如何正確選(xuan)擇紅外(wai)線測溫儀

紅外測溫技術在產品質量控制和監測、設備(bei)在線故障診斷、**保(bao)護以及節約(yue)能源等方面發揮了(le)正在發揮著(zhu)重要作用。近(jin)二十年(nian)來(lai),非接觸紅外測溫儀(yi)在技術(shu)上得到(dao)迅速(su)發展(zhan),性能不(bu)斷提高,適用范圍也不(bu)斷擴大(da),市(shi)場占(zhan)有(you)率逐年增長。比起(qi)接(jie)觸式測(ce)溫方(fang)法,紅外測溫有著(zhu)響應時間快(kuai)、非接觸、使用**及使用壽命(ming)長等優(you)點(dian)。 

　　Baytek(雷泰)公司(si)非接(jie)觸(chu)紅外輻射測(ce)溫產品(pin)包括便攜(xie)式、在線式和(he)掃描式三大系列,并(bing)備(bei)有各種(zhong)選配件(jian)和(he)相應的計算(suan)機軟件(jian),每一系列中又有各種(zhong)(zhong)型(xing)號(hao)及(ji)規格。在(zai)不(bu)同(tong)規格的各種(zhong)(zhong)型(xing)號(hao)測溫儀中,正確地選擇紅外(wai)測(ce)溫(wen)儀型(xing)號(hao)對用戶來說是(shi)十分(fen)重要的。這里僅(jin)提出如何正確選擇測(ce)溫(wen)儀型(xing)號(hao)的思考步(bu)驟(zou),供購買者參考。 

外(wai)測溫(wen)儀工(gong)作原理 

　　了(le)解組外(wai)測(ce)溫(wen)儀(yi)的(de)工(gong)作原理、技術指標、環境工(gong)作條件(jian)及(ji)操作和(he)維修等是為(wei)了(le)幫助用戶正確地選擇和(he)使(shi)用紅外(wai)測(ce)溫(wen)儀(yi)。 

　　一切溫(wen)度(du)(du)高(gao)于**零度(du)(du)的(de)(de)物體都在不停地向周(zhou)圍(wei)空(kong)間發出(chu)紅外輻(fu)射(she)能量。物體的(de)(de)紅外輻(fu)射(she)特性(xing)一輻(fu)射(she)能量的(de)(de)大小及其按波長(chang)的(de)(de)分布一與它的(de)(de)表面溫(wen)度(du)(du)有著十分密切的(de)(de)關系。因此(ci),通過對物體自(zi)身輻射的紅外能量的測量,便能準確(que)地測(ce)定它(ta)的表面溫度(du),這就是(shi)紅外輻射測溫(wen)所依據(ju)的客觀基(ji)礎。 

黑(hei)體輻射定律(lv): 

　　黑體是一種理(li)想化的(de)輻射體,它吸收所有波長的輻射能量,沒有(you)能(neng)量(liang)的反(fan)射和透過,其表面的發射率為1。應(ying)該指出,自然(ran)界中并不存在真正的黑體(ti),但是為了弄清(qing)和獲得(de)紅外輻射分布規律,在理論研(yan)究(jiu)中(zhong)必須選(xuan)擇合適的模型(xing),這就是普朗克(ke)提出(chu)的(de)體(ti)腔輻(fu)射(she)的(de)量子化振子模型，從而導出(chu)了普朗克(ke)黑體(ti)輻(fu)射(she)的(de)定律，即以波長表示的(de)黑體(ti)光譜輻(fu)射(she)度，這是一切(qie)紅外(wai)輻(fu)射(she)理論的(de)出(chu)發點，故稱黑體(ti)輻(fu)射(she)定律。 

物體發射率對(dui)輻射測溫(wen)的(de)影響： 

　　自然界中(zhong)存在的(de)實際(ji)物(wu)體(ti)(ti)(ti)，幾乎都不(bu)是(shi)黑體(ti)(ti)(ti)。所(suo)有實際(ji)物(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)輻(fu)射(she)(she)量除依賴于(yu)輻(fu)射(she)(she)波長及(ji)物(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)溫度之外，還與構成物(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)材(cai)料種類(lei)、制備方(fang)法、熱過程以及(ji)表(biao)面狀態(tai)和(he)環境條件等因(yin)素(su)有關。因(yin)此，為使(shi)黑體(ti)(ti)(ti)輻(fu)射(she)(she)定律(lv)適(shi)用(yong)于(yu)所(suo)有實際(ji)物(wu)體(ti)(ti)(ti)，必(bi)須引(yin)入一個(ge)與材(cai)料性(xing)質(zhi)及(ji)表(biao)面狀態(tai)有關的(de)比(bi)例系數(shu)，即發(fa)射(she)(she)率。該系數(shu)表(biao)示實際(ji)物(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)熱輻(fu)射(she)(she)與黑體(ti)(ti)(ti)輻(fu)射(she)(she)的(de)接近程度，其值在零(ling)和(he)小于(yu)1的(de)數值之間。根據輻(fu)射(she)定(ding)律，只要知道了材(cai)料(liao)的(de)發(fa)射(she)率(lv),就知道了任何物體的紅外輻(fu)射特(te)性。 

影響發(fa)射率的主(zhu)要因素在： 

　　材(cai)料(liao)(liao)種類、表(biao)面粗糙(cao)度(du)、理化結構(gou)和材(cai)料(liao)(liao)厚度(du)等(deng)。 

　　當用紅外輻射測溫儀測量目標(biao)的溫度時先要測量出目標(biao)在其波段范圍內的紅外輻射量,然后(hou)由測溫儀計算出被測目標的(de)溫度(du)。單(dan)色測溫儀與波段內(nei)的(de)輻射量成比(bi)例:雙(shuang)色測溫儀(yi)與兩個波(bo)段(duan)的(de)輻射量之比(bi)成比(bi)例。 

紅外系統: 

　　紅外(wai)測(ce)溫儀由光學(xue)(xue)系(xi)統、光電探測(ce)器、信號放(fang)大器及信號處理、顯示輸(shu)出等(deng)部分(fen)組成。光學(xue)(xue)系(xi)統匯聚其視場內的目標紅外(wai)輻射能量,視場的(de)(de)大(da)小由測溫儀的(de)(de)光(guang)學(xue)零件及其位置確定。紅外能量(liang)聚焦(jiao)在光(guang)電(dian)探(tan)測器(qi)(qi)上(shang)并(bing)轉變為相應的(de)(de)電(dian)信號(hao)。該信號(hao)經(jing)過放大(da)器(qi)(qi)和(he)信號(hao)處理電(dian)路,并按照儀器內(nei)置(zhi)的算(suan)法和目標(biao)發射率校正后(hou)轉變為被(bei)測目標(biao)的溫度值(zhi)。 

選擇紅外測溫儀可(ke)分為三(san)個方面： 

　　性能(neng)指標方(fang)面,如溫度(du)(du)范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度(du)(du)、響應時(shi)間等(deng);環境(jing)和工作條件(jian)方面(mian),如環境溫度、窗(chuang)口、顯示和輸出(chu)、保(bao)護附件等;其他選擇(ze)方面,如(ru)使(shi)用方便、維修和校(xiao)準(zhun)性能(neng)以及價格等,也對(dui)測溫儀的選(xuan)擇產生一定(ding)的影(ying)響。隨著(zhu)技術和(he)不斷發展,紅外測溫儀*佳(jia)設計和新進展為用(yong)戶(hu)提供了各(ge)種功能和多用(yong)途(tu)的儀器,擴大了選擇(ze)余(yu)地。 

確定測溫范圍: 

　　測溫范圍是測溫儀(yi)*重要的一個(ge)性能指標。如Raytek(雷泰)產品覆蓋范圍(wei)為-50℃-+3000℃,但(dan)這不(bu)能由一種型(xing)號的紅(hong)外測溫(wen)儀(yi)來完成(cheng)。每種型(xing)號的測溫(wen)儀(yi)都有自己(ji)特定的測溫(wen)范圍。因此,用(yong)戶的被(bei)測溫度(du)范圍(wei)一定(ding)要考(kao)慮準確、周全,既不要過(guo)窄,也不要過寬。根據黑(hei)體(ti)輻射定律,在(zai)光(guang)譜(pu)的短波段由溫(wen)度引(yin)起的輻射(she)能量的變化將超過由發(fa)射(she)率誤差所引(yin)起的輻射(she)能量的變化,因此,測溫時應(ying)盡量選(xuan)用(yong)短波較好。 

確定目(mu)標尺(chi)寸(cun)： 

　　紅(hong)外測(ce)(ce)溫(wen)儀根據原理可分為單色測(ce)(ce)溫(wen)儀和(he)雙色測(ce)(ce)溫(wen)儀(輻射(she)比色(se)測溫儀)。對于(yu)單色測溫儀(yi),在進行測溫時(shi),被測(ce)(ce)目標面積(ji)應充(chong)滿(man)測(ce)(ce)溫(wen)儀視場。建議被測(ce)(ce)目標尺寸(cun)超過視場大(da)小的50%為好(hao)。如果目(mu)標尺寸小于(yu)視場,背景輻射(she)能量就會進入測溫儀(yi)的(de)視場(chang)干擾(rao)測溫讀數,造成誤差。相反,如果目標(biao)大于(yu)測溫(wen)儀的視場,測溫儀就(jiu)不會受(shou)到測量區(qu)域外面的背(bei)景影響。 

　　對于Raytek(雷泰)雙(shuang)色測(ce)溫儀,其溫度是由兩(liang)個獨立的(de)(de)(de)波長帶內輻射能量(liang)的(de)(de)(de)比值來確(que)定的(de)(de)(de)。因此當被測目標很小,沒有(you)充(chong)滿現場,測(ce)量(liang)通路上(shang)存在煙(yan)霧(wu)、塵(chen)埃、阻擋對輻射能(neng)量(liang)有衰減時,都(dou)不會對測量結果(guo)產生(sheng)影響。甚(shen)至(zhi)在(zai)能量衰減了(le)95%的(de)情況下,仍能保證要求的(de)測溫精度。對于目標細小,又處于(yu)運(yun)動或振動之中(zhong)的目標;有時在(zai)視(shi)場內(nei)運動,或可能部分移出視場的目標,在此(ci)條(tiao)件(jian)下,使用雙(shuang)色(se)測(ce)溫儀是*佳選擇(ze)。如果測(ce)溫儀和(he)目(mu)標之間不可能(neng)直接瞄準,測(ce)量通道彎曲、狹小、受阻等情況下,雙色光纖測溫儀是(shi)*佳(jia)選擇。這是(shi)由于(yu)其(qi)直徑小,有(you)柔性,可以在彎曲、阻(zu)擋(dang)和折疊(die)的通(tong)道上傳輸光輻射能量,因(yin)此可以測(ce)量難以接近、條件惡劣或靠近電磁場(chang)的目標(biao)。 

確定光(guang)學(xue)分辨率(距離及靈(ling)敏) 

　　光學分辨(bian)率由D與(yu)S之比確定,是測溫儀到目標之間(jian)的距離D與(yu)測(ce)量光斑直徑S之比。如果測(ce)溫儀(yi)由于環境條件限制(zhi)必須(xu)安裝(zhuang)在(zai)遠(yuan)離(li)目標之處,而又要測(ce)量小的目(mu)標,就應(ying)選擇高光學(xue)分辨率的測(ce)溫儀。光學(xue)分辨率越高,即(ji)增大D:S比值,測(ce)溫儀的成(cheng)本也越高。 

確定波長范圍： 

　　目標材(cai)料的發射率和(he)表面(mian)特性(xing)決定測溫儀的光(guang)譜響應或波長(chang)。對于高(gao)反射率合金材(cai)料,有低的(de)或變(bian)化的(de)發射(she)率。在高(gao)溫區,測量(liang)金(jin)屬材料的*佳波長是近紅外,可選用0.18-1.0μm波長。其他溫區可選用1.6μm、2.2μm和(he)3.9μm波(bo)(bo)長。由于有些材料在一定波(bo)(bo)長是透明的,紅外能量(liang)會穿透這(zhe)些材料,對這種材料應選擇特殊的(de)波長(chang)。如測量玻璃內(nei)部(bu)溫(wen)度選用(yong)10μm、2.2μm和3.9μm(被測玻璃要(yao)很厚,否則會透過)波長;測量(liang)玻璃(li)內部溫度選用5.0μm波長(chang);測低區區選(xuan)用(yong)8-14μm波長為宜;再如測量(liang)聚乙烯塑(su)料薄膜選(xuan)用3.43μm波長,聚醋類選用4.3μm或(huo)7.9μm波(bo)長。厚度超過0.4mm選用8-14μm波(bo)長;又如測(ce)火焰中的C02用窄帶4.24-4.3μm波(bo)長,測(ce)火焰中的(de)C0用窄帶4.64μm波長,測量火焰中的N02用4.47μm波長(chang)。 

確定響應時(shi)間(jian): 

　　響應時間(jian)表(biao)示紅(hong)外測溫儀對被測溫度(du)變化的反應速度(du),定(ding)義為到達(da)*后讀數的95%能(neng)量所需要時間,它(ta)與光電探測器(qi)、信號處理電路(lu)及顯示(shi)系統的時間常數有關(guan)。bytek(雷泰)新型紅(hong)外測溫儀響應時間可達(da)1ms。這要比接觸式測溫(wen)方法,快(kuai)得多(duo)。如果目標的運(yun)動速度很快(kuai)或測量快(kuai)速加熱的目標時,要選用快(kuai)速響應紅外測溫儀,否(fou)則(ze)達(da)不到足夠的信號響應(ying),會降低測量精度(du)。然而,并不是所(suo)有應(ying)用都(dou)要(yao)求快速響應(ying)的(de)紅(hong)外測溫儀。對于靜止的(de)或目(mu)標熱過程存在熱慣性時,測溫儀的響應(ying)時間就可(ke)以放(fang)寬要求了。因此(ci),紅外測溫儀響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)的選(xuan)擇(ze)要(yao)和被測目標的情(qing)況(kuang)相適應(ying)。 

信號處理功(gong)能： 

　　測量(liang)離散(san)過程(如(ru)零件(jian)生產)和連續過程不同,要求紅(hong)外測溫(wen)儀有信號處理功能(如(ru)峰(feng)值(zhi)(zhi)保持(chi)、谷值(zhi)(zhi)保持(chi)、平均值(zhi)(zhi))。如測(ce)溫傳(chuan)送帶(dai)上(shang)的(de)玻璃時,就要用峰值保持(chi),其溫度的輸(shu)出(chu)信號傳(chuan)送至控制器內。 

環境條件考慮： 

　　測(ce)溫儀所處(chu)的環境條件對測(ce)量結(jie)果有很大影響,應加以考慮、并適當解決,否則會(hui)影響(xiang)測溫精度甚至引起測溫儀的損壞。當(dang)環境溫度過高、存在(zai)灰塵、煙霧和蒸汽的條件下,可(ke)選用(yong)廠商(shang)提(ti)供的保(bao)護套、水冷卻、空氣冷卻系(xi)統(tong)、空氣吹掃器等附(fu)件。這些附(fu)件可(ke)有(you)效(xiao)地(di)解決環境影響并保(bao)護測溫(wen)儀,實現準(zhun)確(que)測溫。在確(que)定附件時,應盡可能要求(qiu)標(biao)準(zhun)化服務,以降低安裝成本。當煙霧、灰(hui)塵或其他(ta)顆粒(li)降低測量能量信(xin)號，雙色測溫儀是*佳選擇。在(zai)噪聲、電磁場、震動或難以接近(jin)環境(jing)條(tiao)件下,或其他(ta)惡劣條件(jian)下(xia),光纖雙(shuang)色測溫儀是*佳(jia)選擇。 

　　在密封的或危險的材(cai)料應用中(zhong)(如容器(qi)或真空箱(xiang)),測(ce)溫儀通過(guo)(guo)窗口(kou)進行(xing)觀測(ce)。材料必須有(you)足夠(gou)的強度并能通過(guo)(guo)所用測(ce)溫儀的工(gong)作波(bo)長范圍(wei)。還要(yao)確定操作工(gong)是(shi)否也(ye)需要(yao)通過(guo)(guo)窗口(kou)進行(xing)觀察,因此(ci)要選(xuan)擇合適的安(an)裝(zhuang)位置和(he)窗口材料,避免(mian)相互影響。在低溫測量應用中,通常用Ge或Si材料作為窗(chuang)口,不透可見光,人眼不(bu)能通(tong)過窗(chuang)口觀察目標。如操作員需要通(tong)過窗(chuang)口目標,應(ying)采用(yong)既透紅(hong)外(wai)輻射又(you)透過可見光的光學材料(liao),如應采用既透(tou)紅外(wai)輻射又透(tou)過(guo)可(ke)見光的光學(xue)材料,如ZnSe或BaF2等作為窗口材料。 

操(cao)作簡單，使用方便： 

　　紅外測溫儀應該是直(zhi)觀的,操作簡單,易(yi)于**作人員使(shi)用,其(qi)中便攜式紅外測溫儀是一(yi)種集(ji)測溫和(he)顯示(shi)輸出為一(yi)體(ti)的小型、輕便、由人攜帶進行(xing)測溫的儀器,在顯示(shi)面板上(shang)可顯示(shi)溫度(du)和輸出各種溫度(du)信息,有的可通過遙控或通過計算機軟件(jian)程(cheng)序(xu)操(cao)作。 

　　在環境條件惡(e)劣復雜的(de)情況下(xia),可以選擇測溫頭(tou)和顯示器分開(kai)的系統,以便于(yu)安裝和配置(zhi)。可選擇與現(xian)行控制設(she)備相匹配的信(xin)號輸出(chu)形(xing)式。 

紅外輻射測(ce)溫儀(yi)的標(biao)定： 

　　紅外測(ce)溫(wen)儀(yi)必須(xu)經過標定才能使它正確(que)地顯示出被(bei)測(ce)目標的溫(wen)度(du)。如果(guo)所用(yong)的測(ce)溫(wen)儀(yi)在使用(yong)中出現測(ce)溫(wen)超差,則需退回廠家(jia)或維(wei)修中(zhong)心(xin)重新(xin)標(biao)定。