紅外�(cè)溫儀由光�(xué)系統(tǒng)�光電探測(cè)�,信�(hào)放大�及信�(hào)處理·顯示輸出等部分組��
光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目�(biāo)紅外輻射能量,紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)�?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào),該信號(hào)再經(jīng)換算�(zhuǎn)�?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值�
紅外�(cè)溫儀由光�(xué)系統(tǒng),光電探�(cè)器,信號(hào)放大器及信號(hào)處理.顯示輸出等部分組�。光�(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目�(biāo)紅外輻射能量,紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)�?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào),該信號(hào)再經(jīng)換算�(zhuǎn)�?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值�
紅外技�(shù)
及其原理的無異議的理解為其的�(cè)�。當(dāng)由紅外測(cè)溫儀�(cè)溫時(shí),被�(cè)物體�(fā)射出的紅外能�,通過紅外�(cè)溫儀的光�(xué)系統(tǒng)在探�(cè)器上�(zhuǎn)換為電信�(hào),該信號(hào)的溫度讀�(shù)顯示出來,有幾�(gè)決定�(cè)溫的重要因素,重要的因素是發(fā)射率、視場、到光斑的距離和光斑的位�。發(fā)射率,所有物體會(huì)反射、透過和發(fā)射能量,只有�(fā)射的能量能指示物體的溫度。當(dāng)紅外�(cè)溫儀�(cè)量表面溫度時(shí),儀器能接收到所有這三種能�。因�,所有紅外測(cè)溫儀必須�(diào)節(jié)為只讀出發(fā)射的能量。測(cè)量誤差通常由其它光源反射的紅外能量引起�。有些紅外測(cè)溫儀可改變發(fā)射率,多種材料的�(fā)射率值可從出版的�(fā)射率表中找到。其它儀器為固定的予置為0.95的發(fā)射率。該�(fā)射率值是�(duì)于多�(shù)有機(jī)材料、油漆或氧化表面的表面溫�,就要用一種膠帶或平光黑漆涂于被測(cè)表面加以�(bǔ)�。使膠帶或漆�(dá)到與基底材料相同溫度�(shí),測(cè)量膠帶或漆表面的溫度,即為其真實(shí)溫度。距離與光斑之比,紅外測(cè)溫儀的光�(xué)系統(tǒng)從圓形測(cè)量光斑收集能量并聚焦在探�(cè)器上,光�(xué)分辨率定義為紅外�(cè)溫儀到物體的距離與被�(cè)光斑尺寸之比(D:S�。比值越�,紅外測(cè)溫儀的分辨率越好,且被測(cè)光斑尺寸也就越小。激光瞄�(zhǔn),只有用以幫助瞄�(zhǔn)在測(cè)量點(diǎn)�。紅外光�(xué)的新改�(jìn)是增加了近焦特�,可對(duì)小目�(biāo)區(qū)域提供測(cè)�,還可防止背景溫度的影響。視�,確保目�(biāo)大于紅外�(cè)溫儀�(cè)量時(shí)的光斑尺寸,目標(biāo)越小,就�(yīng)離它越近。當(dāng)精度特別重要�(shí),要確保目標(biāo)至少2倍于光斑尺寸�
了解紅外�(cè)溫儀的工作原�、技�(shù)指標(biāo)、環(huán)境工作條件及操作和維修等是用戶正確地選擇和使用紅外測(cè)溫儀的基�(chǔ)。紅外測(cè)溫儀由光�(xué)系統(tǒng)、光電探�(cè)器、信�(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。光�(xué)系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)的目�(biāo)紅外輻射能量,視場的大小由測(cè)溫儀的光�(xué)零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測(cè)儀上并�(zhuǎn)�?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)�(jīng)過放大器和信�(hào)處理電路按照儀器內(nèi)部的算法和目�(biāo)�(fā)射率校正后轉(zhuǎn)�?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度�。除此之外,還應(yīng)考慮目標(biāo)和測(cè)溫儀所在的�(huán)境條�,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� 一切溫度高于零度的物體都在不停地向周圍空間�(fā)出紅外輻射能�。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布——與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)�。因�,通過�(duì)物體自身輻射的紅外能量的�(cè)量,便能�(zhǔn)確地�(cè)定它的表面溫�,這就是紅外輻射測(cè)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�1。應(yīng)該指�,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�(guī)�,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�,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)�(diǎn),故稱黑體輻射定�� 物體�(fā)射率�(duì)輻射�(cè)溫的影響:自然界中存在的�(shí)際物體,幾乎都不是黑�。所有實(shí)際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度之�,還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方�、熱過程以及表面狀�(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因�,為使黑體輻射定律適用于所有實(shí)際物�,必須引入一�(gè)與材料性質(zhì)及表面狀�(tài)有關(guān)的比例系�(shù),即�(fā)射率。該系數(shù)表示�(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程�,其值在零和小于1的數(shù)值之間。根�(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�� 影響�(fā)射率的主要因紗在:材料種�、表面粗糙度、理化結(jié)�(gòu)和材料厚度等� �(dāng)用紅外輻射測(cè)溫儀�(cè)量目�(biāo)的溫度時(shí)首先要測(cè)量出目標(biāo)在其波段范圍�(nèi)的紅外輻射量,然后由�(cè)溫儀�(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的溫�。單色測(cè)溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例;雙色�(cè)溫儀與兩�(gè)波段的輻射量之比成比�� 紅外系統(tǒng):紅外測(cè)溫儀由光�(xué)系統(tǒng)、光電探�(cè)�、信�(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。光�(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目�(biāo)紅外輻射能量,視場的大小由測(cè)溫儀的光�(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)�?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)�(jīng)過放大器和信�(hào)處理電路,并按照儀器內(nèi)療的算法和目�(biāo)�(fā)射率校正后轉(zhuǎn)�?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度��
紅外�(cè)溫儀性能
紅外�(cè)溫儀是通過接收目標(biāo)物體�(fā)射、反射和傳導(dǎo)的能量來�(cè)量其表面溫度。測(cè)溫儀�(nèi)的探�(cè)元件將采集的能量信息輸送到微處理器中�(jìn)行處理,然后�(zhuǎn)換成溫度讀�(shù)顯示。在帶激光瞄�(zhǔn)器的型號(hào)中,激光瞄�(zhǔn)器只做瞄�(zhǔn)使用。其性能說明如表1。北京紅外時(shí)代研�(fā)� PT、TI系列便攜式測(cè)溫儀 �(cè)溫范圍 -20�--400℃ 顯示分辯率 0.1�(<199.1℃時(shí) ) 精度 23 ℃時(shí)±1% 工作�(huán)境溫度范圍 0--50 � 重復(fù)性 23 ℃時(shí)±1% 相對(duì)濕度 30 ℃時(shí) 10�95% 響應(yīng)�(shí)間 500ms 電源 9V 響應(yīng)光譜 7 -18micron 尺寸 137 × 41 × 196mm 大值顯示 Have 重量 270g �(fā)射率 0.95Preset �1紅外�(cè)溫儀性能 為了獲得的溫度讀�(shù),測(cè)溫儀與測(cè)試目�(biāo)之間的距離必須在合適的范圍之�(nèi),所謂“光�(diǎn)尺寸”(spot size)就是測(cè)溫儀�(cè)量點(diǎn)的面�。您距離目標(biāo)越遠(yuǎn),光�(diǎn)尺寸就越�。距離與光點(diǎn)尺寸的比�,或稱D:S� �(cè)量距離與光點(diǎn)尺寸 在定�(cè)量距離時(shí),應(yīng)確保目標(biāo)直徑等于或大于受�(cè)的光�(diǎn)尺寸�4.紅外�(cè)溫儀正確選擇 選擇紅外�(cè)溫儀可分�3�(gè)方面� ?�?)性能指標(biāo)方面,如溫度范圍、光斑尺�、工作波長、測(cè)量精�、窗�、顯示和輸出、響�(yīng)�(shí)�、保�(hù)附件等; �2)環(huán)境和工作條件方面,如�(huán)境溫度、窗�、顯示和輸出、保�(hù)附件�� �3)其他選擇方�,如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及�(jià)格等,也�(duì)�(cè)溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響� 隨著技�(shù)和不斷發(fā)�,紅外測(cè)溫儀佳設(shè)�(jì)和新�(jìn)展為用戶提供了各種功能和多用途的儀器,�(kuò)大了選擇余地。其他選擇方面,如使用方�、維修和校準(zhǔn)性能以及�(jià)格等。在選擇�(cè)溫儀型號(hào)�(shí)�(yīng)首先確定�(cè)量要�,如被測(cè)目標(biāo)溫度,被�(cè)目標(biāo)大小,測(cè)量距�,被�(cè)目標(biāo)材料,目�(biāo)所處環(huán)境,響應(yīng)速度,測(cè)量精度,用便攜式還是在線式等�;在�(xiàn)有各種型�(hào)的測(cè)溫儀�(duì)比中,選出能夠滿足上述要求的儀器型�(hào);在諸多能夠滿足上述要求的型�(hào)中選擇出在性能、功能和�(jià)格方面的佳搭��
確定�(cè)溫范�
確定�(cè)溫范圍:�(cè)溫范圍是�(cè)溫儀重要的一�(gè)性能指標(biāo)。如紅外�(shí)代產(chǎn)品覆蓋范圍為-40�-+3000�,但這不能由一種型�(hào)的紅外測(cè)溫儀來完成。每種型�(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范�。因此,用戶的被�(cè)溫度范圍一定要考慮�(zhǔn)�、周全,既不要過�,也不要過寬。根�(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由發(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,�(cè)溫時(shí)�(yīng)盡量選用短波較好。一般來說,�(cè)溫范圍越�,監(jiān)控溫度的輸出信號(hào)分辨率越高,精度可靠性容易解�。測(cè)溫范圍過�,會(huì)降低�(cè)溫精�。例如,如果被測(cè)目標(biāo)溫度�1000攝氏�,首先確定在線式還是便攜�,如果是便攜式。滿足這一溫度的型�(hào)很多,如TI213或TI315�
確定目標(biāo)尺寸
紅外�(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�(jìn)行測(cè)溫時(shí),被�(cè)目標(biāo)面積�(yīng)充滿�(cè)溫儀視場。建議被�(cè)目標(biāo)尺寸視場大小�50%為好。如果目�(biāo)尺寸小于視場,背景輻射能量就�(huì)�(jìn)入測(cè)溫儀的視聲符支干擾測(cè)溫讀�(shù),造成誤差。相�,如果目�(biāo)大于�(cè)溫儀的視�,測(cè)溫儀就不�(huì)受到�(cè)量區(qū)域外面的背景影響。對(duì)于比色測(cè)溫儀,其溫度是由兩�(gè)�(dú)立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。因此當(dāng)被測(cè)目標(biāo)很小,不充滿視場,測(cè)量通路上存在煙霧、塵�、阻�,對(duì)輻射能量有衰減時(shí),都不對(duì)�(cè)量結(jié)果產(chǎn)生重大影響。對(duì)于細(xì)小而又處于�(yùn)�(dòng)或震�(dòng)之中的目�(biāo),比色測(cè)溫儀是佳選擇。這是由于光線直徑�,有柔性,可以在彎�、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量� �(duì)于紅外時(shí)代雙色測(cè)溫儀,其溫度是由兩�(gè)�(dú)立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定�。因此當(dāng)被測(cè)目標(biāo)很小,沒有充滿現(xiàn)�,測(cè)量通路上存在煙�、塵�、阻擋對(duì)輻射能量有衰減時(shí),都不會(huì)�(duì)�(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影�。甚至在能量衰減�95%的情況下,仍能保證要求的�(cè)溫精�。對(duì)于目�(biāo)�(xì)小,又處于運(yùn)�(dòng)或振�(dòng)之中的目�(biāo);有�(shí)在視場內(nèi)�(yùn)�(dòng),或可能部分移出視場的目�(biāo),在此條件下,使用雙色測(cè)溫儀是佳選擇。如果測(cè)溫儀和目�(biāo)之間不可能直接瞄�(zhǔn),測(cè)量通道彎曲、狹�、受阻等情況�,雙色光纖測(cè)溫儀是佳選擇。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�、條件惡劣或靠近電磁場的目標(biāo)�
確定距離系數(shù)(光�(xué)分辨率)
距離系數(shù)由D:S之比確定,即�(cè)溫儀探頭到目�(biāo)之間的距離D與被�(cè)目標(biāo)直徑之比。如果測(cè)溫儀由于�(huán)境條件限制必須安裝在�(yuǎn)離目�(biāo)之處,而又要測(cè)量小的目�(biāo),就�(yīng)選擇高光�(xué)分辨率的�(cè)溫儀。光�(xué)分辨率越高,即增大D:S比�,測(cè)溫儀的成本也越高。Raytek紅外�(cè)溫儀D:S的范圍從2�1(低距離系數(shù))到高于300�1(高距離系數(shù)�。如果測(cè)溫儀�(yuǎn)離目�(biāo),而目�(biāo)又小,就�(yīng)選擇高距離系�(shù)的測(cè)溫儀。對(duì)于固定焦距的�(cè)溫儀,在光學(xué)系統(tǒng)焦點(diǎn)處為光斑小位置,近于和遠(yuǎn)于焦�(diǎn)位置光斑都會(huì)增大。存在兩�(gè)距離系數(shù)。因�,為了能在接近和�(yuǎn)離焦�(diǎn)的距離上�(zhǔn)確測(cè)�,被�(cè)目標(biāo)尺寸�(yīng)大于焦點(diǎn)處光斑尺�,變焦測(cè)溫儀有一�(gè)小焦�(diǎn)位置,可根據(jù)到目�(biāo)的距離�(jìn)行調(diào)節(jié)。增大D:S,接收的能量就減少,如不增大接收口徑,距離系�(shù)D:S很難做大,這就要增加儀器成�� 4.4確定波長范圍 目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測(cè)溫儀的光譜相�(yīng)波長�(duì)于高反射率合金材�,有低的或變化的�(fā)射率。在高溫區(qū),測(cè)量金屬材料的佳波長是近紅外,可選�0.8�1.0μm。其他溫區(qū)可選�1.6μm,2.2μm�3.9μm。由于有些材料在一定波長上是透明的,紅外能量�(huì)穿透這些材料,對(duì)這種材料�(yīng)選擇特殊的波�。如�(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選�1.0μm�2.2μm�3.9μm(被�(cè)玻璃要很�,否則會(huì)透過)波�;測(cè)玻璃表面溫度選用5.0μm;測(cè)低溫區(qū)選用8�14μm為宜。如�(cè)量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm,聚酯類選用4.3μm�7.9μm,厚�0.4mm的選�8-14μm。如�(cè)火焰中的CO用窄�4.64μm,測(cè)火焰中的NO2�4.47μm�
確定響應(yīng)�(shí)�
響應(yīng)�(shí)間表示紅外測(cè)溫儀�(duì)被測(cè)溫度變化的反�(yīng)速度,定義為到達(dá)后讀�(shù)�95%能量所需要時(shí)間,它與光電探測(cè)�、信�(hào)處理電路及顯示系�(tǒng)的時(shí)間常�(shù)有關(guān)。紅外時(shí)代新型紅外測(cè)溫儀響應(yīng)�(shí)間可�(dá)1ms。這要比接觸式�(cè)溫方法快得多。如果目�(biāo)的運(yùn)�(dòng)速度很快或測(cè)量快速加熱的目標(biāo)�(shí),要選用快速響�(yīng)紅外�(cè)溫儀,否則達(dá)不到足夠的信�(hào)響應(yīng),會(huì)降低�(cè)量精�。然�,并不是所有應(yīng)用都要求快速響�(yīng)的紅外測(cè)溫儀。對(duì)于靜止的或目�(biāo)熱過程存在熱慣性時(shí),測(cè)溫儀的響�(yīng)�(shí)間就可以放寬要求�。因�,紅外測(cè)溫儀響應(yīng)�(shí)間的選擇要和被測(cè)目標(biāo)的情況相適應(yīng)。確定響�(yīng)�(shí)�,主要根�(jù)目標(biāo)的運(yùn)�(dòng)速度和目�(biāo)的溫度變化速度。對(duì)于靜止的目標(biāo)或目�(biāo)參在熱慣性,或現(xiàn)有控制設(shè)備的速度受到限制,測(cè)溫儀的響�(yīng)�(shí)間就可以放寬要求��
信號(hào)處理功能
鑒于離散過程(如零件生產(chǎn))和連續(xù)過程不同,所以要求紅外測(cè)溫儀具有多信�(hào)處理功能(如峰值保�、谷值保持、平均值)可供選用,如�(cè)溫傳送帶上的瓶子�(shí),就要用峰值保�,其溫度的輸出信�(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�。若用峰值保�,設(shè)置測(cè)溫儀響應(yīng)�(shí)間稍長于瓶子之間的時(shí)間間�,這樣至少有一�(gè)瓶子總是處于�(cè)量之中�
�(huán)境條件考慮
�(cè)溫儀所處的�(huán)境條件對(duì)�(cè)量結(jié)果有很大影響,應(yīng)予考慮并適�(dāng)解決,否則會(huì)影響�(cè)溫精度甚至引起損�。當(dāng)�(huán)境溫度高,存在灰�、煙霧和蒸汽的條件下,可選用廠商提供的保�(hù)�、水冷卻、空氣冷卻系�(tǒng)、空氣吹掃器等附�。這些附件可有效地解決�(huán)境影響并保護(hù)�(cè)溫儀,實(shí)�(xiàn)�(zhǔn)確測(cè)�。在確定附件�(shí),應(yīng)盡可能要求標(biāo)�(zhǔn)化服�(wù),以降低安裝成本。當(dāng)在噪�、電磁場、震�(dòng)或難以接近環(huán)境條件下,或其他惡劣條件�,煙�、灰塵或其他顆粒降低�(cè)量能量信信號(hào)�(shí),光纖雙色測(cè)溫儀是佳選擇。比色測(cè)溫儀是佳選擇。在噪聲、電磁場、震�(dòng)和難以接近的�(huán)境條件下,或其他惡劣條件�(shí),宜選擇光線比色�(cè)溫儀�
在密封的或危�(xiǎn)的材料應(yīng)用中(如容器或真空箱�,測(cè)溫儀通過窗口�(jìn)行觀�(cè)。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過所用測(cè)溫儀的工作波長范�。還要確定操作工是否也需要通過窗口�(jìn)行觀�,因此要選擇合適的安裝位置和窗口材料,避免相互影�。在低溫�(cè)量應(yīng)用中,通常用Ge或Si材料作為窗口,不透可見光,人眼不能通過窗口觀察目�(biāo)。如操作員需要通過窗口目標(biāo),應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料,如�(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��
�(dāng)�(cè)溫儀工作�(huán)境中存在易燃?xì)怏w�(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�(huán)境中�(jìn)行安全測(cè)量和�(jiān)��
在環(huán)境條件惡劣復(fù)雜的情況�,可以選擇測(cè)溫頭和顯示器分開的系�(tǒng),以便于安裝和配�??蛇x擇與�(xiàn)行控制設(shè)備相匹配的信�(hào)輸出形式�
紅外�(cè)溫儀的標(biāo)�
紅外�(cè)溫儀必須�(jīng)過標(biāo)定才能使它正確地顯示出被�(cè)目標(biāo)的溫�。如果所用的�(cè)溫儀在使用中出現(xiàn)�(cè)溫超�,則需退回廠家或維修中心重新用黑鐵爐�(biāo)��