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紅外測溫的正確選擇辦法

發布時間:2012-08-04   點擊次數:1598次

紅外測溫技術在產品質量控製和監測、設備在線故障診斷、安全保護以及節約能源等方麵發揮了正在發揮著重要作用。近二十年來,非接觸紅外測溫儀在技術上得到迅速發展,性能不斷提高,適用範圍也不斷擴大,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優點。
  
  非接觸紅外輻射測溫產品包括便攜式、在線式和掃描式三大係列,並備有各種選配件和相應的計算機軟件,每一係列中又有各種型號及規格。在不同規格的各種型號測溫儀中,正確地選擇紅外測溫儀型號對用戶來說是十分重要的。這裏僅提出如何正確選擇測溫儀型號的思考步驟,供購買者參考。
  
  外測溫儀工作原理
  
  了解組外測溫儀的工作原理、技術指標、環境工作條件及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。
  
  一切溫度高於零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量。物體的紅外輻射特性一輻射能量的大小及其按波長的分布一與它的表麵溫度有著十分密切的關係。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麵溫度,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量,沒有能量的反射和透過,其表麵的發射率為1。應該指出,自然界中並不存在真正的黑體,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,即以波長表示的黑體光譜輻射度,這是一切紅外輻射理論的出發點,故稱黑體輻射定律。
  
  物體發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於輻射波長及物體的溫度之外,還與構成物體的材料種類、製備方法、熱過程以及表麵狀態和環境條件等因素有關。因此,為使黑體輻射定律適用於所有實際物體,必須引入一個與材料性質及表麵狀態有關的比例係數,即發射率。該係數表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度,其值在零和小於1的數值之間。根據輻射定律,隻要知道了材料的發射率,就知道了任何物體的紅外輻射特性。
  
  影響發射率的主要因素在:
  
  材料種類、表麵粗糙度、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範圍內的紅外輻射量,然後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。
  
  紅外係統:
  
  紅外測溫儀由光學係統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學係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並轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路,並按照儀器內療的算法和目標發射率校正後轉變為被測目標的溫度值。
  
  選擇紅外測溫儀可分為三個方麵:
  
  性能指標方麵,如溫度範圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、響應時間等;環境和工作條件方麵,如環境溫度、窗口、顯示和輸出、保護附件等;其他選擇方麵,如使用方便、維修和校準性能以及價格等,也對測溫儀的選擇產生一定的影響。隨著技術和不斷發展,紅外測溫儀zui佳設計和新進展為用戶提供了各種功能和多用途的儀器,擴大了選擇餘地。
  
  確定測溫範圍:
  
  測溫範圍是測溫儀zui重要的一個性能指標。如Raytek(雷泰)產品覆蓋範圍為-50℃-+3000℃,但這不能由一種型號的紅外測溫儀來完成。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫範圍。因此,用戶的被測溫度範圍一定要考慮準確、周全,既不要過窄,也不要過寬。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)。對於單色測溫儀,在進行測溫時,被測目標麵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。如果目標尺寸小於視場,背景輻射能量就會進入測溫儀的視聲符支幹擾測溫讀數,造成誤差。相反,如果目標大於測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區域外麵的背景影響。
  
  對於雙色測溫儀,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,沒有充滿現場,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,仍能保證要求的測溫精度。對於目標細小,又處於運動或振動之中的目標;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zui佳選擇。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zui佳選擇。這是由於其直徑小,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。如果測溫儀由於環境條件限製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。
  
  確定波長範圍:
  
  目標材料的發射率和表麵特性決定測溫儀的光譜響應或波長。對於高反射率合金材料,有低的或變化的發射率。在高溫區,測量金屬材料的zui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3.9μm波長。由於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10μm、2.2μm和3.9μm(被測玻璃要很厚,否則會透過)波長;測量玻璃內部溫度選用5.0μm波長;測低區區選用8-14μm波長為宜;再如測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長,聚醋類選用4.3μm或7.9μm波長。厚度超過0.4mm選用8-14μm波長;又如測火焰中的C02用窄帶4.24-4.3μm波長,測火焰中的C0用窄帶4.64μm波長,測量火焰中的N02用4.47μm波長。
  
  確定響應時間:
  
  響應時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zui後讀數的95%能量所需要時間,它與光電探測器、信號處理電路及顯示係統的時間常數有關。bytek(雷泰)新型紅外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,並不是所有應用都要求快速響應的紅外測溫儀。對於靜止的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)和連續過程不同,要求紅外測溫儀有信號處理功能(如峰值保持、穀值保持、平均值)。如測溫傳送帶上的玻璃時,就要用峰值保持,其溫度的輸出信號傳送至控製器內。
  
  環境條件考慮:
  
  測溫儀所處的環境條件對測量結果有很大影響,應加以考慮、並適當解決,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、空氣冷卻係統、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環境影響並保護測溫儀,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zui佳選擇。在噪聲、電磁場、震動或難以接近環境條件下,或其他惡劣條件下,光纖雙色測溫儀是zui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並能通過所用測溫儀的工作波長範圍。還要確定操作工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:
  
  紅外測溫儀應該是直觀的,操作簡單,易於被操作人員使用,其中便攜式紅外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,在顯示麵板上可顯示溫度和輸出各種溫度信息,有的可通過遙控或通過計算機軟件程序操作。
  
  在環境條件惡劣複雜的情況下,可以選擇測溫頭和顯示器分開的係統,以便於安裝和配置。可選擇與現行控製設備相匹配的信號輸出形式。
  
  紅外輻射測溫儀的標定:
  
  紅外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。

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