如何正確選擇紅外線測溫儀

如何正確選擇紅外線測溫儀

　　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(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了重要的作用。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(kuò)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(shí)間快,非接觸,使用安全及使用壽命長等特點(diǎn)。
　　紅外線測溫儀產(chǎn)品包括便攜式、在線式和掃描式三種,并備有各種選配件和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件。正確地選擇紅外測溫儀，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的思考步聚,供購買者參考。

　　紅外測溫儀工作原理
　　了解紅外測溫儀的工作原理、技術(shù)指標(biāo)、工作環(huán)境條件、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—輻射能量的大小及其按波長的分布與它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(zhǔn)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理,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,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,這是一切紅外線輻射理論的出發(fā)點(diǎn),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(shí)際物體,幾乎都不是黑體,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外,還與構(gòu)成物體的材料種類,制造方法,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(shí)際物體,必須引入一個(gè)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(shí)際物體熱輻射與黑體輻射的接近程度,其值在零和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
　　材料種類,表面粗糙度,理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等.
　　當(dāng)用紅外輻射測溫儀測量目標(biāo)的溫度時(shí)，首先要測量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量,然后由測溫儀計(jì)算出被測目標(biāo)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(gè)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、信號處理、顯示輸出等部份組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)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(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。

　　選擇紅外線測溫儀可分為三個(gè)方面
　　性能指標(biāo)方面：如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、響應(yīng)時(shí)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(hù)、附件等。其它選擇方面:如使用方便、維修、校準(zhǔn)性能、價(jià)格等,也對測溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。隨著技術(shù)不斷發(fā)展,紅外測溫儀更完善的設(shè)計(jì)為用戶提供了各種功能和多用途的儀器,擴(kuò)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(gè)性能指標(biāo)。溫度由-50~3000℃,但這不能由一種型號的紅外測溫儀來完成。每個(gè)型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。因此,被測物體的溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確,既不要過窄也不要太寬。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(shí)應(yīng)盡量選用短波較好。

　　確定目標(biāo)尺寸
　　紅外線測溫儀根據(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(jìn)行測溫時(shí),被測目標(biāo)面積應(yīng)充滿測溫儀視場。建議被測目標(biāo)尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場,背景輻射能量就會(huì)進(jìn)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(biāo)大于測溫儀的視場,測溫儀就不會(huì)受到測量區(qū)域外面的背景影響。
　　雙色測溫儀,其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。因此當(dāng)被測目標(biāo)很小,沒有充滿視場,測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋對輻射能量有衰減時(shí),都不會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。甚至在能量衰減了95%的情況下,仍能保證測溫精度。對于目標(biāo)細(xì)小,又處于運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)狀態(tài)的目標(biāo),有時(shí)在視場內(nèi)運(yùn)動(dòng),或可能部分移出視場的目標(biāo),在此條件下,使用雙色測溫儀是最佳的選擇。如果測溫儀和目標(biāo)之間不可能直接瞄準(zhǔn),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(biāo)。

　　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(biāo)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(yuǎn)離目標(biāo)之外,而又要測量小目標(biāo),就應(yīng)該選擇高光學(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(biāo)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0.18-1.0um波長。其他溫區(qū)可選用1.6um,2.2um,3.9um波長。由于有些材料在一定波長是透明的,紅外能量會(huì)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10um,2.2um,和3.9um (被測玻璃要很厚,否則會(huì)透過)波長。測低區(qū)選用8-14um波長為宜。再如測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43um波長,聚醋類選用4.3um波長或7.9um波長。厚度超過0.4MM選用8-14um波長。又如測火焰中的CO2用窄帶4.24-4.3um波長,測火焰中的CO用窄帶4.64um波長,測量火焰中的NO2用4.47um波長。

　　確定響應(yīng)時(shí)間
　　響應(yīng)時(shí)間表示紅外線測溫儀對被測溫度變化的反應(yīng)速度。定義為到達(dá)最后讀數(shù)的95%能量所需要的時(shí)間。它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。新型紅外線測溫儀響應(yīng)時(shí)間可達(dá)1ms。這要比接觸式測溫方法快得多。如果目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度很快或測量快速加熱的目標(biāo)時(shí),要選用快速響應(yīng)紅外測溫儀，否則達(dá)不到足夠的信號響應(yīng),會(huì)降低測量精度。然而,并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外線測溫儀。對于靜止或目標(biāo)熱過程存在熱慣性時(shí),測溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以放寬要求了。因此,紅外測溫儀響應(yīng)時(shí)間的選擇要和被測目標(biāo)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)。如測傳送帶上的玻璃時(shí),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)果有很大的影響，應(yīng)加以考慮,并適當(dāng)解決,否則會(huì)影響測溫精度甚至引起測溫儀的損壞。當(dāng)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(hù)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(hù)測溫儀,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測溫。在確定附件時(shí),應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù),以降低安裝成本。當(dāng)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。在有電磁場、震動(dòng)或難以接近環(huán)境或其他惡劣條件下,光纖雙色測溫儀是最佳選擇。
　　在密封的或危險(xiǎn)的材料應(yīng)用中(如容器或真空箱),測溫儀通過窗口進(jìn)行觀測，材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過所用測溫儀的工作波長范圍。還要確定操作是否也需要通過窗口進(jìn)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(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ZnSe或BaF2等作為窗口材料。

　　操作簡單,使用方便
　　紅外線測溫儀應(yīng)該是直觀的、操作簡單、易于被操作人員使用,其中便攜式紅外線測溫儀是一種集測溫和顯示輸出為一體的小型、輕便、由人攜帶進(jìn)行測溫的儀器,在顯示面板上可顯示溫度和輸出各種溫度信息,有的可通過搖控或通過計(jì)算機(jī)軟件程序操作。
　　在環(huán)境條件惡劣復(fù)雜的情況下,可以選擇測溫頭和顯示器分開的系統(tǒng),以便于安裝和配置�？蛇x擇與現(xiàn)行控制設(shè)備相匹配的信號輸出形式。

　　紅外輻射測溫儀的標(biāo)定
　　紅外線測溫儀必須經(jīng)過標(biāo)定才能使它正確地顯示出被測目標(biāo)的溫度。如果所用的測溫儀在使用中出現(xiàn)測溫超差,則需退回廠家或維修中心重新標(biāo)定。