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學(xué)會(huì)選擇對(duì)應(yīng)紅外測(cè)溫儀
學(xué)會(huì)選擇對(duì)應(yīng)紅外測(cè)溫儀
紅外線測(cè)溫技術(shù)在我國(guó)來(lái)說(shuō)產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè),、設(shè)備在線故障診斷,、安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了正在發(fā)揮著重要作用。近二十年來(lái),非接觸紅外測(cè)溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展,性能不斷提高,適用范圍也不斷擴(kuò)大,*逐年增長(zhǎng),。比起接觸式測(cè)溫方法,紅外線測(cè)溫有著響應(yīng)時(shí)間快,、非接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),。數(shù)字噪音計(jì)也起到一定的測(cè)量聲音大小,。
外測(cè)線測(cè)溫儀工作原理:
了解組外測(cè)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為了幫助用戶(hù)正確地選擇和使用紅外測(cè)溫儀,。
一切的溫度高于零度的物體都在不停地向周?chē)臻g發(fā)出紅外輻射能量,。物體的紅外輻射特性一輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布一與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此,通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量,便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度,這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ),。
測(cè)溫儀黑體輻射定律:
黑體是一種理想化的輻射體,它吸收所有波長(zhǎng)的輻射能量,沒(méi)有能量的反射和透過(guò),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,這就是金泰科儀提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了金泰科儀黑體輻射的定律,，即以波長(zhǎng)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(chēng)黑體輻射定律,。
溫度計(jì)物體發(fā)射率對(duì)輻射測(cè)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(lài)于輻射波長(zhǎng)及物體的溫度之外,，還與構(gòu)成物體的材料種類(lèi),、制備方法、熱過(guò)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。
紅外線測(cè)溫儀影響發(fā)射率的主要因素在：
材料種類(lèi),、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(cè)溫儀測(cè)量目標(biāo)的溫度時(shí)首先要測(cè)量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量,然后由測(cè)溫儀計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的溫度,。單色測(cè)溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例:雙色測(cè)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(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)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(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量,視場(chǎng)的大小由測(cè)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(cè)器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào),。該信號(hào)經(jīng)過(guò)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(cè)目標(biāo)的溫度值。
選擇紅外測(cè)溫儀可分為三個(gè)方面：
性能指標(biāo)方面,如溫度范圍,、光斑尺寸,、工作波長(zhǎng)、測(cè)量精度,、響應(yīng)時(shí)間等;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(duì)測(cè)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(cè)溫儀佳設(shè)計(jì)和新進(jìn)展為用戶(hù)提供了各種功能和多用途的儀器,擴(kuò)大了選擇余地,。
確定測(cè)溫范圍:
測(cè)溫范圍是測(cè)溫儀重要的一個(gè)性能指標(biāo),。如JTCIN系列產(chǎn)品覆蓋范圍為-20℃-+2400℃,但這不能由一種型號(hào)的紅外測(cè)溫儀來(lái)完成。每種型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍,。因此,用戶(hù)的被測(cè)溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確,、周全,既不要過(guò)窄,也不要過(guò)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(guò)由發(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,測(cè)溫時(shí)應(yīng)盡量選用短波較好,。
確定目標(biāo)尺寸：
紅外測(cè)溫儀根據(jù)原理可分為單色測(cè)溫儀和雙色測(cè)溫儀(輻射比色測(cè)溫儀),。對(duì)于單色測(cè)溫儀,在進(jìn)行測(cè)溫時(shí),被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿(mǎn)測(cè)溫儀視場(chǎng)。建議被測(cè)目標(biāo)尺寸超過(guò)視場(chǎng)大小的50%為好,。如果目標(biāo)尺寸小于視場(chǎng),背景輻射能量就會(huì)進(jìn)入測(cè)溫儀的視聲符支干擾測(cè)溫讀數(shù),造成誤差,。相反,如果目標(biāo)大于測(cè)溫儀的視場(chǎng),測(cè)溫儀就不會(huì)受到測(cè)量區(qū)域外面的背景影響。
對(duì)于JTCIN系列測(cè)溫儀,其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)帶內(nèi)輻射能量的比值來(lái)確定的,。因此當(dāng)被測(cè)目標(biāo)很小,沒(méi)有充滿(mǎn)現(xiàn)場(chǎng),測(cè)量通路上存在煙霧,、塵埃、阻擋對(duì)輻射能量有衰減時(shí),都不會(huì)對(duì)測(cè)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(cè)溫精度,。對(duì)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(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng),或可能部分移出視場(chǎng)的目標(biāo),在此條件下,使用雙色測(cè)溫儀是佳選擇。如果測(cè)溫儀和目標(biāo)之間不可能直接瞄準(zhǔn),測(cè)量通道彎曲,、狹小,、受阻等情況下,雙色光纖測(cè)溫儀是佳選擇。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(cè)量難以接近,、條件惡劣或靠近電磁場(chǎng)的目標(biāo)。
確定光學(xué)分辨率(距離及靈敏)
光學(xué)分辨率由D與S之比確定,是測(cè)溫儀到目標(biāo)之間的距離D與測(cè)量光斑直徑S之比,。如果測(cè)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(cè)量小的目標(biāo),就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測(cè)溫儀,。光學(xué)分辨率越高,即增大D:S比值,測(cè)溫儀的成本也越高。
確定波長(zhǎng)范圍：
目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測(cè)溫儀的光譜響應(yīng)或波長(zhǎng),。對(duì)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(cè)量金屬材料的佳波長(zhǎng)是近紅外,可選用0.18-1.0μm波長(zhǎng)。其他溫區(qū)可選用1.6μm,、2.2μm和3.9μm波長(zhǎng),。由于有些材料在一定波長(zhǎng)是透明的,紅外能量會(huì)穿透這些材料,對(duì)這種材料應(yīng)選擇特殊的波長(zhǎng),。如測(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選用10μm、2.2μm和3.9μm(被測(cè)玻璃要很厚,否則會(huì)透過(guò))波長(zhǎng);測(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選用5.0μm波長(zhǎng);測(cè)低區(qū)區(qū)選用8-14μm波長(zhǎng)為宜;再如測(cè)量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長(zhǎng),聚醋類(lèi)選用4.3μm或7.9μm波長(zhǎng),。厚度超過(guò)0.4mm選用8-14μm波長(zhǎng);又如測(cè)火焰中的C02用窄帶4.24-4.3μm波長(zhǎng),測(cè)火焰中的C0用窄帶4.64μm波長(zhǎng),測(cè)量火焰中的N02用4.47μm波長(zhǎng),。
確定響應(yīng)時(shí)間:
響應(yīng)時(shí)間表示紅外測(cè)溫儀對(duì)被測(cè)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(shí)間,它與光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān),。金科科儀儀器新型紅外測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間可達(dá)1ms,。這要比接觸式測(cè)溫方法,快得多。如果目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度很快或測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時(shí),要選用快速響應(yīng)紅外測(cè)溫儀,否則達(dá)不到足夠的信號(hào)響應(yīng),會(huì)降低測(cè)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(cè)溫儀,。對(duì)于靜止的或目標(biāo)熱過(guò)程存在熱慣性時(shí),測(cè)溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以放寬要求了。因此,紅外測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間的選擇要和被測(cè)目標(biāo)的情況相適應(yīng),。
信號(hào)處理功能：
測(cè)量離散過(guò)程(如零件)和連續(xù)過(guò)程不同,要求紅外測(cè)溫儀有信號(hào)處理功能(如峰值保持,、谷值保持、平均值),。如測(cè)溫傳送帶上的玻璃時(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),。
環(huán)境條件考慮：
測(cè)溫儀所處的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響,應(yīng)加以考慮、并適當(dāng)解決,否則會(huì)影響測(cè)溫精度甚至引起測(cè)溫儀的損壞,。當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)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(cè)溫儀,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)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)煙霧,、灰塵或其他顆粒降低測(cè)量能量信號(hào),，雙色測(cè)溫儀是佳選擇。在噪聲,、電磁場(chǎng),、震動(dòng)或難以接近環(huán)境條件下,或其他惡劣條件下,光纖雙色測(cè)溫儀是佳選擇。
在密封的或危險(xiǎn)的材料應(yīng)用中(如容器或真空箱),測(cè)溫儀通過(guò)窗口進(jìn)行觀測(cè),。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過(guò)所用測(cè)溫儀的工作波長(zhǎng)范圍,。還要確定操作工是否也需要通過(guò)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(cè)量應(yīng)用中,，不透可見(jiàn)光,人眼不能通過(guò)窗口觀察目標(biāo),。如操作員需要通過(guò)窗口目標(biāo),應(yīng)采用既透紅外輻射又透過(guò)可見(jiàn)光的光學(xué)材料,如應(yīng)采用既透紅外輻射又透過(guò)可見(jiàn)光的光學(xué)材料。
在環(huán)境條件惡劣復(fù)雜的情況下,可以選擇測(cè)溫頭和顯示器分開(kāi)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,。
紅外輻射測(cè)溫儀的標(biāo)定：
紅外測(cè)溫儀必須經(jīng)過(guò)標(biāo)定才能使它正確地顯示出被測(cè)目標(biāo)的溫度。如果所用的測(cè)溫儀在使用中出現(xiàn)測(cè)溫超差,則需退回廠家或維修中心重新標(biāo)定
操作簡(jiǎn)單,，使用方便：
紅外線測(cè)溫儀應(yīng)該是直觀的,操作簡(jiǎn)單,易于被操作人員使用,其中便攜式紅外測(cè)溫儀是一種集測(cè)溫和顯示輸出為一體的小型,、輕便、由人攜帶進(jìn)行測(cè)溫的儀器,在顯示面板上可顯示溫度和輸出各種溫度信息,有的可通過(guò)遙控或通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件程序操作,。