如何正確選擇紅外線測溫儀

如何正確選擇紅外線測溫儀

　　紅外測溫技術在產品質量控制和監(jiān)測、設備在線故障診斷、安全保護以及節(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上得到迅速發(fā)展,性能不斷提高,適用范圍也不斷擴大,市場占有率逐年增長，比起接觸式測溫方法,紅外測溫有著響應時間快,非接觸,使用安全及使用壽命長等特點。
　　紅外線測溫儀產品包括便攜式、在線式和掃描式三種,并備有各種選配件和相應的計算機軟件。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、技術指標、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系。因此,通過對物體自身輻射的紅外能量的測量,便能準確地測定它的表面溫度,這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。

　　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,故稱黑體輻射定律。

　　物體發(fā)射率對輻射測溫的影響
　　自然界中存在的實際物體,幾乎都不是黑體,所有實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,因此,為使黑體輻射定律適用于所有實際物體,必須引入一個與材料性質及表面狀態(tài)有關的比例系數,即發(fā)射率。該系數表示實際物體熱輻射與黑體輻射的接近程度,其值在零和1的數值之間。根據輻射定律,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,理化結構和材料厚度等.
　　當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時，首先要測量出目標在其波段范圍內的紅外輻射量,然后由測溫儀計算出被測目標的溫度。單色測溫儀與波段內的輻射量成比例,雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。

　　紅外系統
　　紅外測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器、信號處理、顯示輸出等部份組成。光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉變?yōu)橄鄳�的電信號，該信號經過放大器和信號處理電路,并按照儀器內療的算法和目標發(fā)射率校正后轉變?yōu)楸粶y目標的溫度值。

　　選擇紅外線測溫儀可分為三個方面
　　性能指標方面：如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、響應時間等。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、附件等。其它選擇方面:如使用方便、維修、校準性能、價格等,也對測溫儀的選擇產生一定的影響。隨著技術不斷發(fā)展,紅外測溫儀更完善的設計為用戶提供了各種功能和多用途的儀器,擴大了選擇余地。

　　確定測溫范圍
　　測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標。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確,既不要過窄也不要太寬。根據黑體輻射定律,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,測溫時應盡量選用短波較好。

　　確定目標尺寸
　　紅外線測溫儀根據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,在進行測溫時,被測目標面積應充滿測溫儀視場。建議被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小于視場,背景輻射能量就會進入測溫儀的視聲符支干擾測溫讀數,造成誤差。相反,如果目標大于測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區(qū)域外面的背景影響。
　　雙色測溫儀,其溫度是由兩個獨立的波長帶內輻射能量的比值來確定的。因此當被測目標很小,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,都不會對測量結果產生影響。甚至在能量衰減了95%的情況下,仍能保證測溫精度。對于目標細小,又處于運動或振動狀態(tài)的目標,有時在視場內運動,或可能部分移出視場的目標,在此條件下,使用雙色測溫儀是最佳的選擇。如果測溫儀和目標之間不可能直接瞄準,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。

　　確定光學分辨率(距離及靈敏)
　　光學分辨率由D與S之比確定,是測溫儀到目標之間的距離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離目標之外,而又要測量小目標,就應該選擇高光學分辨率的測溫儀。光學分辨率越高,即增大D:S比值,測溫儀的成本也越高。

　　確定波長范圍
　　目標材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜響應或波長。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,紅外能量會穿透這些材料,對這種材料應選擇特殊的波長。如測量玻璃內部溫度選用10um,2.2um,和3.9um (被測玻璃要很厚,否則會透過)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。

　　確定響應時間
　　響應時間表示紅外線測溫儀對被測溫度變化的反應速度。定義為到達最后讀數的95%能量所需要的時間。它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統的時間常數有關。新型紅外線測溫儀響應時間可達1ms。這要比接觸式測溫方法快得多。如果目標的運動速度很快或測量快速加熱的目標時,要選用快速響應紅外測溫儀，否則達不到足夠的信號響應,會降低測量精度。然而,并不是所有應用都要求快速響應的紅外線測溫儀。對于靜止或目標熱過程存在熱慣性時,測溫儀的響應時間就可以放寬要求了。因此,紅外測溫儀響應時間的選擇要和被測目標的情況相適應。

　　信號處理功能
　　測量離散過程(如零件生產)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,就要用峰值保持,其溫度的輸出信號傳送至控制器內。

　　環(huán)境條件考慮
　　測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結果有很大的影響，應加以考慮,并適當解決,否則會影響測溫精度甚至引起測溫儀的損壞。當環(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套、水冷卻、空氣冷卻系統、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環(huán)境影響并保護測溫儀,實現準確測溫。在確定附件時,應盡可能要求標準化服務,以降低安裝成本。當煙霧、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。
　　在密封的或危險的材料應用中(如容器或真空箱),測溫儀通過窗口進行觀測，材料必須有足夠的強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。如操作員需要通過窗口目標,應采用既透紅外輻射又透過可見光的光學材料,如ZnSe或BaF2等作為窗口材料。

　　操作簡單,使用方便
　　紅外線測溫儀應該是直觀的、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算機軟件程序操作。
　　在環(huán)境條件惡劣復雜的情況下,可以選擇測溫頭和顯示器分開的系統,以便于安裝和配置�？蛇x擇與現行控制設備相匹配的信號輸出形式。

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