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技術(shù)常識

選擇時(shí)代紅外測溫儀主要考慮

來(lái)源：時(shí)代集團　發(fā)布日期：2011-12-27 15:47:35
選擇時(shí)代紅外測溫儀主要考慮
 
      -溫度范圍:時(shí)代產(chǎn)品的溫度范圍為-20~3000度（分段），每種型號的測溫儀都有其特定的測溫范圍。所選儀器的溫度范圍應與具體應用的溫度范圍相匹配。
 
      -目標尺寸: 測溫時(shí)，被測目標應大于測溫儀的視場(chǎng)，否則測量有誤差。建議被測目標尺寸超過(guò)測溫儀視場(chǎng)的50%為好。
 
      -光學(xué)分辨率（D:S）: 即測溫儀探頭到目標直徑之比。如果測溫儀遠離目標，而目標又小，應選擇高分辨率的測溫儀。
 
 
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、環(huán)境工作條件及操作和維修等是用戶(hù)正確地選擇和使用紅外測溫儀的基礎。
      紅外測溫儀由光學(xué)系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統匯集其視場(chǎng)內的目標紅外輻射能量，視場(chǎng)的大小由測溫儀的光學(xué)零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉變?yōu)橄鄳碾娦盘?。該信號?jīng)過(guò)放大器和信號處理電路按照儀器內部的算法和目標發(fā)射率校正后轉變?yōu)楸粶y目標的溫度值。除此之外，還應考慮目標和測溫儀所在的環(huán)境條件，如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對性能指標的影響及修正方法。
      一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周?chē)臻g發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(cháng)的分布——與它的表面溫度有著(zhù)十分密切的關(guān)系。因此，通過(guò)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(guān)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(cháng)的輻射能量，沒(méi)有能量的反射和透過(guò)，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律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長(cháng)表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn)，故稱(chēng)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(lài)于輻射波長(cháng)及物體的溫度之外，還與構成物體的材料種類(lèi)、制備方法、熱過(guò)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，即發(fā)射率。該系數表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小于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)射率的主要因素在：材料種類(lèi)、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(shí)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(gè)波段的輻射量之比成比例。
      紅外系統：紅外測溫儀由光學(xué)系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統匯聚其視場(chǎng)內的目標紅外輻射能量，視場(chǎng)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變?yōu)橄鄳碾娦盘?。該信號?jīng)過(guò)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。
　
 
　紅外測溫儀正確選擇注意事項
　　
      選擇紅外測溫儀可分為3個(gè)方面：
　　 （1）性能指標方面，如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長(cháng)、測量精度、窗口、顯示和輸出、響應時(shí)間、保護附件等；
　　 （2）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；
　　 （3）其他選擇方面，如使用方便、維修和校準性能以及價(jià)格等，也對測溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。
　　 隨著(zhù)技術(shù)和不斷發(fā)展，紅外測溫儀最佳設計和新進(jìn)展為用戶(hù)提供了各種功能和多用途的儀器，擴大了選擇余地。其他選擇方面，如使用方便、維修和校準性能以及價(jià)格等。在選擇測溫儀型號時(shí)應首先確定測量要求，如被測目標溫度，被測目標大小，測量距離，被測目標材料，目標所處環(huán)境，響應速度，測量精度，用便攜式還是在線(xiàn)式等等；在現有各種型號
的測溫儀對比中，選出能夠滿(mǎn)足上述要求的儀器型號；在諸多能夠滿(mǎn)足上述要求的型號中選擇出在性能、功能和價(jià)格方面的最佳搭配。
　　 1．確定測溫范圍
　　 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。如時(shí)代TI210產(chǎn)品覆蓋范圍為-20℃- +1200℃，但這不能由一種型號的紅外測溫儀來(lái)完成。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。因此，用戶(hù)的被測溫度范圍一定要考慮準確、周全，既不要過(guò)窄，也不要過(guò)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(guò)由發(fā)射
率誤差所引起的輻射能量的變化，因此，測溫時(shí)應盡量選用短波較好。一般來(lái)說(shuō)，測溫范圍越窄，監控溫度的輸出信號分辨率越高，精度可靠性容易解決。測溫范圍過(guò)寬，會(huì )降低測溫精度。例如，如果被測目標溫度為1000攝氏度，首先確定在線(xiàn)式還是便攜式，如果是便攜式。滿(mǎn)足這一溫度的型號很多，如TI130、TI120、TI200等。如果測量精度是主要的，最好選用TI200型號。
　　 2．確定目標尺寸
　　 紅外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(jìn)行測溫時(shí)，被測目標面積應充滿(mǎn)測溫儀視場(chǎng)。建議被測目標尺寸超過(guò)視場(chǎng)大小的50%為好。如果目標尺寸小于視場(chǎng)，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，造成誤差。相反，如果目標大于測溫儀的視場(chǎng)，測溫儀就不會(huì )受到測量區域外面的背景影響。對于比色測溫儀，其溫度是由兩個(gè)獨立的波長(cháng)帶內輻射能量的比值來(lái)確定的。因此當被測目標很小，不充滿(mǎn)視場(chǎng)，測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋，對輻射能量有衰減時(shí)，都不對測量結果產(chǎn)生重大影響。對于細小而又處于運動(dòng)或震動(dòng)之中的目標，比色測溫儀是最佳選擇。這是由于光線(xiàn)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（光學(xué)分辨率）
　　 距離系數由D：S之比確定，即測溫儀探頭到目標之間的距離D與被測目標直徑之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠離目標之處，而又要測量小的目標，就應選擇高光學(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。時(shí)代紅外測溫儀D：S的范圍從8：1（低距離系數）到高于80：1（高距離系數）。如果測溫儀遠離目標，而目標又小，就應選擇高距離系數的測溫儀。對于固定焦距的測溫儀，在光學(xué)系統焦點(diǎn)處為光斑最小位置，近于和遠于焦點(diǎn)位置光斑都會(huì )增大。存在兩個(gè)距離系數。因此，為了能在接近和遠離焦點(diǎn)的距離上準確測溫，被測目標尺寸應大于焦點(diǎn)處光斑尺寸，變焦測溫儀有一個(gè)最小焦點(diǎn)位置，可根據到目標的距離進(jìn)行調節。增大D：S，接收的能量就減少，如不增大接收口徑，距離系數D：S很難做大，這就要增加儀器成本。
　　4．確定波長(cháng)范圍
　　 目標材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜相應波長(cháng)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，測量金屬材料的最佳波長(cháng)是近紅外，可選用0.8～1.0μm。其他溫區可選用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由于有些材料在一定波長(cháng)上是透明的，紅外能量會(huì )穿透這些材料，對這種材料應選擇特殊的波長(cháng)。如測量玻璃內部溫度選用1.0μm，2.2μm和3.9μm（被測玻璃要很厚，否則會(huì )透過(guò)）波長(cháng)；測玻璃表面溫度選用5.0μm；測低溫區選用8～14μm為宜。如測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm，聚酯類(lèi)選用4.3μm或7.9μm，厚度超過(guò)0.4mm的選用8-14μm。如測火焰中的CO用窄帶4.64μm，測火焰中的NO2用4.47μm。
　　5．確定響應時(shí)間
　　 響應時(shí)間表示紅外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%能量所需要時(shí)間，它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統的時(shí)間常數有關(guān)。時(shí)代新型紅外測溫儀響應時(shí)間可達200ms。這要比接觸式測溫方法快得多。如果目標的運動(dòng)速度很快或測量快速加熱的目標時(shí)，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(huì )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測溫儀。對于靜止的或目標熱過(guò)程存在熱慣性時(shí)，測溫儀的響應時(shí)間就可以放寬要求了。
因此，紅外測溫儀響應時(shí)間的選擇要和被測目標的情況相適應。確定響應時(shí)間，主要根據目標的運動(dòng)速度和目標的溫度變化速度。
對于靜止的目標或目標參在熱慣性，或現有控制設備的速度受到限制，測溫儀的響應時(shí)間就可以放寬要求了。
　　6．信號處理功能
　　 鑒于離散過(guò)程（如零件生產(chǎn)）和連續過(guò)程不同，所以要求紅外測溫儀具有多信號處理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）可供選用，如測溫傳送帶上的瓶子時(shí)，就要用峰值保持，其溫度的輸出信號傳送至控制器內。否則測溫儀讀出瓶子之間的較低的溫度值。若用峰值保持，設置測溫儀響應時(shí)間稍長(cháng)于瓶子之間的時(shí)間間隔，這樣至少有一個(gè)瓶子總是處于測量之中。
　　7．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影響，應予考慮并適當解決，否則會(huì )影響測溫精度甚至引起損壞。當環(huán)境溫度高，存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下，可選用廠(chǎng)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(shí)現準確測溫。在確定附件時(shí)，應盡可能要求標準化服務(wù)，以降低安裝成本。當在噪聲、電磁場(chǎng)、震動(dòng)或難以接近環(huán)境條件下，或其他惡劣條件下，煙霧、灰塵或其他顆粒降低測量能量信信號時(shí)，光纖雙色測溫儀是最佳選擇。比色測溫儀是最佳選擇。在噪聲、電磁場(chǎng)、震動(dòng)和難以接近的環(huán)境條件下，或其他惡劣條件時(shí)，宜選擇光線(xiàn)比色測溫儀。
　　 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(guò)窗口進(jìn)行觀(guān)測。材料必須有足夠的強度并能通過(guò)所用測溫儀的工作波長(cháng)范圍。還要確定操作工是否也需要通過(guò)窗口進(jìn)行觀(guān)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(jiàn)光，人眼不能通過(guò)窗口觀(guān)察目標。如操作員需要通過(guò)窗口目標，應采用既透紅外輻射又透過(guò)可見(jiàn)光的光學(xué)材料，如應采用既透紅外輻射又透過(guò)可見(jiàn)光的光學(xué)材料，如ZnSe或BaF2等作為窗口材料。
　　 當測溫儀工作環(huán)境中存在易燃氣體時(shí)，可選用本征安全型紅外測溫儀，從而在一定濃度的易燃氣體環(huán)境中進(jìn)行安全測量和監視。
　　 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(kāi)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。
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