對于Raytek(雷泰)雙色測溫儀,其溫度是由兩個獨立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。因此當被測目標很小,沒有充滿現(xiàn)場,測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋對輻射能量有衰減時,都不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。甚至在能量衰減了95%的情況下,仍能保證要求的測溫精度。對于目標細小,又處于運動或振動之中的目標;有時在視場內(nèi)運動,或可能部分移出視場的目標,在此條件下,使用雙色測溫儀是最佳選擇。如果測溫儀和目標之間不可能直接瞄準,測量通道彎曲、狹小、受阻等情況下,雙色光纖測溫儀是最佳選擇。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,因此可以測量難以接近、條件惡劣或靠近電磁場的目標。

確定光學(xué)分辨率(距離及靈敏)

光學(xué)分辨率由D與S之比確定,是測溫儀到目標之間的距離D與測量光斑直徑S之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠離目標之處,而又要測量小的目標,就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測溫儀。光學(xué)分辨率越高,即增大D:S比值,測溫儀的成本也越高。

確定波長范圍：

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

確定響應(yīng)時間:

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

信號處理功能：

測量離散過程(如零件生產(chǎn))和連續(xù)過程不同,要求紅外測溫儀有信號處理功能(如峰值保持、谷值保持、平均值)。如測溫傳送帶上的玻璃時,就要用峰值保持,其溫度的輸出信號傳送至控制器內(nèi)。

環(huán)境條件考慮：

測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結(jié)果有很大影響,應(yīng)加以考慮、并適當解決,否則會影響測溫精度甚至引起測溫儀的損壞。當環(huán)境溫度過高、存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下,可選用廠商提供的保護套、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)境影響并保護測溫儀,實現(xiàn)準確測溫。在確定附件時,應(yīng)盡可能要求標準化服務(wù),以降低安裝成本。調(diào)查煙霧、灰塵或其他顆粒降低測量能量信號，雙色測溫儀是最佳選擇。在噪聲、電磁場、震動或難以接近環(huán)境條件下,或其他惡劣條件下,光纖雙色測溫儀是最佳選擇。

在密封的或危險的材料應(yīng)用中(如容器或真空箱),測溫儀通過窗口進行觀測。材料必須有足夠的強度并能通過所用測溫儀的工作波長范圍。還要確定操作工是否也需要通過窗口進行觀察,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,人眼不能通過窗口觀察目標。如操作員需要通過窗口目標,應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料,如應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料,如ZnSe或BaF2等作為窗口材料。