用紅外測(cè)溫儀進行非接觸溫度測量有許多的優點,它的運用範圍從很小或難以(yǐ)接觸到的物體(tǐ)至腐蝕性的(de)化學(xué)物和敏感的表麵物。本文將討論(lùn)此優點,給予正確選擇紅(hóng)外測溫儀的決定(dìng)性等加以說明運用範疇。由於原(yuán)子和分(fèn)子的運動,每一(yī)物(wù)體都(dōu)會(huì)輻射電磁波,對非接觸溫度(dù)測量最重要的波長或光譜範圍(wéi)是在(zài)0.2至(zhì)2.0μm。這一範圍內的自然(rán)射線,人們稱作(zuò)為熱輻射或紅外線。
  由被測物輻射的紅外線所進(jìn)行(háng)溫度測量的測試儀(yí)器,按照德國工業標準DIN16160被稱為(wéi)輻射溫度計,輻射測溫儀或紅外測溫儀。這些名稱也適(shì)用於那些由被測體輻射的可見彩色射線所進行溫度測量的儀器,及由相對頻譜的輻射密度導出溫度的儀器。
  一、紅外測溫儀溫度測量的優點
  通過(guò)接收(shōu)被測體輻射的紅外線而進行的非接觸溫(wēn)度測量有很多的優點。這樣那些(xiē)難以接觸到或運動著的物體就可毫無問題的進(jìn)行溫度測量,如傳熱性能差的或很小的熱容量材料。紅外測溫儀很短的響應時間(jiān)能快速地實現有效調節回路。測溫儀不擁有會磨(mó)損的部件,因而就不存在(zài)如使用溫度計所存在的連續費用。特別(bié)是在很小的被測物體,如用接觸測(cè)量,由於物體的導熱性(xìng)將產生很大的測量誤差。這裏可毫無疑問的使用(yòng)測溫儀,及用於腐蝕性的化學物或敏感的表層,如在油漆,紙張和塑料(liào)軌上。通(tōng)過遠(yuǎn)距離的搖控測量,可遠離危險(xiǎn)區域,使操作(zuò)人員無危(wēi)險性。
  二、紅外測溫儀的原理(lǐ)構造
  把從被測物接收的紅(hóng)外線,由(yóu)透鏡經過濾波器聚焦在檢波器上。檢波器(qì)通過被測物輻射密度的積分,產生一個與溫度成(chéng)比例的電(diàn)流或電壓信(xìn)號,在此後相連接的電(diàn)器部件中,把此溫度信號線性化,發射率(lǜ)區(qū)域的修正,及轉換成(chéng)一個標準的(de)輸(shū)出信號。
  原理上有便攜式測溫儀和固定式測溫儀(yí)兩種,因此,在(zài)選擇合適的紅外測溫儀用於不同的測量點時,以下的特征將是主要的:
  1、瞄準器
  瞄準器有此作用,測溫儀所指的測量塊或測量點可以看見,大麵積的被(bèi)測物可以(yǐ)經常不要瞄準(zhǔn)器。在小的被測物和較遠的測量距離時,瞄準器以透光鏡形式帶有(yǒu)儀表板刻度或激光指向點是值得(dé)推薦的。
  2、透鏡
透鏡確定測溫儀(yí)的被測(cè)點,對大麵積的物體來(lái)說,一般帶有(yǒu)固定焦(jiāo)距(jù)的測溫(wēn)儀足夠可以。但在測量距離遠離聚焦點時,測量點邊(biān)緣的圖像將不清楚。為此,采(cǎi)用(yòng)變焦鏡更好,在所給予的變焦範圍內,測溫儀可調整測量距離,最新的測溫儀帶有變焦的可替換鏡頭(tóu),近透鏡和遠透鏡可不需(xū)校準複檢進行更換。
3、傳感器,即光譜接收器
  溫度是與波長成(chéng)反比的。在(zài)低物體溫度時,對長波光譜區域敏感的傳感器(熱膜傳感(gǎn)器或熱電(diàn)傳感器)是很合適的,在高溫度時,將用對短波敏感受的(de),由鍺,矽,銦-镓等組(zǔ)成的光電(diàn)傳感器。
  在選擇(zé)光譜敏感性時,還要考慮對氫(qīng)氣和二(èr)氧化碳的吸收光譜帶。在一定的波長範圍內,即所謂的“大氣層窗”,H2和CO2對紅外線幾乎是穿透的,因此測(cè)溫儀的光變敏(mǐn)感性必須在此範圍內,以便排除大氣層濃度變化(huà)帶來的影(yǐng)響(xiǎng),在測量薄膜或玻璃時,還要考慮到這些材料在一定波長(zhǎng)內不易穿(chuān)透的。為了(le)避免背景光線引起的測量誤差,運用相宜的,隻接收表麵溫度(dù)的(de)傳感器,金(jīn)屬有此(cǐ)物理特性,發射率隨著波長的減小而增大(dà),經驗而談,測量金屬的溫度,一般選擇最短的(de)測(cè)量波長。
  三、發展趨向
  如許多的傳感技術領域,測溫儀的發展趨向也走向小型的,精巧(qiǎo)的造型,圓型的,帶有(yǒu)中央螺紋的外(wài)殼(ké)是最理想地安裝於機器和設備的造型,這一發展趨向的實現,是通過不斷的電(diàn)器部件(jiàn)微型化,及(jí)高度的微積分使得愈來愈小的,愈來愈精致的電器部件濃縮(suō)於愈來愈小的空間。與過去(qù)模(mó)擬技術相比,通過(guò)微控(kòng)件的應用,提高了檢波器信號線性化高度的精(jīng)密性,因而也提高了儀器(qì)的精確度。
  市場供應(yīng)需要快速的,價廉的測量值接收,它能直接輸出一個與溫度成比例的,線性的電流/電壓信號,測量值得處理,如平整功能,特殊值儲(chǔ)存,或邊界接(jiē)觸將放置在(zài)智能(néng)顯示(shì)器(qì),調節器或SPS(程序控(kòng)製器)上(shàng),通過(guò)電纜外接的發射率調整(zhěng),可以危險區外,即便機器開動著,也可修正(zhèng),這時(shí)也(yě)可(kě)由SPS來調整。通過身控件的運(yùn)用,現在(zài)可毫無(wú)問題地(dì)實現數據總(zǒng)線接口,但網絡連接至今還未實現,對信號的繼續處理,還延用過(guò)去的標準模擬信(xìn)號。在檢波器段,用(yòng)了新的材(cái)料作光電傳感器,證實了敏感性的(de)提高,乃至分辨率的提高(gāo)。在熱膜傳感器中,新(xīn)的傳感器隻需要更短的調整時間,帶瞄準器測溫儀的最新發展,是變焦的更換鏡頭,不用校準複檢即可(kě)替換,對不(bú)同的測量位置用(yòng)同一基礎儀器,節約了倉庫管理(lǐ)費用(yòng)。
  四、選擇(zé)測溫儀的主要標準
  測溫儀(yí)的(de)運用主要由測量範圍所決定,不(bú)論是測量電壓,還是測量(liàng)區域的(de)始值,都應與測(cè)量工(gōng)作的(de)要求相符(fú),選(xuǎn)擇愈大的(de)測量(liàng)電壓,分辨率就俞小,因而(ér)準確性就差,特別在低測量溫度始值時,選用大的測量電壓,準確性將成倍的減小,因而值得推薦的是,選擇可能的最小測量電壓。
  測(cè)量區域的始值時決定了光譜的敏感性,以至也決定了檢波器的型號,測量的誤差由於(yú)發射(shè)率的錯誤調整,在短波的傳感器要明顯地比長(zhǎng)波傳感器小,所以在(zài)熱(rè)膜傳感器(8~14μm)800℃時,由於發射率的錯誤調整所引起的測量誤差,將(jiāng)五倍的大於鍺-光電(diàn)二(èr)級管的傳感器(1,1~1,6μm)。鍺-光電(diàn)二級管的傳感器容許的測量範圍從大約250℃起。
  舉例說明,在陶瓷(cí)工業或發電廠的燃(rán)燒過程,測量範圍通常在0~1300℃。為了避免大的誤差產生,應該(gāi)選用短波檢波器的測溫儀。盡管它的(de)高測(cè)溫值從250~1300℃。
另(lìng)一個選擇(zé)合適測溫儀(yí)的標準是間距比例。這裏指的是測量距離和測量點(diǎn)直徑的比例關係(xì),如果(guǒ)被測物小,測(cè)量距離大,或所謂的“熱點”在大(dà)麵積上,那(nà)就需要大的間距比(bǐ)例。相反如果大麵積的測(cè)量點,由於傳感器對測量(liàng)點的是間值有一個(gè)穩定的(de)輸出信號,固選用小的間距(jù)比例。
  另外要(yào)確定的是,測溫儀是否帶瞄準器裝置(zhì),因為瞄(miáo)準器裝置(zhì)將提高50%的成本,這裏(lǐ)關鍵(jiàn)是一個價錢的部下,在大麵積的測量物體時,通常可以不要組裝進瞄準器,代(dài)之的是一個外接的瞄準器,它(tā)將用於測溫儀在安裝時的矯正(zhèng),這樣就有價格上優勢,眾多的測量處隻需一個瞄準器。
  對小的測(cè)量物體或者遠離的測量距離就需隨時(shí)能瞄準的可能。在一個帶儀(yí)表板刻度的透光鏡,人們可看(kàn)清測(cè)量點的實際(jì)大小,價格便宜的是用激光指向點,但它隻能逐點進行測量,在測量閉式爐等相似類時,需要一個透視窗。由此需要決定,測溫儀是否需(xū)要,及南非要哪些功能?如平整功能,特殊值儲存,邊界接觸或電腦接口,為了測溫儀的相適於測量物表麵,發射率調整的可能有性是必(bì)須的,其他的功能可以價廉地通過連接記錄儀(yí),調(diào)節器或程控機來實現。此外,對某些運用來說,外型結(jié)構也是決定因素,在較高(gāo)的環(huán)境溫度下,測溫儀以鏡(jìng)頭隻帶光學部分,由光導電纜連接電(diàn)器部分,放置於遠離高溫地帶,優點在於,可以節約冷卻裝置。
  最後(hòu)是測溫儀型號,是光譜測溫儀,還是比率(雙色)測溫儀(yí),光譜(pǔ)測溫儀接收一個波長的輻射密度,與此不同的(de)是比率測溫(wēn)儀帶雙重傳感(gǎn)器二個單一的(de)傳感器,它將測量二個不同波長的(de)輻(fú)射密度,這二個檢波器信號的(de)比便再現溫度的比例關(guān)係,由於中(zhōng)間介質如蒸汽,灰塵在測溫儀的輻射內,或(huò)發射率的變動,至一定的範圍內,這二條線路不(bú)顯(xiǎn)示信號變動(dòng)。但單色光譜測(cè)溫儀將馬(mǎ)上顯示此變(biàn)動,故此率(lǜ)測溫儀優先用行管式轉爐或(huò)在金屬製造和加工(gōng)業(yè)中(zhōng),輻射幹擾較嚴重的場合。