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紅外測溫的理論原理

一，紅外測溫的理論原理

在自然界中，當(dāng)物體的溫度高于優(yōu)良零度時，由于它內(nèi)部熱運動的存在，就會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*大的特點是在給定的溫度和波長下，物體發(fā)射的輻射能有一個*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)與優(yōu)良溫度T之間滿足普朗克定。說明在優(yōu)良溫度T下，波長λ處單位面積上黑體的輻射功率為P(λＴ)。根據(jù)這個關(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。這是紅外輻射理論的出發(fā)點，也是單波段紅外測溫儀的設(shè)計依據(jù)。

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

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

二，的原理

紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。被測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器。兩信號的差值經(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。顯示器指出被測物體的亮度溫度

三，的性能指標(biāo)及作用

測溫范圍，顯示分辯率，精度，工作環(huán)境溫度范圍，重復(fù)性，相對濕度，響應(yīng)時間，電源　　　響應(yīng)光譜，尺寸，*大值顯示，重量，發(fā)射率等　　　　　　　

1，確定測溫范圍：測溫范圍是測溫儀*重要的一個性能指標(biāo)。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。因此，用戶的被測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:紅外測溫儀根據(jù)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，被測目標(biāo)面積應(yīng)充滿測溫儀視場。建議被測目標(biāo)尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場，背景輻射能量就會進(jìn)入測溫儀的視聲符支干擾測溫讀數(shù)，造成誤差。相反，如果目標(biāo)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。對于雙色測溫儀，其溫度是由兩個獨立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。因此當(dāng)被測目標(biāo)很小，不充滿視場，測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋，對輻射能量有衰減時，都不對測量結(jié)果產(chǎn)生重大影響。對于細(xì)小而又處于運動或震動之中的目標(biāo)，雙色測溫儀是*佳選擇。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，即測溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離D與被測目標(biāo)直徑之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測量小的目標(biāo)，就應(yīng)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。如果測溫儀遠(yuǎn)離目標(biāo)，而目標(biāo)又小，就應(yīng)選擇高距離系數(shù)的測溫儀。對于固定焦距的測溫儀，在光學(xué)系統(tǒng)焦點處為光斑*小位置，近于和遠(yuǎn)于焦點位置光斑都會增大。存在兩個距離系數(shù)。

4，確定波長范圍：目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜相應(yīng)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*佳波長是近紅外，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上是透明的，紅外能量會穿透這些材料，對這種材料應(yīng)選擇特殊的波長。

5，確定響應(yīng)時間：響應(yīng)時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應(yīng)速度，定義為到達(dá)*后讀數(shù)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系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān)。如果目標(biāo)的運動速度很快或測量快速加熱的目標(biāo)時，要選用快速響應(yīng)紅外測溫儀，否則達(dá)不到足夠的信號響應(yīng)，會降低測量精度。然而，并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外測溫儀。對于靜止的或目標(biāo)熱過程存在熱慣性時，測溫儀的響應(yīng)時間就可以放寬要求了。

6，信號處理功能：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，就要用峰值保持，其溫度的輸出信號傳送至控制器內(nèi)。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(shè)置測溫儀響應(yīng)時間稍長于瓶子之間的時間間隔，這樣至少有一個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(jié)果有很大影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會影響測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)測溫儀，實現(xiàn)準(zhǔn)確測溫。在確定附件時，應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，以降低安裝成本。

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

四，影響紅外測溫儀的主要因素

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

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

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

4、小目標(biāo)的測量

⑴應(yīng)將測溫儀固定在三角架（可選附件）上

⑵需要**調(diào)焦，即：用目鏡中小黑點對準(zhǔn)目標(biāo)（目標(biāo)應(yīng)充滿小黑點），將鏡頭前后調(diào)整，眼睛稍微晃動，如果被測小黑圓點之間沒有相對運動，則調(diào)焦就已完成

5.溫度輸出功能

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

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

（3）高報警、低報警─生產(chǎn)過程中要求控制溫度在某個范圍里,可設(shè)置高,低報警值。高報警：在高報警設(shè)置打開的情況下，當(dāng)溫度高于高報警值，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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