红外测温仪原理及其在应用中注意的问题.pdf

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h2五C1)k'5塌懑缫戮溺燃霆△E=8侩未击d、她怆未舀以一AE22—I△E。=怆E。、d、红外测温仪原理及其在应用中注意的问题现代仪器(WWW．moderninstrs．org．ca)⋯的特性，在对有一些距离、运动的或有危险眭的物体红外测温的基本原理2如何提高红外测温仪的准确性何提高红外测温仪的准确性。在自然界中，当物体的温度高于绝对零度的存在，就会不断地向空间辐射电磁波，其中就包括是利用这一原理制作而成的，因其具有非接触测量进行温度测量时，具有安全、快速、可靠、方便等优势，对它进一步研究，无论在军事方面，还是在其他国民经济领域里，均具有举足轻重的意义¨’2J。式(2)正是红外辐射测温的数学描述。对于双色红；,bRrJ温来说，是针对不同测温范围长带内的辐射能量的比值确定的。由式(2)可知，红外测温仪是根据物体的红外辐射特性，依靠其内部光学系统将物体的红外辐射能量汇聚到探测器(传感器)，并转换成电信号，再通过放大电路、补偿电路及线性处理后，在显示终端显示被测物体的温度。系统由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成，其核心是红外探测器，将入射辐射能转换成可测量的电信号(见图1)。对单色红外测温是针对不同、狈4温范围选择典型的波长区段，其温度是由该波长区段内的辐射能量确定的。黑体在波长入。至)L：区段所发出的辐射能为实际物体在波长A。至A：区段所发出的辐射能为其炉膛最高温度达到3000℃，工艺要求内部为稍正压的无氧气氛。红外测温仪以独特的优点成功地应用于该炉的温度测量，并配合PLC系统实现自动控制。但是，为保证温度测量的准确性，在红外测温仪的选型和使用中还应注意一些问题。测温范围是红外测温仪最重要的一个性能指标。如Optris(欧普士)产品测温范围覆盖-50—3300。C，但这不能由一种型号的红外测温仪来完成，每种型号的红外测温仪都有自己特定的测温范围。因此，用户必须对待测温度范围考虑准确、周全，既刘福杰1’2王浩静1范立东1(1．中国科学院山西煤炭化学研究所太原030001)(2．中国科学院研究生院北京100039)摘要分析红外测温的基本原理，以高温炉内温度的测量为例，详细剖析实际使用中如关键词黑体辐射红外测温仪温度测量高温炉红外(-273℃)时，由于它内部分子或原子无规则热运动波段位于0．76一10001xm的红外线。红外测温仪正选择两个典型的波长区段，其温度是由两个独立波双色红外辐射测温的数学描述为q’1(2)一个典型的生产石墨纤维的高温炉(见图2)，确定红外测温仪的测温范围e。¨XT)一1一“图1红外测温系统结构图2生产石墨纤维的高温炉结构简图5．测温孔；6．保护气体入口；7．迷宫式气封501．石墨纤维；2．炉体；3．保温材料；4．加热体2．1。^l
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使用与维修3结语不要过窄，也不要过宽。根据黑体辐射定律，在光谱率误差引起的辐射能的变化，因此，在测温时应选用短波的较好。一般来说，测温范围越窄，监控温度的输出信号分辨率越高，精确度越高，测温更准确。测温范围过宽，会降低测温精度，误差较大。光学分辨率K由D与s之比确定，即红外测温仪探头到目标之间的距离D与被测目标直径s之比。如果由于客观原因红外测温仪在远离目标使用，而又要测量小目标，就应选择高光学分辨率的红外测温仪来保证测温准确性。反之，则选择低光学分辨率的红外测温仪。因为光学分辨率越高，即D：s比值越大，测温仪的成本越高。在实际应用中，有些人忽略测温仪的光学分辨率，不管被测目标直径s的大小，打开测温仪对准目标就测，结果由于忽略该测温仪的光学分辨率K值要求导致测量误差很大。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％能量所需要的时间，它与光电探测器、信号处理电路以及显示输出系统的时间常数有关。确定响应时间，主要根据目外测温仪；对于静止的或目标热过程存在热惯性时，可以放宽测温仪的响应时间要求。在实际应用中，为解决由于客观条件引起红外测温仪的读数忽高忽低的问题，多数测温仪设置一个被称为”峰值保持”的功能。它可以使测温仪在其响应时间内对温度变化做出反应，同时也将读数的显示时间延迟。通过设置适当的延迟时间，红外测温仪可以只”看到”被测物体的高温部分，对低温空间”视而不见”，最终温度的读数相对稳定。红外测温仪这一功能在具有电源PLC控制系统的高温炉中经常使用，可以保持高温炉电源工作的稳定性。发射率表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，根据辐射定律，只要知道材料的发射率，就知道任何物体的红外辐射特性。因此，要根据设定的发射率来补偿不同物体因发射率不同而导致的对测量温度的影响。影响发射率的主要因素有：材料种类、表面粗糙度、表面温度和材料厚度等。对金属材料而言，表面状态对发射率的影响较大，一般粗糙表面和受氧化