如何正確(que)選擇紅外線測溫(wen)儀

紅(hong)外測(ce)溫(wen)技術在產品質(zhi)量控制和監測(ce)、設備在線故障診斷(duan)、**保護(hu)以(yi)及節(jie)約能源等方面發揮了(le)正在發揮著重(zhong)要作用。近二十年來(lai),非接觸紅(hong)外測(ce)溫(wen)儀在技術上得到(dao)迅速發展(zhan),性能不斷提高,適(shi)用范圍也不斷擴大,市場占有率(lv)逐(zhu)年(nian)增長。比起(qi)接觸式測溫方法,紅外測溫(wen)有著響應(ying)時間快、非接觸、使用**及使用壽命長等優點。 

　　Baytek(雷泰)公司非接觸紅外(wai)輻射測溫(wen)產品包(bao)括便攜式(shi)(shi)、在線式(shi)(shi)和掃描式(shi)(shi)三(san)大系列(lie),并備(bei)有各(ge)種選(xuan)配件和相應的計算(suan)機(ji)軟(ruan)件,每一(yi)系列中(zhong)又有各種型號及規(gui)格。在不(bu)同(tong)規(gui)格的各種型號測溫儀(yi)中(zhong),正(zheng)確(que)地(di)選擇(ze)(ze)紅外測溫(wen)儀型號對用戶來說是十(shi)分重(zhong)要的。這里僅提出如何正(zheng)確(que)選擇(ze)(ze)測溫(wen)儀型號的思考步驟(zou),供購買(mai)者參(can)考。 

外測溫(wen)儀工(gong)作原理 

　　了解組外(wai)測(ce)溫(wen)儀的工(gong)作(zuo)原理、技術指(zhi)標、環(huan)境工(gong)作(zuo)條件及操作(zuo)和維(wei)修等是為了幫(bang)助(zhu)用戶(hu)正(zheng)確地選(xuan)擇和使(shi)用紅外(wai)測(ce)溫(wen)儀。 

　　一切溫(wen)度(du)高(gao)于**零度(du)的(de)物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能(neng)量。物體的(de)紅外輻射特(te)性一輻射能(neng)量的(de)大小及其按(an)波長(chang)的(de)分布(bu)一與它的(de)表面溫(wen)度(du)有著十分密切的(de)關系(xi)。因此(ci),通過對物體(ti)自身輻射的(de)(de)紅外能(neng)量的(de)(de)測量,便能準確地(di)測定它(ta)的表面溫(wen)度,這就是(shi)紅(hong)外輻射測溫所依據的客觀基礎(chu)。 

黑(hei)體(ti)輻射定(ding)律(lv): 

　　黑體(ti)(ti)是一種理(li)想化的輻射體(ti)(ti),它(ta)吸收所有(you)波長(chang)的輻射(she)能(neng)量,沒(mei)有能量的(de)反(fan)射(she)和(he)透過,其表面的發射率為1。應該(gai)指出(chu),自然界中并(bing)不存在真正的黑體,但(dan)是為了(le)弄清和(he)獲得紅外輻射分布規律,在理(li)論(lun)研究中(zhong)必須(xu)選擇合適的模型,這(zhe)就是普朗克提(ti)出(chu)(chu)的(de)(de)體(ti)腔輻射的(de)(de)量子化振子模(mo)型，從而導出(chu)(chu)了普朗克黑(hei)體(ti)輻射的(de)(de)定律，即以波長表(biao)示的(de)(de)黑(hei)體(ti)光譜輻射度，這(zhe)是一切(qie)紅(hong)外(wai)輻射理(li)論的(de)(de)出(chu)(chu)發點，故稱(cheng)黑(hei)體(ti)輻射定律。 

物體(ti)發(fa)射率對輻射測(ce)溫的影響(xiang)： 

　　自然界中存在(zai)的(de)(de)實際(ji)物(wu)(wu)(wu)體(ti)，幾乎都(dou)不是黑體(ti)。所(suo)有(you)實際(ji)物(wu)(wu)(wu)體(ti)的(de)(de)輻(fu)射(she)量除依賴(lai)于輻(fu)射(she)波長及物(wu)(wu)(wu)體(ti)的(de)(de)溫度(du)之(zhi)外(wai)，還與(yu)(yu)構(gou)成物(wu)(wu)(wu)體(ti)的(de)(de)材料種類、制備方法、熱(re)過程(cheng)以及表面狀態和(he)環境條件等因(yin)素有(you)關(guan)(guan)。因(yin)此(ci)，為(wei)使(shi)黑體(ti)輻(fu)射(she)定律適用于所(suo)有(you)實際(ji)物(wu)(wu)(wu)體(ti)，必須引(yin)入一個(ge)與(yu)(yu)材料性質及表面狀態有(you)關(guan)(guan)的(de)(de)比例系(xi)數，即發(fa)射(she)率(lv)。該系(xi)數表示(shi)實際(ji)物(wu)(wu)(wu)體(ti)的(de)(de)熱(re)輻(fu)射(she)與(yu)(yu)黑體(ti)輻(fu)射(she)的(de)(de)接(jie)近程(cheng)度(du)，其值在(zai)零和(he)小于1的數值之(zhi)間。根據輻(fu)射定律，只要知道(dao)了材料的發射率(lv),就知道了任何物體的紅外輻射(she)特性(xing)。 

影響發射率(lv)的(de)主要因素在(zai)： 

　　材(cai)料(liao)種類、表面粗糙度(du)、理化結(jie)構和(he)材(cai)料(liao)厚(hou)度(du)等。 

　　當用(yong)紅(hong)外(wai)輻射測(ce)溫儀測(ce)量(liang)目標的(de)溫度時先要測(ce)量(liang)出目標在其波(bo)段范圍(wei)內的(de)紅(hong)外(wai)輻射量(liang),然后由測(ce)溫(wen)儀(yi)計算出被測(ce)目標的溫(wen)度。單色(se)測(ce)溫(wen)儀(yi)與波段(duan)內的輻射量(liang)成比例:雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。 

紅(hong)外系統: 

　　紅外(wai)測溫儀由(you)光(guang)學系統、光(guang)電探測器、信號放大器及信號處理(li)、顯示輸(shu)出等(deng)部分組成。光(guang)學系統匯聚(ju)其(qi)視場內的(de)目標紅外(wai)輻射能量,視場的(de)(de)大(da)小由測溫儀的(de)(de)光(guang)學零件及其位置確(que)定。紅外(wai)能量聚焦在(zai)光(guang)電(dian)探測器上(shang)并轉變為相應的(de)(de)電(dian)信號(hao)。該(gai)信號(hao)經(jing)過放(fang)大(da)器和信號(hao)處(chu)理(li)電(dian)路(lu),并按照儀器內置的算(suan)法和目標(biao)發(fa)射率校正后轉變為被測目標(biao)的溫度值。 

選擇紅(hong)外(wai)測溫(wen)儀可分(fen)為三(san)個(ge)方(fang)面(mian)： 

　　性能指標方面,如溫度(du)范圍、光斑(ban)尺寸(cun)、工(gong)作波長(chang)、測量(liang)精度(du)、響應時(shi)間等(deng);環境和工作條件(jian)方面,如(ru)環境(jing)溫度、窗口、顯(xian)示(shi)和輸出、保護附件等(deng);其他(ta)選(xuan)擇方面,如(ru)使用(yong)方便、維修和校準性(xing)能以(yi)及價格(ge)等,也(ye)對測溫儀的選擇產生一定(ding)的影響。隨著技術和不斷發展,紅外(wai)測溫儀(yi)(yi)*佳設計和新進展為用戶提供(gong)了(le)各種(zhong)功能(neng)和多用途的儀(yi)(yi)器,擴大了選擇(ze)余(yu)地。 

確定測溫(wen)范圍: 

　　測溫范圍是測溫儀(yi)*重要的一個性能指標。如Raytek(雷泰)產(chan)品覆蓋范圍為-50℃-+3000℃,但這不能由一種型(xing)號(hao)的(de)紅外測(ce)溫儀來完(wan)成。每種型(xing)號(hao)的(de)測(ce)溫儀都(dou)有自己特定的(de)測(ce)溫范圍。因此(ci),用(yong)戶的被(bei)測溫度范圍一定(ding)要考慮準確、周(zhou)全,既不(bu)要(yao)過窄,也不(bu)要(yao)過寬。根據黑體輻射定律,在(zai)光(guang)譜的(de)(de)(de)短波段由(you)溫度引起(qi)的(de)(de)(de)輻射(she)能量的(de)(de)(de)變化將超(chao)過由(you)發射(she)率誤(wu)差(cha)所(suo)引起(qi)的(de)(de)(de)輻射(she)能量的(de)(de)(de)變化,因此(ci),測溫時應(ying)盡量選用短(duan)波較好。 

確定目(mu)標(biao)尺(chi)寸： 

　　紅外測溫儀根據原理可分為單色(se)(se)測溫儀和雙色(se)(se)測溫儀(輻射比色測溫儀)。對于單色(se)測溫儀,在進行測溫時(shi),被測(ce)(ce)目標面(mian)積應充滿測(ce)(ce)溫儀視(shi)場。建議被測(ce)(ce)目標尺寸超過視(shi)場大小的(de)50%為好。如(ru)果目標(biao)尺(chi)寸小(xiao)于視場,背景(jing)輻射能量就會進入測溫(wen)(wen)儀的(de)視(shi)場干(gan)擾測溫(wen)(wen)讀數,造成誤差。相反,如果目標大于測溫儀的視場,測(ce)溫(wen)儀就不會受到(dao)測(ce)量區域外面的背景(jing)影響。 

　　對于Raytek(雷泰)雙色測溫儀,其溫度是由(you)兩(liang)個獨(du)立的(de)波長(chang)帶(dai)內輻射能量(liang)的(de)比值來確定的(de)。因此當被測目(mu)標很小(xiao),沒有充(chong)滿現場,測量通路上存(cun)在煙霧、塵埃、阻擋對輻射能量有衰減時(shi),都不(bu)會對(dui)測量(liang)結(jie)果(guo)產生影響。甚至(zhi)在能量(liang)衰減(jian)了95%的情況(kuang)下,仍能保(bao)證(zheng)要求的測(ce)溫(wen)精度。對于目標細(xi)小,又處于(yu)運動(dong)(dong)或振動(dong)(dong)之(zhi)中的目標;有時在視場內運動,或可能部分移出視場的目(mu)標(biao),在(zai)此(ci)條(tiao)件(jian)下,使用雙色測溫儀(yi)是(shi)*佳選擇。如果測溫儀(yi)和目標之(zhi)間不(bu)可能(neng)直接瞄準,測(ce)量(liang)通道彎曲、狹(xia)小、受阻等情(qing)況下(xia),雙色光纖測溫儀是*佳選擇。這(zhe)是由于其(qi)直徑小(xiao),有柔性,可以在(zai)彎(wan)曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻(fu)射能量,因此可以測(ce)量難以接近(jin)、條件惡劣或靠(kao)近(jin)電磁場的目標。 

確定光(guang)學分辨率(lv)(距離及靈敏) 

　　光學分辨率由(you)D與S之比確定(ding),是測溫儀到目標之(zhi)間的距(ju)離D與測量光斑直徑S之比(bi)。如(ru)果測溫儀由于環境條件限(xian)制必須安裝在遠離(li)目(mu)標之處,而又(you)要測量小(xiao)的目標,就應選擇高光學(xue)分(fen)辨率(lv)的(de)測溫儀。光學(xue)分(fen)辨率(lv)越高,即增大D:S比值,測溫儀(yi)的(de)成本(ben)也(ye)越高。 

確定波長范圍： 

　　目(mu)標材(cai)料的發射率(lv)和表面特性(xing)決定測溫(wen)儀的光譜響應或波長。對于高反射率(lv)合金材(cai)料,有低的(de)或變化的(de)發射率。在高溫區(qu),測量金屬(shu)材料的*佳波長是近紅(hong)外,可(ke)選用0.18-1.0μm波長。其(qi)他溫區可選用1.6μm、2.2μm和3.9μm波長。由于有些(xie)材料(liao)在一定波長是(shi)透明(ming)的,紅外能量(liang)會穿(chuan)透這些材料(liao),對這種材(cai)料應選擇特殊的波長。如測量(liang)玻璃內部(bu)溫度選用10μm、2.2μm和3.9μm(被(bei)測(ce)玻璃要很厚(hou),否(fou)則(ze)會透過)波長;測量玻璃內部溫度選用5.0μm波長(chang);測低區(qu)區(qu)選用8-14μm波(bo)長為宜;再如測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長(chang),聚醋類選用4.3μm或7.9μm波長(chang)。厚度超(chao)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(chang),測火焰(yan)中的C0用窄帶4.64μm波長(chang),測量火焰中(zhong)的N02用4.47μm波長。 

確(que)定響應時間: 

　　響應(ying)時間表示紅(hong)外(wai)測(ce)溫儀對被測(ce)溫度變(bian)化的(de)反應(ying)速度,定義為(wei)到達(da)*后讀數的95%能量所需要時間,它(ta)與光電(dian)探測器、信號處理電(dian)路及顯示系統的時(shi)間常(chang)數有關(guan)。bytek(雷泰)新型紅外測溫儀響(xiang)應時間可達1ms。這(zhe)要比接觸式測溫(wen)方法(fa),快(kuai)得多。如果目(mu)標的運動速度很快(kuai)或測量快(kuai)速加熱的目(mu)標時,要選用快(kuai)速(su)響應紅外(wai)測溫儀(yi),否則達不到足夠的信號響應,會降低(di)測量精度(du)。然而,并不是所有應用都要(yao)求快速響應的(de)紅外測(ce)溫儀(yi)。對于(yu)靜(jing)止的(de)或目標熱(re)過程存(cun)在熱(re)慣性(xing)時,測溫儀的(de)響應時(shi)間就(jiu)可(ke)以放寬要求了(le)。因此,紅外測溫儀(yi)響(xiang)應(ying)時間(jian)的(de)選擇要(yao)和被測目標(biao)的(de)情況相(xiang)適應(ying)。 

信號處理(li)功能： 

　　測量離(li)散過程(如零件生產)和連續過程(cheng)不同,要求紅外測溫(wen)儀有(you)信號處理(li)功(gong)能(如峰(feng)值(zhi)保(bao)持、谷(gu)值(zhi)保(bao)持、平(ping)均(jun)值(zhi))。如(ru)測溫傳送帶上的(de)玻璃時(shi),就要用峰值保持,其溫度的輸出信(xin)號傳(chuan)送至控制器內(nei)。 

環境條件考慮： 

　　測溫儀所(suo)處的環境(jing)條(tiao)件對(dui)測量(liang)結果(guo)有很大(da)影響(xiang),應加以(yi)考(kao)慮、并適(shi)當解決,否則會影響測溫精度甚至引起測溫儀(yi)的(de)(de)損(sun)壞。當(dang)環境(jing)溫度過高、存(cun)在(zai)灰塵(chen)、煙霧和蒸汽的(de)(de)條件下,可選(xuan)用廠商提(ti)供的保護(hu)套、水冷卻、空(kong)氣冷卻系統、空(kong)氣吹掃(sao)器等附件。這些(xie)附件可有效地解決環(huan)境影響并(bing)保護(hu)測溫儀,實現準確(que)測溫。在確(que)定附件時(shi),應盡可能要求(qiu)標準化服務(wu),以(yi)降(jiang)低(di)安裝成(cheng)本。當煙霧、灰塵(chen)或其他顆粒(li)降(jiang)低(di)測量能量信號，雙色測溫儀是*佳選擇。在噪(zao)聲、電磁場、震(zhen)動或難(nan)以(yi)接(jie)近環境(jing)條件下,或其(qi)他惡劣條(tiao)件下,光纖(xian)雙(shuang)色測溫儀(yi)是(shi)*佳選擇。 

　　在密封的或危險的材料應用中(如容器或真空箱),測(ce)溫儀通(tong)過窗口進行(xing)觀(guan)測(ce)。材料必須有足夠的強度并(bing)能通(tong)過所用測(ce)溫儀的工(gong)作(zuo)(zuo)波(bo)長范圍(wei)。還要確定操作(zuo)(zuo)工(gong)是否也(ye)需(xu)要通(tong)過窗口進行(xing)觀(guan)察(cha),因此(ci)要選擇(ze)合適的安裝位置(zhi)和窗口材料,避免相互影響(xiang)。在低溫測量應用中,通常用Ge或Si材料作為(wei)窗口,不透可(ke)見光(guang),人眼(yan)不能通(tong)過窗(chuang)口觀察目(mu)標(biao)。如(ru)操(cao)作員需要通(tong)過窗(chuang)口目(mu)標(biao),應(ying)采用既透紅外(wai)輻射(she)又透過(guo)可(ke)見光(guang)的光(guang)學(xue)材料,如應采用既透紅(hong)外輻射又透過可見光(guang)的(de)光(guang)學材料(liao),如ZnSe或BaF2等(deng)作為窗口材料。 

操(cao)作簡(jian)單，使(shi)用(yong)方便： 

　　紅外測溫儀應該是(shi)直觀的,操作(zuo)簡單,易于**作人員(yuan)使用,其中便攜(xie)式紅外測溫儀是一種集測溫和顯(xian)示輸出為(wei)一體的(de)小型、輕(qing)便、由人攜(xie)帶進行測溫的(de)儀器,在顯示面板上可顯示溫度和輸(shu)出各種溫度信息,有的可通過遙控或通過計算機軟件程序(xu)操(cao)作(zuo)。 

　　在環境條件惡劣復雜的情況下,可以(yi)選擇(ze)測溫頭(tou)和顯示器分開的系統,以便于安裝和配置。可選擇與(yu)現行控制設(she)備相(xiang)匹(pi)配的(de)信號輸(shu)出(chu)形式。 

紅(hong)外輻(fu)射測溫儀的標(biao)定： 

　　紅外測溫儀必(bi)須經過標定(ding)才能(neng)使它正確地顯(xian)示出(chu)被(bei)測目標的(de)溫度。如果所用(yong)的(de)測溫儀在(zai)使用(yong)中(zhong)出(chu)現測溫超差,則需退回廠(chang)家或(huo)維修中心重新標定。