发布时间 : 星期三 文章红外测温方法的工作原理及测温(自己总结的)更新完毕开始阅读6fa7b83bf8c75fbfc67db294
射率(γ)总和为1，即α+ρ+γ=1，图4 解释了上述规律。对于不透明的(或具有一定厚度)的物体透射率可视γ=0，只有辐射和反射(α+ρ=1)，当物体的辐射率越高，反射率就越小，背景和反射的影响就会越小，测试的准确性也就越高；反之，背景温度越高或反射率越高，对测试的影响就越大。由此可以看出，在实际的检测过程中必须注意不同物体和测温仪相对应的辐射率，对辐射率的设定要尽量准确，以减小所测温度的误差。
图4 目标的红外辐射
（2） 测试角度
辐射率与测试方向有关，测试角度越大，测试误差越大，在用红外进行测温时，这一点很容易被忽视。一般来说，测试角最好在30°C 之内，一般不宜大于45°C，如果不得不大于45°C 进行测试，可以适当地调低辐射率进行修正。如果两个相同物体的测温数据要进行判断分析，那么在测试时测试角一定要相同，这样才更具有可比性。
2、 距离系数
距离系数(K=S:D)是测温仪到目标的距离S 与测温目标直径D 的比值，它对红外测温的精确度有很大影响，K 值越大，分辨率越高。因此，如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温仪，以减小测量误差。在实际使用中，许多人忽略了测温仪的光学分辨率。不管被测目标点直径D 大小，打开激光束对准测量目标就测试。实际上他们忽略了该测温仪的S:D 值的要求，这样测出的温度会有一定的误差。比如，用测量距离与目标直径S:D=8:1 的测温仪，测量距离应满足表2 的要求。
表2 S 值应满足的要求 目标大小D(mm) 测量距离S(mm) 15 <120 50 <400 100 <800 200 <1600 3、 目标尺寸 被测物体和测温仪视场决定了仪器测量的精度。使用红外测温仪测温时，一般只能测定被测目标表面上确定面积的平均值。一般测试时有以下三种情况：
(1)当被测目标大于测试视场时，测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响，就能显示被测物体位于光学目标内确定面积的真实温度，这时的测试效果最好。
(2)当被测目标等于测试视场时，背景温度已受到影响，但还比较小，测试效果一般。 (3)当被测目标小于测试视场时，背景辐射能量就会进入测温仪的视声符支干扰测温读数，造成误差。仪器仅显示被测物体和背景温度的加权平均值。因此建议在实际测温时，被测目标尺寸超过视场大小的50%为好，具体情况如图5 所示。 图5 目标与视场示意图
4、 响应时间
响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。如果目标的运动速度很快或者测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外测温仪，否则达不到足够的信号响应，会降低测量精度。但并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时，测温仪的响应时间可放宽要求。因此，红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。
5、 环境因素
被测物体所处的环境条件对测量的结果有很大的影响，它主要体现在两个方面，即环境的温度和精晰度。 (1) 环境温度的影响
设被测目标的温度为T1，环境温度为T2 时，该目标单位面积表面发射的辐射能为
A??T14，而相应地被它所吸收辐射能为A??T24，则该物体发出的净辐射能Q 为:
Q=A??T1-A??T2 （5）
式中，A—单位面积； ε—物体的辐射率； α—吸收率。
设被测物体的ε 和α两者相等，由式(5)可得：
44Q?A??T14?T24 (6)
表3 提供了感受波长在(9~12μm)的测温仪在环境温度为270K~330K 范围，对从
300K~1000K 目标温度进行测量时产生的能量误差(%)。由表中可以看出，随着环境温度的升高，产生的附加辐射影响就越大，测温的误差也就越大。
??表 3 能量误差随目标温度计环境温度的变化曲线
目标温度 T1?K? 300 400 500 600 700 800 900 1000 环境温度T2?K? 270 20.37 7.29 3.64 2.23 1.53 1.14 0.93 0.75 280 23.50 8.63 4.35 2．66 1.84 1.37 1.12 0.90 290 26.74 10.09 5.12 3.15 2．17 1.62 1.33 1.07 300 30.00 11.65 5.95 3.68 2.54 1.90 1.55 1.25 310 33.23 13.28 6.86 4.25 2.94 2.20 1.80 1.45 320 36.45 15.00 7.82 4.86 3.37 2.53 2.07 1.66 330 39.59 16.77 8.83 5.52 3.84 2.88 2.35 1.90 (2) 大气吸收的影响
红外线在辐射的传输过程中，由于大气的吸收作用，能量总要受到一定的衰减。大气吸收是指在传输过程中使一部分红外线辐射能量变成其它形式的能量，或以另一种光谱分布。大气吸收程度随空气温温变化而变化，被测物体距离越远，大气透射对温度测量的影响就越大。所以，在室外进行红外测温时，应尽量在无雨、无雾、空气比较清晰的环境下进行。在室内进行红外测温时，应在没有水蒸气的环境下进行，这样就可以在误差最小的情况下测得较准确的数值。
4 红外测温的几种方法
4．1 全辐射测温法
它是根据测量波长从零到无限大整个光谱范围物体的总辐射功率用黑体定标的仪器来确定物体的温度。其总辐射功率的大小与被测对象温度之间的关系是由斯蒂芬- 玻尔兹曼定律来描述。图6 是一种典型的全辐射测温仪。
前带
主置通调探 移 放放滤制测 相 大大波片 器 器 器 器 电
路 振 子 移 移 方波发相敏检 相 相 生器 波器 器 器 T 对数放环温补偿信号发指示仪
大器 生器 表
图6 全辐射测温仪电路方框图 4．2 亮度测温法 它是根据测量给定波长K0 附近一窄光谱范围的辐射用黑体定标的仪器来确定物体的温度, 适用于高温测量。 4．3 双波段测温法
它是根据测量两个给定波长K1 和K2 的辐射功率之比, 用黑体定标的仪器来确定物体的温度, 适合测量发射率变化或未知的物体, 但只适合于测量辐射能量密度大的高温物体。这3 种方法均由普朗克定律来描述。 4．4 多波段测温法
依次取多个波段, 通过计算这些波段辐射功率之间的复杂关系来确定物体的温度。 4．5 最大波长测温法
由维恩位移定律, 黑体辐射峰值波长Kmax与绝对温度T 之积为一常数, 通过测量峰值波长Kmax来计算温度T。此法常用测量极高温(大于2 000 °C)。由此可见, 非接触红外测温有以下的缺点：测得的温度值是测量对象的表面温度, 且必须用发射率进行修正, 增加了测量的复杂性; 周围介质的影响引起测量误差。
5 如何正确选择红外测温仪
选择红外测温仪可分为三个方面：性能指标方面，如温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、响应时间等；环境和工作条件方面，如环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等；其他选择方面，如使用方便、维修和校准性能以及价格等。红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。要从不同规格的各种型号测温仪中选择红外测温仪，应注意如下几个方面：
（1）首先要将测量要求和所要解决的问题弄清，如被测目标温度，被测目标大小，测量距离，被测目标材料，目标所处环境，响应速度要求，测量精度要求，以及用便携式还是在线式等；
（2）测量要求和所要解决的问题与现有各种型号的测温仪进行对比，选择出能够满足上述要求的仪器型号；
（3）在众多能满足要求的型号中，选择出性能、功能和价格方面的最佳搭配。 总结有如下的几点： 1> 确定温度范围 2> 确定目标尺寸 3> 确定光学分辨率 4> 确定波长范围 5> 确定响应时间 6> 信号处理功能 7> 考虑环境条件
8> 红外辐射测温仪的标定 9> 操作使用
6 红外测微仪的应用
红外测温仪具有非接触和快速测温的优点, 在工业、农业、医疗和科学研究方面都有着广泛的用途。按其使用的途径可分为两大类首先是测量被测目标的表面温度其次是利用测量物体的热分布状况判断物体与热分布有关的其他性质的间接测量。举例如下：
1>钢铁工业中使用的红外测温仪占总量的一半以上。炼钢、轧钢、浇铸、淬火时测量控制温