红外测温仪的测量原理标准和运用实例

　　红外测温仪的测量原理标准和运用实例
　　
　　用红外测温仪进行非接触温度测量有许多的优点，它的运用范围从很小或难以接触到的物体至腐蚀性的化学物和敏感的表面物。本文将讨论此优点，给予正确选择红外测温仪的决定性等加以说明运用范畴。由于原子和分子的运动，每一物体都会辐射电磁波，对非接触温度测量zui重要的波长或光谱范围是在0.2至2.0μm。这一范围内的自然射线，人们称作为热辐射或红外线。
　　
　　由被测物辐射的红外线所进行温度测量的测试仪器，按照德国工业标准DIN16160被称为辐射温度计，辐射测温仪或红外测温仪。这些名称也适用于那些由被测体辐射的可见彩色射线所进行温度测量的仪器，及由相对频谱的辐射密度导出温度的仪器。
　　
　　一、红外测温仪温度测量的优点
　　
　　通过接收被测体辐射的红外线而进行的非接触温度测量有很多的优点。这样那些难以接触到或运动着的物体就可毫无问题的进行温度测量，如传热性能差的或很小的热容量材料。红外测温仪很短的响应时间能快速地实现有效调节回路。测温仪不拥有会磨损的部件，因而就不存在如使用温度计所存在的连续费用。特别是在很小的被测物体，如用接触测量，由于物体的导热性将产生很大的测量误差。这里可毫无疑问的使用测温仪，及用于腐蚀性的化学物或敏感的表层，如在油漆，纸张和塑料轨上。通过远距离的摇控测量，可远离危险区域，使操作人员无危险性。
　　
　　二、红外测温仪的原理构造
　　
　　把从被测物接收的红外线，由透镜经过滤波器聚焦在检波器上。检波器通过被测物辐射密度的积分，产生一个与温度成比例的电流或电压信号，在此后相连接的电器部件中，把此温度信号线性化，发射率区域的修正，及转换成一个标准的输出信号。
　　
　　原理上有便携式测温仪和固定式测温仪两种，因此，在选择合适的红外测温仪用于不同的测量点时，以下的特征将是主要的：
　　
　　1、瞄准器
　　
　　瞄准器有此作用，测温仪所指的测量块或测量点可以看见，大面积的被测物可以经常不要瞄准器。在小的被测物和较远的测量距离时，瞄准器以透光镜形式带有仪表板刻度或激光指向点是值得推荐的。
　　
　　2、透镜
　　
　　透镜确定测温仪的被测点，对大面积的物体来说，一般带有固定焦距的测温仪足够可以。但在测量距离远离聚焦点时，测量点边缘的图像将不清楚。为此，采用变焦镜更好，在所给予的变焦范围内，测温仪可调整测量距离，的测温仪带有变焦的可替换镜头，近透镜和远透镜可不需校准复检进行更换。
　　
　　3、传感器，即光谱接收器
　　
　　温度是与波长成反比的。在低物体温度时，对长波光谱区域敏感的传感器(热膜传感器或热电传感器)是很合适的，在高温度时，将用对短波敏感受的，由锗，硅，铟-镓等组成的光电传感器。在选择光谱敏感性时，还要考虑对氢气和二氧化碳的吸收光谱带。在一定的波长范围内，即所谓的“大气层窗”，H2和CO2对红外线几乎是穿透的，因此测温仪的光变敏感性必须在此范围内，以便排除大气层浓度变化带来的影响，在测量薄膜或玻璃时，还要考虑到这些材料在一定波长内不易穿透的。为了避免背景光线引起的测量误差，运用相宜的，只接收表面温度的传感器，金属有此物理特性，发射率随着波长的减小而增大，经验而谈，测量金属的温度，一般选择zui短的测量波长。
　　
　　三、发展趋向
　　
　　如许多的传感技术领域，测温仪的发展趋向也走向小型的，精巧的造型，圆型的，带有中央螺纹的外壳是地安装于机器和设备的造型，这一发展趋向的实现，是通过不断的电器部件微型化，及高度的微积分使得愈来愈小的，愈来愈精致的电器部件浓缩于愈来愈小的空间。与过去模拟技术相比，通过微控件的应用，提高了检波器信号线性化高度的精密性，因而也提高了仪器的度。市场供应需要快速的，价廉的测量值接收，它能直接输出一个与温度成比例的，线性的电流/电压信号，测量值得处理，如平整功能，特殊值储存，或边界接触将放置在智能显示器，调节器或SPS(程序控制器)上，通过电缆外接的发射率调整，可以危险区外，即便机器开动着，也可修正，这时也可由SPS来调整。通过身控件的运用，现在可毫无问题地实现数据总线接口，但网络连接至今还未实现，对信号的继续处理，还延用过去的标准模拟信号。在检波器段，用了新的材料作光电传感器，证实了敏感性的提高，乃至分辨率的提高。在热膜传感器中，新的传感器只需要更短的调整时间，带瞄准器测温仪的发展，是变焦的更换镜头，不用校准复检即可替换，对不同的测量位置用同一基础仪器，节约了仓库管理费用。
　　
　　四、选择测温仪的主要标准
　　
　　测温仪的运用主要由测量范围所决定，不论是测量电压，还是测量区域的始值，都应与测量工作的要求相符，选择愈大的测量电压，分辨率就俞小，因而准确性就差，特别在低测量温度始值时，选用大的测量电压，准确性将成倍的减小，因而值得推荐的是，选择可能的zui小测量电压。
　　
　　测量区域的始值时决定了光谱的敏感性，以至也决定了检波器的型号，测量的误差由于发射率的错误调整，在短波的传感器要明显地比长波传感器小，所以在热膜传感器(8～14μm)800℃时，由于发射率的错误调整所引起的测量误差，将五倍的大于锗-光电二级管的传感器(1,1～1,6μm)。锗-光电二级管的传感器容许的测量范围从大约250℃起。
　　
　　举例说明，在陶瓷工业或发电厂的燃烧过程，测量范围通常在0～1300℃。为了避免大的误差产生，应该选用短波检波器的测温仪。尽管它的高测温值从250～1300℃
　　
　　另一个选择合适测温仪的标准是间距比例。这里指的是测量距离和测量点直径的比例关系，如果被测物小，测量距离大，或所谓的“热点”在大面积上，那就需要大的间距比例。相反如果大面积的测量点，由于传感器对测量点的是间值有一个稳定的输出信号，固选用小的间距比例。另外要确定的是，测温仪是否带瞄准器装置，因为瞄准器装置将提高50%的成本，这里关键是一个价钱的部下，在大面积的测量物体时，通常可以不要组装进瞄准器，代之的是一个外接的瞄准器，它将用于测温仪在安装时的矫正，这样就有价格上优势，众多的测量处只需一个瞄准器。
　　
　　对小的测量物体或者远离的测量距离就需随时能瞄准的可能。在一个带仪表板刻度的透光镜，人们可看清测量点的实际大小，价格便宜的是用激光指向点，但它只能逐点进行测量，在测量闭式炉等相似类时，需要一个透视窗。由此需要决定，测温仪是否需要，及南非要哪些功能?如平整功能，特殊值储存，边界接触或电脑接口，为了测温仪的相适于测量物表面，发射率调整的可能有性是必须的，其他的功能可以价廉地通过连接记录仪，调节器或程控机来实现。此外，对某些运用来说，外型结构也是决定因素，在较高的环境温度下，测温仪以镜头只带光学部分，由光导电缆连接电器部分，放置于远离高温地带，优点在于，可以节约冷却装置。
　　
　　zui后是测温仪型号，是光谱测温仪，还是比率(双色)测温仪，光谱测温仪接收一个波长的辐射密度，与此不同的是比率测温仪带双重传感器二个单一的传感器，它将测量二个不同波长的辐射密度，这二个检波器信号的比便再现温度的比例关系，由于中间介质如蒸汽，灰尘在测温仪的辐射内，或发射率的变动，至一定的范围内，这二条线路不显示信号变动。但单色光谱测温仪将马上显示此变动，故此率测温仪优先用行管式转炉或在金属制造和加工业中，辐射干扰较严重的场合。
　　
　　五、运用举例
　　
　　不同测温仪的运用可能性是极其广泛的，近几年内的价格大幅度下降开辟了愈来愈多的运用领域，特别在低温区域或用于替换一般的传统温度计，下面的实例是关于使用及解答案的概况。
　　
　　1、混凝土加工业
　　
　　在混凝土加工时，温度是对凝结时间和由此而定的坚固性起关键作用，特别是安全混凝土，得达到一定的加工温度，接触探针将机械地由于水泥的腐蚀作用而很快损坏。而测温仪即可直接接受搅拌滚筒的温度，也可是混凝土出口时的温度，因为ISO9000的质量检验的需要，温度必须与其它的生产参数一起以文件形式被记录下来，上于脏乱的工业环境，需要十分坚固的，如防尘，防水的测量镜头，为了防护测温仪，采用相宜的附件如轴向间隙喷嘴，光镜保护盖及绝缘管。
　　
　　2、造纸业
　　
　　在造纸业精制中，纸轨将在一个加热的金属轧辊和涂有塑料层的精压轧辊之间运行，如果纸的宽度小于轧辊宽时，精压轧辊的边缘的温度将大大高于中间的，这中间和边缘的温度之差不能超出已定的温度，否则塑料涂层将损伤。
　　
　　为了测量温度，可以每一机架装备三个固定式测温仪，也可用一测温仪在瞄准器装置上沿着轧辊长度移动，由于局部的强烈蒸汽需要一个防水的测温仪及带轴向间隙喷嘴，用于视窗的自由吹气，因为温度的处理需要SPS机，所以一般的仪器带有发射率的修正就可。
　　
　　3、陶瓷工业
　　
　　为了陶瓷材料的生产，在燃烧过程中需要知道温度的变化过程，以便达到同样质量的产品，避废品产生，同时为了节约能源，必需把温度控制在zui小值内，至今以来都是用温度计测量温度，它得到的是室温，对此测温仪就有优势，它能直接测量物体表面的温度，而且是在很短的时间内，这样就能准确地测量并保持燃烧温度。
　　
　　4、冶金工业
　　
　　在冶金工业行业中，红外温度测量更是应用于各个领域。例如各种炉体的内壁缺陷诊断、冷却壁损坏的诊断、工艺参数的控制等等。通过红外温度测量可以准确地监控设备的状况，提高设备使用寿命，节约能源，降低成本，提高产品质量
　　
　　由此可知，传统的温度计将是淘汰的时代产品，它将随时间而消失或损坏，以致需要不断的更换，而测温仪不具有磨损件，因而理论上，它的使用寿命是无限的，因此它的较贵些的投资成本在短期内即可赢回。测温仪即可在侧边，或在顶上安装，避免倾斜的对准，以免测温仪只被抓信边缘，轴向间隙喷嘴应避免放在测温仪的镜头上，在较高环境温度时，需要一个附加的冷却装置。红外探测原理:
　　
　　利用在自然界，任何高于温度（-273度）时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的。全称是被动式热释电红外探测器。
　　
　　在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8一12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。
　　
　　另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。
　　
　　人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进行工作的。人体发射的10微米左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。