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技術(shù)文章 |
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紅外測溫儀工作原理及應(yīng)用 |
發(fā)布日期：[2007-01-31] 共閱[4419]次 |
紅外測溫儀工作原理及應(yīng)用中國電器論壇(廈門索邁電子科技有限公司轉(zhuǎn)載) .概述 紅外測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測，設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。近20年來，非接觸紅外測溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴(kuò)大，*逐年增長。比起接觸式測溫方法，紅外測溫有著響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。非接觸紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列，并備有各種選件和計(jì)算機(jī)軟件，每一系列中又有各種型號(hào)及規(guī)格。在不同規(guī)格的各種型號(hào)測溫儀中，正確選擇紅外測溫儀型號(hào)對用戶來說是十分重要的。 紅外檢測技術(shù)是“九五"國家科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，紅外檢測是一種在線監(jiān)測(不停電)式高科技檢測技術(shù)，它集光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身，通過接收物體發(fā)出的紅外線(紅外輻射)，將其熱像顯示在熒光屏上，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速等優(yōu)點(diǎn)。任何物體由于其自身分子的運(yùn)動(dòng)，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場，俗稱“熱像"。紅外診斷技術(shù)正是通過吸收這種紅外輻射能量，測出設(shè)備表面的溫度及溫度場的分布，從而判斷設(shè)備發(fā)熱情況。目前應(yīng)用紅外診技術(shù)的測試設(shè)備比較多，如紅外測溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設(shè)備利用熱成像技術(shù)將這種看不見的“熱像"轉(zhuǎn)變成可見光圖像，使測試效果直觀，靈敏度高，能檢測出設(shè)備細(xì)微的熱狀態(tài)變化，準(zhǔn)確反映設(shè)備內(nèi)部、外部的發(fā)熱情況，可靠性高，對發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患非常有效。 紅外診斷技術(shù)對電氣設(shè)備的早期故障缺陷及絕緣性能做出可靠的預(yù)測，使傳統(tǒng)電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)維修(預(yù)防試驗(yàn)是50年代引進(jìn)前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn))提高到預(yù)知狀態(tài)檢修，這也是現(xiàn)代電力企業(yè)發(fā)展的方向。特別是現(xiàn)在大機(jī)組、超高電壓的發(fā)展，對電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定，提出了越來越高的要求。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展成熟與日益完善，利用紅外狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、不接觸、不取樣、不解體，又具有準(zhǔn)確、快速、直觀等特點(diǎn)，實(shí)時(shí)地在線監(jiān)測和診斷電氣設(shè)備大多數(shù)故障(幾乎可以覆蓋所有電氣設(shè)備各種故障的檢測)。它備受國內(nèi)外電力行業(yè)的重視(國外70年代后期普遍應(yīng)用的一種*狀態(tài)檢修體制)，并得到快速發(fā)展。紅外檢測技術(shù)的應(yīng)用，對提高電氣設(shè)備的可靠性與有效性，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，降低維修成本都有很重要的意義。是目前在預(yù)知檢修領(lǐng)域中普遍推廣的一種很好手段，又能使維修水平和設(shè)備的健康水平上一個(gè)臺(tái)階。 采用紅外成像檢測技術(shù)可以對正在運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行非接觸檢測，拍攝其溫度場的分布、測量任何部位的溫度值，據(jù)此對各種外部及內(nèi)部故障進(jìn)行診斷，具有實(shí)時(shí)、遙測、直觀和定量測溫等優(yōu)點(diǎn)，用來檢測發(fā)電廠、變電所和輸電線路的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備和帶電設(shè)備非常方便、有效。 利用熱像儀檢測在線電氣設(shè)備的方法是紅外溫度記錄法。紅外溫度記錄法是工業(yè)上用來無損探測，檢測設(shè)備性能和掌握其運(yùn)行狀態(tài)的一項(xiàng)新技術(shù)。與傳統(tǒng)的測溫方式(如熱電偶、不同熔點(diǎn)的蠟片等放置在被測物表面或體內(nèi))相比，熱像儀可在一定距離內(nèi)實(shí)時(shí)、定量、在線檢測發(fā)熱點(diǎn)的溫度，通過掃描，還可以繪出設(shè)備在運(yùn)行中的溫度梯度熱像圖，而且靈敏度高，不受電磁場干擾，便于現(xiàn)場使用。它可以在-20℃～2000℃的寬量程內(nèi)以0.05℃的高分辨率檢測電氣設(shè)備的熱致故障，揭示出如導(dǎo)線接頭或線夾發(fā)熱，以及電氣設(shè)備中的局部過熱點(diǎn)等等。 帶電設(shè)備的紅外診斷技術(shù)是一門新興的學(xué)科。它是利用帶電設(shè)備的致熱效應(yīng)，采用設(shè)備獲取從設(shè)備表面發(fā)出的紅外輻射信息，進(jìn)而判斷設(shè)備狀況和缺陷性質(zhì)的一門綜合技術(shù)。 2.紅外基礎(chǔ)理論 1672年，人們發(fā)現(xiàn)太陽光（白光）是由各種顏色的光復(fù)合而成，同時(shí)，牛頓做出了單色光在性質(zhì)上比白色光更簡單的結(jié)論。使用分光棱鏡就把太陽光（白光）分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各色單色光。1800年，英國物理學(xué)家f. w. 赫胥爾從熱的觀點(diǎn)來研究各種色光時(shí)，發(fā)現(xiàn)了紅外線。他在研究各種色光的熱量時(shí)，有意地把暗室的*的窗戶用暗板堵住，并在板上開了一個(gè)矩形孔，孔內(nèi)裝一個(gè)分光棱鏡。當(dāng)太陽光通過棱鏡時(shí)，便被分解為彩色光帶，并用溫度計(jì)去測量光帶中不同顏色所含的熱量。為了與環(huán)境溫度進(jìn)行比較，赫胥爾用在彩色光帶附近放幾支作為比較用的溫度計(jì)來測定周圍環(huán)境溫度。試驗(yàn)中，他偶然發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：放在光帶紅光外的一支溫度計(jì)，比室內(nèi)其他溫度的批示數(shù)值高。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，這個(gè)所謂熱量zui多的高溫區(qū)，總是位于光帶zui邊緣處紅光的外面。于是他宣布太陽發(fā)出的輻射中除可見光線外，還有一種人眼看不見的“"，這種看不見的“"位于紅色光外側(cè)，叫做紅外線。紅外線是一種電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的本質(zhì)，紅外線的發(fā)現(xiàn)是人類對自然認(rèn)識(shí)的一次飛躍，對研究、利用和發(fā)展紅外技術(shù)領(lǐng)域開辟了一條全新的廣闊道路。 紅外線的波長在0.76～100μm之間，按波長的范圍可分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)紅外四類，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區(qū)域。紅外線輻射是自然界存在的一種的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。 溫度在零度以上的物體，都會(huì)因自身的分子運(yùn)動(dòng)而輻射出紅外線。通過紅外探測器將物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，成像裝置的輸出信號(hào)就可以*一一對應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。運(yùn)用這一方法，便能實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)圖像成像和測溫并進(jìn)行分析判斷。 2.1熱像儀原理 紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)（目前*焦平面技術(shù)則省去了光機(jī)掃描系統(tǒng)）接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測器之間，有一個(gè)光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)（焦平面熱像儀無此機(jī)構(gòu)）對被測物體的紅外熱像進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)通過電視屏或監(jiān)測器顯示紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng)；實(shí)質(zhì)上是被測目標(biāo)物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于信號(hào)非常弱，與可見光圖像相比，缺少層次和立體感，因此，在實(shí)際動(dòng)作過程中為更有效地判斷被測目標(biāo)的紅外熱分布場，常采用一些輔助措施來增加儀器的實(shí)用功能，如圖像亮度、對比度的控制，實(shí)標(biāo)校正，偽色彩描繪等技術(shù) 2.2熱像儀的發(fā)展 1800年，英國物理學(xué)家f. w. 赫胥爾發(fā)現(xiàn)了紅外線，從此開辟了人類應(yīng)用紅外技術(shù)的廣闊道路。在第二次世界大戰(zhàn)中，德國人用紅外變像管作為光電轉(zhuǎn)換器件，研制出了主動(dòng)式夜視儀和紅外通信設(shè)備，為紅外技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 二次世界大戰(zhàn)后，首先由美國德克薩蘭儀器公司經(jīng)過近一年的探索，開發(fā)研制的*代用于軍事領(lǐng)域的紅外成像裝置，稱之為紅外尋視系統(tǒng)（flir），它是利用光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)對被測目標(biāo)的紅外輻射掃描。由光子探測器接收兩維紅外輻射跡象，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及一系列儀器處理，形成視頻圖像信號(hào)。這種系統(tǒng)、原始的形式是一種非實(shí)時(shí)的自動(dòng)溫度分布記錄儀，后來隨著五十年代銻化銦和鍺摻汞光子探測器的發(fā)展，才開始出現(xiàn)高速掃描及實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)熱圖像的系統(tǒng)。 六十年代早期，瑞典aga公司研制成功第二代紅外成像裝置，它是在紅外尋視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上以增加了測溫的功能，稱之為紅外熱像儀。 開始由于保密的原因，在發(fā)達(dá)的國家中也于軍用，投入應(yīng)用的熱成像裝置可的黑夜或濃厚幕云霧中探測對方的目標(biāo)，探測偽裝的目標(biāo)和高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)。由于有國家經(jīng)費(fèi)的支撐，投入的研制開發(fā)費(fèi)用很大，儀器的成本也很高。以后考慮到在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的實(shí)用性，結(jié)合工業(yè)紅外探測的特點(diǎn)，采取壓縮儀器造價(jià)。降低生產(chǎn)成本并根據(jù)民用的要求，通過減小掃描速度來提高圖像分辨率等措施逐漸發(fā)展到民用領(lǐng)域。 六十年代中期，aga公司研制出*套工業(yè)用的實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)（thv），該系統(tǒng)由液氮致冷，110v電源電壓供電，重約35公斤，因此使用中便攜性很差，經(jīng)過對儀器的幾代改進(jìn)，1986年研制的紅外熱像儀已無需液氮或高壓氣，而以熱電方式致冷，可用電池供電；1988年推出的全功能熱像儀，將溫度的測量、修改、分析、圖像采集、存儲(chǔ)合于一體，重量小于7公斤，儀器的功能、精度和可靠性都得到了顯著的提高。 九十年代中期，美國fsi公司首先研制成功由軍用技術(shù)（fpa）轉(zhuǎn)民用并商品化的新一紅外熱像儀（ccd）屬焦平面陣列式結(jié)構(gòu)的一種凝成像裝置，技術(shù)功能更加*，現(xiàn)場測溫時(shí)只需對準(zhǔn)目標(biāo)攝取圖像，并將上述信息存儲(chǔ)到機(jī)內(nèi)的pc卡上，即完成全部操作，各種參數(shù)的設(shè)定可回到室內(nèi)用軟件進(jìn)行修改和分析數(shù)據(jù)，zui后直接得出檢測報(bào)告，由于技術(shù)的改進(jìn)和結(jié)構(gòu)的改變，取代了復(fù)雜的機(jī)械掃描，儀器重量已小于二公斤，使用中如同手持?jǐn)z像機(jī)一樣，單手即可方便地操作。 如今，紅外熱成像系統(tǒng)已經(jīng)在電力、消防、石化以及醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。紅外熱像儀在世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中正發(fā)揮著舉足輕重的作用。 2.3熱像儀分類 紅外熱像儀一般分光機(jī)掃描成像系統(tǒng)和非掃描成像系統(tǒng)。光機(jī)掃描成像系統(tǒng)采用單元或多元（元數(shù)有8、10、16、23、48、55、60、120、180甚至更多）光電導(dǎo)或光伏紅外探測器，用單元探測器時(shí)速度慢，主要是幀幅響應(yīng)的時(shí)間不夠快，多元陣列探測器可做成高速實(shí)時(shí)熱像儀。非掃描成像的熱像儀，如近幾年推出的陣列式凝視成像的焦平面熱像儀，屬新一代的熱成像裝置，在性能上大大優(yōu)于光機(jī)掃描式熱像儀，有逐步取代光機(jī)掃描式熱像儀的趨勢。其關(guān)鍵技術(shù)是探測器由單片集成電路組成，被測目標(biāo)的整個(gè)視野都聚焦在上面，并且圖像更加清晰，使用更加方便，儀器非常小巧輕便，同時(shí)具有自動(dòng)調(diào)焦圖像凍結(jié)，連續(xù)放大，點(diǎn)溫、線溫、等溫和語音注釋圖像等功能，儀器采用pc卡，存儲(chǔ)容量可高達(dá)500幅圖像。 紅外熱電視是紅外熱像儀的一種。紅外熱電視是通過熱釋電攝像管（pev）接受被測目標(biāo)物體的表面紅外輻射，并把目標(biāo)內(nèi)熱輻射分布的不可見熱圖像轉(zhuǎn)變成視頻信號(hào)，因此，熱釋電攝像管是紅外熱電視的光鍵器件，它是一種實(shí)時(shí)成像，寬譜成像（對3～5μm及8～14μm有較好的頻率響應(yīng)）具有中等分辨率的熱成像器件，主要由透鏡、靶面和電子槍三部分組成。其技術(shù)功能是將被測目標(biāo)的紅外輻射線通過透鏡聚焦成像到熱釋電攝像管，采用常溫?zé)犭娨曁綔y器和電子束掃描及靶面成像技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。熱像儀的主要參數(shù)有： 2.3.1工作波段；工作波段是指紅外熱像儀中所選擇的紅外探測器的響應(yīng)波長區(qū)域，一般是3～5μm或8～12μm。 2.3.2探測器類型；探測器類型是指使用的一種紅外器件。是采用單元或多元（元數(shù)8、10、16、23、48、55、60、120、180等）光電導(dǎo)或光伏紅外探測器，其采用的元素有硫化鉛（pbs）、硒化鉛（pnse）、碲化銦（insb）、碲鎘汞（hgcdte）、碲錫鉛（pbsnte）、鍺摻雜（ge：x）和硅摻雜（si：x）等。 2.3.3掃描制式；一般為我國標(biāo)準(zhǔn)電視制式，pal制式。 2.3.4顯示方式；指屏幕顯示是黑白顯示還是偽彩顯示。 2.3.5溫度測定范圍；指測定溫度的zui低限與zui高限的溫度值的范圍。 2.3.6測溫準(zhǔn)確度；指紅外熱像儀測溫的zui大誤差與儀器量程之比的百分?jǐn)?shù)。 2.3.7zui大工作時(shí)間；紅外熱像儀允許連續(xù)的工作時(shí)間。 3.紅外測溫 3.1紅外測溫儀器的種類 紅外測溫儀器主要有3種類型：紅外熱像儀、紅外熱電視、紅外測溫儀（點(diǎn)溫儀）。60年代我國研制成功*臺(tái)紅外測溫儀，1990年以后又陸續(xù)生產(chǎn)小目標(biāo)、遠(yuǎn)距離、適合電業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)的測溫儀器，如西光irt－1200d型、hcw－ⅲ型、hcw－ⅴ型；yhcw－9400型；whd4015型（雙瞄準(zhǔn)，目標(biāo)d 40mm，可達(dá)15 m）、wfhx330型（光學(xué)瞄準(zhǔn)，目標(biāo)d 50 mm，可達(dá)30 m）。美國生產(chǎn)的pm－20、30、40、50、has－201測溫儀；瑞典aga公司tpt20、30、40、50等也有較廣泛的應(yīng)用。dl－500 e可以應(yīng)用于110～500 kv變電設(shè)備上，圖像清晰，溫度準(zhǔn)確。紅外熱像儀，主要有日本tvs－2000、tvs－100，美國pm－250，瑞典aga－ thv510、550、570。近期，國產(chǎn)紅外熱像儀在昆明研制成功，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。 3.2紅外測溫儀工作原理 了解紅外測溫儀的工作原理、技術(shù)指標(biāo)、環(huán)境工作條件及操作和維修等是用戶正確地選擇和使用紅外測溫儀的基礎(chǔ)。紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過放大器和信號(hào)處理電路按照儀器內(nèi)部的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。除此之外，還應(yīng)考慮目標(biāo)和測溫儀所在的環(huán)境條件，如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對性能指標(biāo)的影響及修正方法。 一切溫度高于零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布——與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)?！? 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，其表面的發(fā)射率為1。應(yīng)該指出，自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)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(dǎo)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(fā)點(diǎn)，故稱黑體輻射定律。 物體發(fā)射率對輻射測溫的影響：自然界中存在的實(shí)際物體，幾乎都不是黑體。所有實(shí)際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度之外，還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實(shí)際物體，必須引入一個(gè)與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小于1的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。 影響發(fā)射率的主要因紗在：材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。 當(dāng)用紅外輻射測溫儀測量目標(biāo)的溫度時(shí)首先要測量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測溫儀計(jì)算出被測目標(biāo)的溫度。單色測溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例；雙色測溫儀與兩個(gè)波段的輻射量之比成比例。 紅外系統(tǒng)：紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過放大器和信號(hào)處理電路，并按照儀器內(nèi)療的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。 3.3紅外測溫儀性能 紅外測溫儀是通過接收目標(biāo)物體發(fā)射、反射和傳導(dǎo)的能量來測量其表面溫度。測溫儀內(nèi)的探測元件將采集的能量信息輸送到微處理器中進(jìn)行處理，然后轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)顯示。在帶激光瞄準(zhǔn)器的型號(hào)中，激光瞄準(zhǔn)器只做瞄準(zhǔn)使用。其性能說明如表1。 測溫范圍 -32℃--400℃ 顯示分辯率 0.1℃(<199.1℃時(shí) ) 精度 23 ℃時(shí)±1% 工作環(huán)境溫度范圍 0--50 ℃ 重復(fù)性 23 ℃時(shí)±1% 相對濕度 30 ℃時(shí) 10—95% 響應(yīng)時(shí)間 500ms 電源 9v 響應(yīng)光譜 7 -18micron 尺寸 137 × 41 × 196mm zui大值顯示 have 重量 270g 發(fā)射率 0.95preset 防水 根據(jù)消防*要求特殊制作 表1紅外測溫儀性能 為了獲得的溫度讀數(shù)，測溫儀與測試目標(biāo)之間的距離必須在合適的范圍之內(nèi)，所謂“光點(diǎn)尺寸"（spot size）就是測溫儀測量點(diǎn)的面積。您距離目標(biāo)越遠(yuǎn)，光點(diǎn)尺寸就越大。右圖所示為距離與光點(diǎn)尺寸的比率，或稱d：s。在激光瞄準(zhǔn)器型測溫儀上，激光點(diǎn)在目標(biāo)中心的上方，有12mm（0.47英寸）的偏置距離。 測量距離與光點(diǎn)尺寸 在定測量距離時(shí)，應(yīng)確保目標(biāo)直徑等于或大于受測的光點(diǎn)尺寸。右圖所標(biāo)示的“1號(hào)物體"（ob-ject 1 ）與測量儀之間的距離正，因?yàn)槟繕?biāo)比被測光點(diǎn)尺寸略大一些。而“2號(hào)物體"距離太遠(yuǎn)，因?yàn)槟繕?biāo)小于受測的光點(diǎn)尺寸，即測溫儀同在測量背景物體，從而降低了讀數(shù)的性。 4.紅外測溫儀正確選擇 選擇紅外測溫儀可分為3個(gè)方面： （1）性能指標(biāo)方面，如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、窗口、顯示和輸出、響應(yīng)時(shí)間、保護(hù)附件等； ?。?）環(huán)境和工作條件方面，如環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等； ?。?）其他選擇方面，如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價(jià)格等，也對測溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。 隨著技術(shù)和不斷發(fā)展，紅外測溫儀*設(shè)計(jì)和新進(jìn)展為用戶提供了各種功能和多用途的儀器，擴(kuò)大了選擇余地。其他選擇方面，如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價(jià)格等。在選擇測溫儀型號(hào)時(shí)應(yīng)首先確定測量要求，如被測目標(biāo)溫度，被測目標(biāo)大小，測量距離，被測目標(biāo)材料，目標(biāo)所處環(huán)境，響應(yīng)速度，測量精度，用便攜式還是在線式等等；在現(xiàn)有各種型號(hào)的測溫儀對比中，選出能夠滿足上述要求的儀器型號(hào)；在諸多能夠滿足上述要求的型號(hào)中選擇出在性能、功能和價(jià)格方面的*搭配。 4.1確定測溫范圍 確定測溫范圍：測溫范圍是測溫儀zui重要的一個(gè)性能指標(biāo)。如raytek（雷泰）產(chǎn)品覆蓋范圍為-50℃- +3000℃，但這不能由一種型號(hào)的紅外測溫儀來完成。每種型號(hào)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，因此，測溫時(shí)應(yīng)盡量選用短波較好。一般來說，測溫范圍越窄，監(jiān)控溫度的輸出信號(hào)分辨率越高，精度可靠性容易解決。測溫范圍過寬，會(huì)降低測溫精度。例如，如果被測目標(biāo)溫度為1000攝氏度，首先確定在線式還是便攜式，如果是便攜式。滿足這一溫度的型號(hào)很多，如3ilr3，3i2m，3i1m。如果測量精度是主要的，選用2m或1m型號(hào)的，因?yàn)槿绻x用3ilr型，其測溫范圍很寬，則高溫測量性能便差一些；如果用戶除測量1000攝氏度的目標(biāo)外，還要照顧低溫目標(biāo)，那只好選擇3ilr3。 4.2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(shí)，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(huì)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(huì)受到測量區(qū)域外面的背景影響。對于比色測溫儀，其溫度是由兩個(gè)獨(dú)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(shí)，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(yùn)動(dòng)或震動(dòng)之中的目標(biāo)，比色測溫儀是*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。 對于raytek（雷泰）雙色測溫儀，其溫度是由兩個(gè)獨(dú)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，沒有充滿現(xiàn)場，測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋對輻射能量有衰減時(shí)，都不會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)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。對于目標(biāo)細(xì)小，又處于運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)之中的目標(biāo)；有時(shí)在視場內(nèi)運(yùn)動(dòng)，或可能部分移出視場的目標(biāo)，在此條件下，使用雙色測溫儀是*選擇。如果測溫儀和目標(biāo)之間不可能直接瞄準(zhǔn)，測量通道彎曲、狹小、受阻等情況下，雙色光纖測溫儀是*選擇。這是由于其直徑小，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(biāo)。 4.3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。raytek紅外測溫儀d：s的范圍從2：1（低距離系數(shù)）到高于300：1（高距離系數(shù)）。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(diǎn)處為光斑zui小位置，近于和遠(yuǎn)于焦點(diǎn)位置光斑都會(huì)增大。存在兩個(gè)距離系數(shù)。因此，為了能在接近和遠(yuǎn)離焦點(diǎn)的距離上準(zhǔn)確測溫，被測目標(biāo)尺寸應(yīng)大于焦點(diǎn)處光斑尺寸，變焦測溫儀有一個(gè)zui小焦點(diǎn)位置，可根據(jù)到目標(biāo)的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。增大d：s，接收的能量就減少，如不增大接收口徑，距離系數(shù)d：s很難做大，這就要增加儀器成本。 4.4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*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(huì)穿透這些材料，對這種材料應(yīng)選擇特殊的波長。如測量玻璃內(nèi)部溫度選用1.0μm，2.2μm和3.9μm（被測玻璃要很厚，否則會(huì)透過）波長；測玻璃表面溫度選用5.0μm；測低溫區(qū)選用8～14μm為宜。如測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm，聚酯類選用4.3μm或7.9μm，厚度超過0.4mm的選用8-14μm。如測火焰中的co用窄帶4.64μm，測火焰中的no2用4.47μm。 4.5確定響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)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)zui后讀數(shù)的95%能量所需要時(shí)間，它與光電探測器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。raytek（雷泰）新型紅外測溫儀響應(yīng)時(shí)間可達(dá)1ms。這要比接觸式測溫方法快得多。如果目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度很快或測量快速加熱的目標(biāo)時(shí)，要選用快速響應(yīng)紅外測溫儀，否則達(dá)不到足夠的信號(hào)響應(yīng)，會(huì)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(shí)，測溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以放寬要求了。因此，紅外測溫儀響應(yīng)時(shí)間的選擇要和被測目標(biāo)的情況相適應(yīng)。確定響應(yīng)時(shí)間，主要根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度和目標(biāo)的溫度變化速度。對于靜止的目標(biāo)或目標(biāo)參在熱慣性，或現(xiàn)有控制設(shè)備的速度受到限制，測溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以放寬要求了。 4.6信號(hào)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(hào)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(shí)，就要用峰值保持，其溫度的輸出信號(hào)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(shí)間稍長于瓶子之間的時(shí)間間隔，這樣至少有一個(gè)瓶子總是處于測量之中。 4.7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(huì)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(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測溫。在確定附件時(shí)，應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，以降低安裝成本。當(dāng)在噪聲、電磁場、震動(dòng)或難以接近環(huán)境條件下，或其他惡劣條件下，煙霧、灰塵或其他顆粒降低測量能量信信號(hào)時(shí)，光纖雙色測溫儀是*選擇。比色測溫儀是*選擇。在噪聲、電磁場、震動(dòng)和難以接近的環(huán)境條件下，或其他惡劣條件時(shí)，宜選擇光線比色測溫儀。 在密封的或危險(xiǎn)的材料應(yīng)用中（如容器或真空箱），測溫儀通過窗口進(jìn)行觀測。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過所用測溫儀的工作波長范圍。還要確定操作工是否也需要通過窗口進(jìn)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(yīng)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(biāo)。如操作員需要通過窗口目標(biāo)，應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料，如應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料，如znse或baf2等作為窗口材料。 當(dāng)測溫儀工作環(huán)境中存在易燃?xì)怏w時(shí)，可選用本征安全型紅外測溫儀，從而在一定濃度的易燃?xì)怏w環(huán)境中進(jìn)行安全測量和監(jiān)視。 在環(huán)境條件惡劣復(fù)雜的情況下，可以選擇測溫頭和顯示器分開的系統(tǒng)，以便于安裝和配置?？蛇x擇與現(xiàn)行控制設(shè)備相匹配的信號(hào)輸出形式。 4.8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。 |
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