紅外測(cè)溫的原理

一，紅外測(cè)溫的理論原理

     在自然界中，當(dāng)物體的溫度高于零度時(shí)，由于它內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)的存在，就會(huì)不斷的向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位于0.75µm~100µm的紅外線。他zui大的特點(diǎn)是在給定的溫度和波長(zhǎng)下，物體發(fā)射的輻射能有一個(gè)zui大值，這種物質(zhì)稱為黑體，并設(shè)定他的反射系數(shù)為1，其他的物質(zhì)反射系數(shù)小于1，稱為灰體，由于黑體的光譜輻射功率P（λＴ）與溫度T之間滿足普朗克定。說明在溫度T下，波長(zhǎng)λ處單位面積上黑體的輻射功率為P（λＴ）。根據(jù)這個(gè)關(guān)系可以得到圖1的關(guān)系曲線，從圖中可以看出：

     （1）隨著溫度的升高，物體的輻射能量越強(qiáng)。這是紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn)，也是單波段紅外測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)依據(jù)。

     （2）隨著溫度升高，輻射峰值向短波方向移動(dòng)（向左），并且滿足維恩位移定理，峰值處的波長(zhǎng)與溫度T成反比，虛線為處峰值連線。這個(gè)公式告訴我們?yōu)槭裁锤邷販y(cè)溫儀多工作在短波處，低溫測(cè)溫儀多工作在長(zhǎng)波處。

     （3）輻射能量隨溫度的變化率，短波處比長(zhǎng)波處大，即短波處工作的測(cè)溫儀相對(duì)信噪比高（靈敏度高），抗干擾性強(qiáng)，測(cè)溫儀應(yīng)盡量選擇工作在峰值波長(zhǎng)處，特別是低溫小目標(biāo)的情況下，這一點(diǎn)顯得尤為重要。

二，*的原理

     紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。被測(cè)物體和反饋源的輻射線經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后輸入到紅外檢測(cè)器。兩信號(hào)的差值經(jīng)反放大器放大并控制反饋源的溫度，使反饋源的光譜輻射亮度和物體的光譜輻射亮度一樣。顯示器指出被測(cè)物體的亮度溫度

三，*的性能指標(biāo)及作用

測(cè)溫范圍，顯示分辯率，精度，工作環(huán)境溫度范圍，重復(fù)性，相對(duì)濕度，響應(yīng)時(shí)間，電源　　　響應(yīng)光譜，尺寸，zui大值顯示，重量，發(fā)射率等　　　　　　　

     1，確定測(cè)溫范圍：測(cè)溫范圍是測(cè)溫儀zui重要的一個(gè)性能指標(biāo)。每種型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍。因此，用戶的被測(cè)溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全，既不要過窄，也不要過寬。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。

     2，確定目標(biāo)尺寸:紅外測(cè)溫儀根據(jù)原理可分為單色測(cè)溫儀和雙色測(cè)溫儀（輻射比色測(cè)溫儀）。對(duì)于單色測(cè)溫儀，在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿測(cè)溫儀視場(chǎng)。建議被測(cè)目標(biāo)尺寸超過視場(chǎng)大小的50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場(chǎng)，背景輻射能量就會(huì)進(jìn)入測(cè)溫儀的視聲符支干擾測(cè)溫讀數(shù)，造成誤差。相反，如果目標(biāo)大于測(cè)溫儀的視場(chǎng)，測(cè)溫儀就不會(huì)受到測(cè)量區(qū)域外面的背景影響。對(duì)于雙色測(cè)溫儀，其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。因此當(dāng)被測(cè)目標(biāo)很小，不充滿視場(chǎng)，測(cè)量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋，對(duì)輻射能量有衰減時(shí)，都不對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生重大影響。對(duì)于細(xì)小而又處于運(yùn)動(dòng)或震動(dòng)之中的目標(biāo)，雙色測(cè)溫儀是*選擇。這是由于光線直徑小，有柔性，可以在彎曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量。

     3，確定距離系數(shù)（光學(xué)分辨率）：距離系數(shù)由D：S之比確定，即測(cè)溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離D與被測(cè)目標(biāo)直徑之比。如果測(cè)溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測(cè)量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測(cè)溫儀。光學(xué)分辨率越高，即增大D：S比值，測(cè)溫儀的成本也越高。如果測(cè)溫儀遠(yuǎn)離目標(biāo)，而目標(biāo)又小，就應(yīng)選擇高距離系數(shù)的測(cè)溫儀。對(duì)于固定焦距的測(cè)溫儀，在光學(xué)系統(tǒng)焦點(diǎn)處為光斑zui小位置，近于和遠(yuǎn)于焦點(diǎn)位置光斑都會(huì)增大。存在兩個(gè)距離系數(shù)。

     4，確定波長(zhǎng)范圍：目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測(cè)溫儀的光譜相應(yīng)波長(zhǎng)對(duì)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(cè)量金屬材料的*波長(zhǎng)是近紅外，可選用0.8～1.0μm。其他溫區(qū)可選用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由于有些材料在一定波長(zhǎng)上是透明的，紅外能量會(huì)穿透這些材料，對(duì)這種材料應(yīng)選擇特殊的波長(zhǎng)。

5，確定響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間表示紅外測(cè)溫儀對(duì)被測(cè)溫度變化的反應(yīng)速度，定義為到達(dá)zui后讀數(shù)的95%能量所需要時(shí)間，它與光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。如果目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度很快或測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時(shí)，要選用快速響應(yīng)紅外測(cè)溫儀，否則達(dá)不到足夠的信號(hào)響應(yīng)，會(huì)降低測(cè)量精度。然而，并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外測(cè)溫儀。對(duì)于靜止的或目標(biāo)熱過程存在熱慣性時(shí)，測(cè)溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以放寬要求了。

     6，信號(hào)處理功能：鑒于離散過程（如零件生產(chǎn)）和連續(xù)過程不同，所以要求紅外測(cè)溫儀具有多信號(hào)處理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）可供選用，如測(cè)溫傳送帶上的瓶子時(shí)，就要用峰值保持，其溫度的輸出信號(hào)傳送至控制器內(nèi)。否則測(cè)溫儀讀出瓶子之間的較低的溫度值。若用峰值保持，設(shè)置測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間稍長(zhǎng)于瓶子之間的時(shí)間間隔，這樣至少有一個(gè)瓶子總是處于測(cè)量之中。

     7，環(huán)境條件考慮：測(cè)溫儀所處的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會(huì)影響測(cè)溫精度甚至引起損壞。當(dāng)環(huán)境溫度高，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(cè)溫儀，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)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。

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

四，影響紅外測(cè)溫儀的主要因素

     1、測(cè)溫目標(biāo)大小與測(cè)溫距離的關(guān)系：在不同距離處，可測(cè)的目標(biāo)的有效直徑D是不同的，因而在測(cè)量小目標(biāo)時(shí)要注意目標(biāo)距離。紅外測(cè)溫儀距離系數(shù)K的定義為：被測(cè)目標(biāo)的距離L與被測(cè)目標(biāo)的直徑D之比，即K=L/D

     2、選擇被測(cè)物質(zhì)發(fā)射率：紅外測(cè)溫儀一般都是按黑體（發(fā)射率ε=1.00）分度的，而實(shí)際上，物質(zhì)的發(fā)射率都小于1.00。因此，在需要測(cè)量目標(biāo)的真實(shí)溫度時(shí)，須設(shè)置發(fā)射率值。物質(zhì)發(fā)射率可從《輻射測(cè)溫中有關(guān)物體發(fā)射率的數(shù)據(jù)》中查得。

     3、強(qiáng)光背景里目標(biāo)的測(cè)量：若被測(cè)目標(biāo)有較亮背景光（特別是受太陽光或強(qiáng)燈直射），則測(cè)量的準(zhǔn)確性將受到影響，因此可用物遮擋直射目標(biāo)的強(qiáng)光以消除背景光干擾。

     4、小目標(biāo)的測(cè)量

⑴應(yīng)將測(cè)溫儀固定在三角架（可選附件）上

⑵需要調(diào)焦，即：用目鏡中小黑點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)（目標(biāo)應(yīng)充滿小黑點(diǎn)），將鏡頭前后調(diào)整，眼睛稍微晃動(dòng)，如果被測(cè)小黑圓點(diǎn)之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則調(diào)焦就已完成

     5.溫度輸出功能

（1）數(shù)字信號(hào)輸出——RS232、RS485，溫度信號(hào)遠(yuǎn)傳

（2）模擬信號(hào)輸出——0～5V，1～5V，0～10V，0/4～20毫安，可以加入閉環(huán)控制中。

（3）高報(bào)警、低報(bào)警─生產(chǎn)過程中要求控制溫度在某個(gè)范圍里,可設(shè)置高,低報(bào)警值。高報(bào)警：在高報(bào)警設(shè)置打開的情況下，當(dāng)溫度高于高報(bào)警值，相應(yīng)的LED燈閃爍，蜂鳴器響，并有AH常開繼電器接通。

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