如何(he)正確選擇紅(hong)外線測溫儀(yi)

紅外測(ce)溫技術在產(chan)品(pin)質量控制(zhi)和監測(ce)、設(she)備在線故障診斷、**保護以及(ji)節約能源(yuan)等方面發揮(hui)了正在發揮(hui)著重要作(zuo)用。近二十(shi)年來,非接(jie)觸紅外測溫儀(yi)在技術(shu)上得到迅速發展,性能不斷提高,適用(yong)范圍也(ye)不斷擴(kuo)大,市場(chang)占(zhan)有率逐年增長。比(bi)起接(jie)觸式測溫方法,紅(hong)外測溫(wen)有著(zhu)響應時(shi)間快、非接觸、使用**及(ji)使用壽命長(chang)等優點(dian)。 

　　Baytek(雷泰)公司(si)非(fei)接觸紅外輻射(she)測溫產品包括便攜式(shi)(shi)、在(zai)線式(shi)(shi)和掃(sao)描式(shi)(shi)三(san)大系列,并備有各種選配(pei)件(jian)(jian)和相(xiang)應的計(ji)算機軟件(jian)(jian),每(mei)一系列中又有各(ge)種型號(hao)及規格。在不同規格的各(ge)種型號(hao)測溫儀中,正確(que)地選擇(ze)紅外測(ce)溫儀(yi)型(xing)號(hao)對用戶來說是十分重要的。這里僅提出(chu)如(ru)何(he)正確(que)選擇(ze)測(ce)溫儀(yi)型(xing)號(hao)的思考步驟(zou),供購買者參考。 

外測溫儀(yi)工(gong)作原理 

　　了解組外(wai)測(ce)溫儀的工作(zuo)(zuo)原理、技術指標、環境工作(zuo)(zuo)條件及(ji)操作(zuo)(zuo)和維修等是為了幫助用(yong)戶(hu)正確地選擇和使用(yong)紅外(wai)測(ce)溫儀。 

　　一切(qie)溫度高于**零度的物(wu)(wu)體都(dou)在不停地向(xiang)周圍空(kong)間發出紅(hong)(hong)外(wai)輻射能量(liang)。物(wu)(wu)體的紅(hong)(hong)外(wai)輻射特性一輻射能量(liang)的大(da)小(xiao)及其按波長的分(fen)布(bu)一與(yu)它的表(biao)面(mian)溫度有(you)著十(shi)分(fen)密(mi)切(qie)的關系。因此,通(tong)過對物體自身輻射的紅外(wai)能量(liang)的測量(liang),便(bian)能(neng)準(zhun)確地測定它的(de)表(biao)面溫(wen)度,這就是紅外輻射(she)測溫所(suo)依據的客觀(guan)基(ji)礎。 

黑體輻射定律: 

　　黑體(ti)是(shi)一種理想(xiang)化的輻射(she)體(ti),它吸收所有(you)波長(chang)的輻射能量,沒有能(neng)量的反(fan)射和透過,其表面(mian)的發射率為1。應該指出,自然界中并不存在真正的黑體(ti)(ti),但是為(wei)了弄清和獲得紅外輻射分布規律,在(zai)理論(lun)研究中必須選(xuan)擇合適的(de)模型,這(zhe)就是(shi)普朗(lang)克提(ti)出(chu)(chu)的體腔輻(fu)射(she)的量子化(hua)振子模型(xing)，從(cong)而導出(chu)(chu)了普朗(lang)克黑(hei)體輻(fu)射(she)的定律(lv)，即以波長表示的黑(hei)體光譜輻(fu)射(she)度，這(zhe)是(shi)一切(qie)紅外(wai)輻(fu)射(she)理論的出(chu)(chu)發點，故稱黑(hei)體輻(fu)射(she)定律(lv)。 

物體(ti)發射(she)(she)率對輻射(she)(she)測溫的(de)影響： 

　　自然界(jie)中存在的(de)實(shi)際(ji)物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)，幾(ji)乎都不是黑體(ti)(ti)(ti)。所有(you)(you)實(shi)際(ji)物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)輻射(she)(she)(she)量(liang)除依賴于(yu)輻射(she)(she)(she)波長(chang)及物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)溫度之外，還(huan)與構成物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)材料種類、制備方法、熱過程(cheng)以及表面狀(zhuang)態(tai)和(he)環境條件等因素(su)有(you)(you)關(guan)。因此，為使黑體(ti)(ti)(ti)輻射(she)(she)(she)定(ding)律適(shi)用(yong)于(yu)所有(you)(you)實(shi)際(ji)物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)，必須引(yin)入(ru)一個與材料性質及表面狀(zhuang)態(tai)有(you)(you)關(guan)的(de)比例系(xi)數，即發射(she)(she)(she)率(lv)。該系(xi)數表示實(shi)際(ji)物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)熱輻射(she)(she)(she)與黑體(ti)(ti)(ti)輻射(she)(she)(she)的(de)接近(jin)程(cheng)度，其值(zhi)在零和(he)小于(yu)1的數值(zhi)之間。根據輻射定(ding)律(lv)，只(zhi)要知道了材料(liao)的發射率,就(jiu)知道(dao)了任何物(wu)體的(de)紅(hong)外輻射(she)特性(xing)。 

影響發射率(lv)的主要因素在： 

　　材料種(zhong)類(lei)、表面粗糙度(du)、理化結構和(he)材料厚度(du)等。 

　　當(dang)用紅(hong)外輻射測(ce)溫(wen)儀測(ce)量目標(biao)的(de)溫(wen)度時先要(yao)測(ce)量出(chu)目標(biao)在其波段范圍內的(de)紅(hong)外輻射量,然(ran)后由測溫儀(yi)計算出被測目標的溫度。單色測溫儀(yi)與波段內的輻(fu)射(she)量成比例:雙色測(ce)溫儀與兩個波段(duan)的輻射量之比成比例。 

紅外系統: 

　　紅(hong)外測(ce)溫(wen)儀由光學(xue)系統、光電探(tan)測(ce)器、信號放大器及信號處理、顯示輸(shu)出等部分組成。光學(xue)系統匯聚其視場內的(de)目標紅(hong)外輻射能(neng)量,視場的大(da)小由(you)測溫儀的光(guang)學零件及其位置確定。紅外(wai)能量聚焦(jiao)在(zai)光(guang)電探測器上并轉變為相應(ying)的電信號。該(gai)信號經過放大(da)器和信號處理電路,并按照儀器(qi)內置的算法(fa)和目(mu)標發射率(lv)校正(zheng)后轉變為(wei)被(bei)測目(mu)標的溫度值(zhi)。 

選擇紅(hong)外(wai)測溫儀可分(fen)為三(san)個方(fang)面(mian)： 

　　性能(neng)指(zhi)標(biao)方(fang)面,如溫度范圍、光斑(ban)尺寸、工(gong)作波長、測量精度、響應時(shi)間(jian)等;環境(jing)和工作條件方面,如環境(jing)溫(wen)度、窗口、顯示和輸(shu)出、保護附件等(deng);其他選擇方面,如(ru)使(shi)用方便、維(wei)修和校(xiao)準(zhun)性能(neng)以及價格等,也對測溫儀的(de)選(xuan)擇產生一定的(de)影響。隨著技術(shu)和不(bu)斷發展(zhan),紅外測溫儀*佳設計和(he)新(xin)進展(zhan)為用(yong)戶提供(gong)了各種功能和(he)多用(yong)途的儀器,擴大了選擇余地。 

確定測溫(wen)范圍: 

　　測(ce)溫范圍是測(ce)溫儀*重要的(de)一個性能指標。如Raytek(雷泰(tai))產品覆蓋范(fan)圍為-50℃-+3000℃,但這不(bu)能由一種型號的(de)紅外測(ce)溫(wen)儀來完成(cheng)。每種型號的(de)測(ce)溫(wen)儀都有自己特定的(de)測(ce)溫(wen)范(fan)圍(wei)。因(yin)此,用戶的(de)被測溫度范圍一定要考慮準確、周全,既不(bu)要(yao)過窄,也不要過寬(kuan)。根據(ju)黑體(ti)輻射定律,在(zai)光譜的(de)(de)短波段由溫度引起(qi)的(de)(de)輻射能(neng)量的(de)(de)變化(hua)將超(chao)過由發射率誤差所(suo)引起(qi)的(de)(de)輻射能(neng)量的(de)(de)變化(hua),因此(ci),測(ce)溫時應盡量選用短(duan)波(bo)較好。 

確定目標尺寸： 

　　紅外(wai)測溫(wen)儀(yi)根據(ju)原理可分為單色(se)(se)測溫(wen)儀(yi)和雙色(se)(se)測溫(wen)儀(yi)(輻射比色(se)測溫儀(yi))。對于(yu)單色測溫儀,在進行測溫(wen)時,被測目(mu)標(biao)面積應(ying)充滿(man)測溫儀視(shi)場(chang)。建(jian)議被測目(mu)標(biao)尺(chi)寸超(chao)過(guo)視(shi)場(chang)大小的50%為好。如(ru)果目標尺寸小(xiao)于視場(chang),背(bei)景輻射能量(liang)就(jiu)會進(jin)入測溫儀的視場干擾測溫讀數,造成誤差。相反,如果目標(biao)大于測溫(wen)儀(yi)的視場(chang),測溫儀就不會受到測量區域外面的背(bei)景(jing)影響(xiang)。 

　　對于Raytek(雷泰(tai))雙色測溫儀,其溫度(du)是(shi)由兩個獨立的(de)波長帶內輻射(she)能量的(de)比值來(lai)確(que)定的(de)。因此當被測目標(biao)很小(xiao),沒有充滿現(xian)場,測量(liang)通(tong)路上存(cun)在煙霧、塵埃、阻擋(dang)對輻射能量(liang)有衰(shuai)減(jian)時,都不會對測量(liang)結(jie)果(guo)產生影響。甚至在能量(liang)衰(shuai)減了(le)95%的情況下,仍能保(bao)證要求的測溫精度。對于目(mu)標細小,又(you)處于(yu)運(yun)動或振(zhen)動之中的目標;有時(shi)在視場內運動,或(huo)可能部(bu)分移出視場(chang)的(de)目標(biao),在此條件下,使(shi)用雙色測(ce)溫儀是*佳選擇。如果測(ce)溫儀和目標之間不可能直接(jie)瞄準,測量(liang)通(tong)道彎曲、狹小、受阻(zu)等(deng)情況下,雙色光纖測(ce)溫儀(yi)是*佳選擇(ze)。這是由(you)于其直徑小,有柔性,可以在(zai)彎曲、阻擋(dang)和折疊的(de)通道上傳輸(shu)光(guang)輻(fu)射能量,因此可以測量(liang)難以接近(jin)、條件惡劣(lie)或靠近(jin)電磁場的目(mu)標。 

確(que)定光(guang)學分(fen)辨率(距離及靈敏) 

　　光(guang)學分辨率由(you)D與S之比確定(ding),是測溫(wen)儀到目標(biao)之間的距離(li)D與測量(liang)光斑(ban)直徑(jing)S之(zhi)比。如果測(ce)溫儀由于環境條件限制(zhi)必須安裝在遠離目標之(zhi)處,而又要測(ce)量小的目標,就應選(xuan)擇高光學(xue)分(fen)辨率(lv)(lv)的測溫儀(yi)。光學(xue)分(fen)辨率(lv)(lv)越高,即增(zeng)大D:S比(bi)值,測溫儀的成本也(ye)越高(gao)。 

確定波(bo)長范圍： 

　　目(mu)標(biao)材料的發射率和(he)表面特性決(jue)定(ding)測溫儀的光譜響(xiang)應或波長。對于高反射率合金(jin)材料,有(you)低的(de)或(huo)變化的(de)發(fa)射率(lv)。在高溫區(qu),測量金屬(shu)材(cai)料的*佳波長是近紅外(wai),可選用0.18-1.0μm波長(chang)。其(qi)他溫區可選用1.6μm、2.2μm和(he)3.9μm波(bo)長。由于(yu)有些材(cai)料(liao)在一定波(bo)長是透明(ming)的,紅外能量會穿透(tou)這些(xie)材料(liao),對(dui)這(zhe)種材料應選擇特殊的波長。如(ru)測量(liang)玻璃(li)內部溫度(du)選用10μm、2.2μm和3.9μm(被測(ce)玻璃要(yao)很(hen)厚,否則會透過)波長;測量玻璃內部溫(wen)度(du)選用5.0μm波長;測(ce)低區區選用8-14μm波長(chang)為宜;再如測量聚(ju)乙烯塑料薄(bo)膜選用3.43μm波長(chang),聚醋類選用4.3μm或7.9μm波(bo)長(chang)。厚度超過0.4mm選(xuan)用(yong)8-14μm波(bo)長(chang);又如測火焰中的C02用(yong)窄(zhai)帶4.24-4.3μm波(bo)長,測火焰中的C0用(yong)窄帶4.64μm波長,測量火(huo)焰中的N02用4.47μm波長(chang)。 

確定(ding)響應(ying)時間: 

　　響(xiang)應時(shi)間表示紅外測(ce)溫儀對被測(ce)溫度變(bian)化(hua)的(de)反應速(su)度,定義為到達*后讀數的95%能量所需要時(shi)間,它與光電(dian)探測器、信號處理電(dian)路及(ji)顯示系統的時(shi)間常數有關。bytek(雷(lei)泰)新型紅(hong)外測溫(wen)儀響應時間可達(da)1ms。這要比接觸式測溫方法,快(kuai)(kuai)得(de)多。如果(guo)目標(biao)(biao)的運動速度很(hen)快(kuai)(kuai)或測量(liang)快(kuai)(kuai)速加熱的目標(biao)(biao)時,要選用快速響(xiang)應紅外測溫儀,否則達不到足夠的信號響(xiang)應,會降低測量精度。然(ran)而(er),并(bing)不是所有應(ying)用都要求(qiu)快(kuai)速響應(ying)的紅外測溫儀。對(dui)于靜止(zhi)的或(huo)目標熱過程(cheng)存在熱慣性(xing)時,測溫儀的響(xiang)應時間(jian)就可(ke)以放寬要求了。因此,紅外測溫(wen)儀響應時間的(de)選擇(ze)要和被測目標的(de)情況相適(shi)應。 

信號處理功能： 

　　測量離散過(guo)程(如零(ling)件生產)和(he)連續(xu)過(guo)程(cheng)不同,要求紅外(wai)測溫(wen)儀(yi)有(you)信號(hao)處理功能(如峰值保持、谷值保持、平均值)。如測(ce)溫傳送帶上的玻璃時(shi),就(jiu)要用峰值保持(chi),其(qi)溫度的輸出信號傳送至(zhi)控(kong)制器(qi)內(nei)。 

環境條(tiao)件考慮(lv)： 

　　測溫儀所處的環境條件對測量(liang)結果有很大影響,應加以考慮、并適當(dang)解決,否則會(hui)影響測(ce)(ce)溫精度甚(shen)至引起(qi)測(ce)(ce)溫儀的(de)損壞。當環境溫度過(guo)高、存在灰(hui)塵、煙霧(wu)和(he)蒸汽的(de)條件(jian)下(xia),可選用廠商提(ti)供的保(bao)(bao)護(hu)套、水冷(leng)卻(que)、空(kong)氣冷(leng)卻(que)系(xi)統、空(kong)氣吹掃(sao)器等附件。這些(xie)附件可有效地(di)解決環境(jing)影(ying)響并(bing)保(bao)(bao)護(hu)測溫儀,實現準確(que)測(ce)溫。在確(que)定附件時,應盡可能要(yao)求標(biao)準化服(fu)務,以降低安裝成本(ben)。當煙霧、灰塵或其(qi)他顆粒降低測量能量信號，雙色(se)測溫儀是*佳選擇。在噪聲、電磁場、震動或難以接近環境(jing)條(tiao)件下,或其他(ta)惡劣(lie)條件下,光纖(xian)雙色測溫儀是*佳選擇(ze)。 

　　在密(mi)封的或危險的材料(liao)應(ying)用中(如容器或(huo)真空箱(xiang)),測(ce)溫儀(yi)通過(guo)(guo)窗口進(jin)行觀(guan)測(ce)。材料(liao)必(bi)須有足(zu)夠(gou)的強(qiang)度并能通過(guo)(guo)所用測(ce)溫儀(yi)的工作(zuo)波長(chang)范圍。還(huan)要(yao)(yao)確定(ding)操作(zuo)工是否也需要(yao)(yao)通過(guo)(guo)窗口進(jin)行觀(guan)察,因此要選擇(ze)合(he)適的(de)安裝位置和(he)窗口材料,避免相互影響。在低溫測量應用中,通(tong)常(chang)用Ge或Si材料作(zuo)為窗口,不透可見光,人眼不能(neng)通過窗(chuang)口(kou)(kou)觀察目標(biao)。如(ru)操(cao)作員需(xu)要通過窗(chuang)口(kou)(kou)目標(biao),應采用(yong)既透紅外輻射又透過可(ke)見光(guang)的光(guang)學材料,如應采用既透紅外輻射又透過可見光的光學材料,如ZnSe或BaF2等作(zuo)為(wei)窗口(kou)材料。 

操作簡單，使用方便： 

　　紅外測溫儀應該是直觀的,操作簡單,易于**作人員使用,其中便攜式紅外測溫儀是一種集測溫和顯示輸出為一體的小型、輕便、由(you)人攜帶進行(xing)測溫的儀器,在顯(xian)(xian)示(shi)(shi)面板上(shang)可顯(xian)(xian)示(shi)(shi)溫度和輸出各種(zhong)溫度信息(xi),有的可通過(guo)遙(yao)控或通過(guo)計算機軟件程(cheng)序操作。 

　　在環(huan)境條件(jian)惡劣(lie)復雜的情況下,可以(yi)選擇測溫頭和(he)顯示(shi)器分開的(de)系統,以(yi)便(bian)于安裝和配(pei)置(zhi)。可選擇(ze)與現行控制設備相匹(pi)配(pei)的信號輸(shu)出形式。 

紅(hong)外輻(fu)射(she)測(ce)溫儀(yi)的標(biao)定： 

　　紅外(wai)測溫儀(yi)必須(xu)經過標定(ding)才能使(shi)(shi)它正確地(di)顯(xian)示出被(bei)測目(mu)標的(de)溫度。如果所(suo)用的(de)測溫儀(yi)在使(shi)(shi)用中出現測溫超差,則(ze)需(xu)退回廠家或維修中心(xin)重新標定。