用紅(hóng)外測(cè)溫儀進行非(fēi)接觸溫度測量有許多的優(yōu)點,它的運用範圍從很小或(huò)難(nán)以接觸到的物體至腐(fǔ)蝕性的化學物和(hé)敏感的表麵物。本(běn)文將(jiāng)討論此優點,給予正確選(xuǎn)擇紅外測溫儀的決定性等加(jiā)以說明(míng)運用範疇。由於(yú)原(yuán)子和分(fèn)子的運(yùn)動,每一物體都會輻射電磁波,對非接觸溫度測量最重要的波長或光譜範圍是在0.2至2.0μm。這一範圍內的自然射線,人們稱作為熱輻射或(huò)紅外線。
由被測物輻射的(de)紅外線所進行溫度測量的測試儀器,按照德國工業標準DIN16160被稱為輻射溫度計,輻射測溫儀或紅外測溫儀。這些(xiē)名(míng)稱(chēng)也適用於那些由被(bèi)測體(tǐ)輻(fú)射的可見彩色射線所進行溫度測(cè)量的儀器,及由相對頻譜的輻(fú)射密度導出溫度的儀器。
一、紅外測溫儀溫度測量的優點
通過(guò)接收被測體輻射的紅外線而進行的非接觸溫(wēn)度測量有很多的優點。這樣那些難以(yǐ)接觸到(dào)或運動著的物體就可毫無問(wèn)題的進行溫度測量,如傳(chuán)熱性能差的或很小的熱容量材料。紅外測溫儀很(hěn)短的響應時間能快速地實現有(yǒu)效調節回路。測溫(wēn)儀不擁有(yǒu)會磨損的部件,因而(ér)就不存在如使用溫(wēn)度計所存在的連續費用。特別是在很小的被測物體,如用接觸測量,由於(yú)物體的導熱性將(jiāng)產生很大的測量誤(wù)差。這裏可毫無疑問的使用測溫儀,及用於腐蝕性的化學物或敏感的表層,如在油漆,紙張和塑料軌上。通過遠(yuǎn)距離的搖控測量,可(kě)遠離危險區域,使(shǐ)操(cāo)作人員(yuán)無危險性。
二、紅外測溫儀的原理構造
把從被測物接收的紅(hóng)外線,由透鏡經過濾波器聚焦在檢波器(qì)上。檢波器通過(guò)被測物輻射密度的積分,產(chǎn)生一個與溫度成比例的電流或電壓信號,在此後相連接的電器部件中,把此溫度信號線性化,發射(shè)率區域的修正,及轉換成一個標準的輸出信號(hào)。
原理上有便攜式測(cè)溫儀和固定式測溫儀兩種,因此,在選擇合(hé)適的紅(hóng)外測溫儀用於不同的測量點時,以下的特征將是(shì)主(zhǔ)要的:
1、瞄準器
瞄(miáo)準器有此(cǐ)作用,測溫儀所指(zhǐ)的測量塊或測量點(diǎn)可以看見,大麵(miàn)積的被測物可(kě)以(yǐ)經常不要瞄準器。在小的被測物和(hé)較遠的測量(liàng)距離時,瞄準器以透光鏡形式帶有儀表板刻度或激光指向點是值得推薦的。
2、透鏡
透鏡確定測(cè)溫儀的被測點,對大麵積的物體來說,一般帶有固(gù)定焦距的測溫(wēn)儀足夠可以。但(dàn)在(zài)測量距離遠離聚焦點時,測量點邊緣的圖像將不清楚。為此,采用變焦(jiāo)鏡更好,在所(suǒ)給予的變焦範圍內(nèi),測溫儀可調整(zhěng)測量距離,最新的測溫儀(yí)帶有變焦的可替換鏡頭,近透鏡和遠透鏡可不需校(xiào)準複檢進行更換。
3、傳感器,即光譜接收器
溫(wēn)度是與波長成反(fǎn)比的。在低物體溫度(dù)時,對長波光譜區域敏(mǐn)感的傳感器(熱(rè)膜傳感器或熱電傳感器)是很合適的,在高溫度時(shí),將用對短波敏感受的,由鍺,矽,銦-镓等組成(chéng)的光(guāng)電傳感器。
在選擇光譜敏感性時,還要考慮對氫氣和二氧化碳的吸收光譜帶。在一定(dìng)的波長範圍內,即所謂的“大氣層窗”,H2和CO2對紅外線幾乎(hū)是穿透的,因此測(cè)溫儀的光變敏感性必須在此範圍(wéi)內,以便排除大氣層濃度變化帶來的影響,在測量薄膜或玻璃時,還要考慮到這些材料在一定波長內不易穿(chuān)透的。為了避免背(bèi)景光線引(yǐn)起的測量誤差,運用相宜的,隻接收表麵溫度(dù)的傳(chuán)感器,金屬(shǔ)有此物理特性,發射率隨著波長的減小而增大,經驗而談,測量(liàng)金屬的溫度,一般(bān)選(xuǎn)擇最短的測量波(bō)長。
三、發(fā)展趨(qū)向
如許多的傳感技術領(lǐng)域,測溫儀的發(fā)展趨向也走(zǒu)向(xiàng)小型的(de),精巧的造型,圓型的,帶有中央(yāng)螺紋的外殼是最理想地安裝於機器和設備(bèi)的造型,這一發展趨(qū)向的實現,是通過不斷的電器部件微型化,及高度的微積分使得愈來愈小的,愈來愈精致的電器部件濃縮於愈來愈小的空間。與過去(qù)模擬技術相比,通過微(wēi)控件的應用,提高了檢波器信(xìn)號線性化高度的(de)精密性,因而也提高了儀(yí)器的精確(què)度。
市(shì)場供應需要快速的,價廉的(de)測量值接收,它能直接輸(shū)出一個與溫度成(chéng)比(bǐ)例(lì)的,線性的(de)電流/電壓(yā)信號,測(cè)量值得處理,如平整功能,特殊值儲存,或(huò)邊界接觸將放置在智能顯示器,調(diào)節器或SPS(程序控製(zhì)器)上,通過電纜(lǎn)外(wài)接的發射率調(diào)整,可以危險區(qū)外,即(jí)便(biàn)機器開動著,也可修(xiū)正,這時也可由SPS來(lái)調整。通過(guò)身控件的(de)運用,現在可毫無問題地實現數據總線接(jiē)口,但網絡連接至(zhì)今還未實現,對信號的繼續處理(lǐ),還延(yán)用過去的標準模擬信號。在檢(jiǎn)波器段,用了新的(de)材(cái)料作光電傳(chuán)感器,證實了敏感性的提高,乃至分辨率的提高。在熱膜傳感器中,新的傳感器隻需要更短(duǎn)的調整時間,帶瞄準器測溫儀的最新發展,是變焦的更換鏡頭(tóu),不用校準複檢即可替換,對不同的測量位置用同一基礎儀器,節約了倉庫管理費用(yòng)。
四(sì)、選擇測溫儀的主要標準
測溫儀的運用主要由測量範圍所決定,不論是測量電壓,還是測量區域的始值,都應與測量工作的要求相符,選(xuǎn)擇愈大的測量電(diàn)壓,分辨率就俞小,因(yīn)而準確性就差,特別在低測量溫度始值時,選(xuǎn)用大的測量電壓,準確性將成倍的減小,因而值得推薦的是,選擇可能的最小測量(liàng)電壓。
測量區域的始值時決定了光(guāng)譜的敏感性,以至也決定了檢波(bō)器的型號,測量的(de)誤差由於發射(shè)率的錯(cuò)誤調整,在短波的傳感器要明顯地比長波(bō)傳感器小,所以在熱膜(mó)傳感(gǎn)器(8~14μm)800℃時,由於發射率的錯誤調整所引起的測量誤差(chà),將五倍的大於鍺(zhě)-光電二級管的傳感器(1,1~1,6μm)。鍺(zhě)-光電二級管的(de)傳感器容(róng)許的測量範圍(wéi)從大約250℃起。
舉例說明,在陶瓷(cí)工業或發電廠的燃燒過程,測量範圍通常在0~1300℃。為(wéi)了避免大的(de)誤差產生,應該選用短波檢波器的測(cè)溫儀(yí)。盡管它的高測溫值從250~1300℃。
另一個選擇合適測溫(wēn)儀的(de)標準是間距比例。這裏(lǐ)指的是測量距離和測量點直徑的比例關係(xì),如果被測物小,測量距離大,或所(suǒ)謂的“熱點”在大麵(miàn)積上,那就需要大的間距比例。相反如果大麵積的測量點(diǎn),由於傳感(gǎn)器對測量(liàng)點的是間值有一個(gè)穩定的輸出信號,固選用小的間距比例。
另外要確定的是,測溫儀是否(fǒu)帶(dài)瞄準器裝置,因(yīn)為瞄準器裝置將提高50%的成本,這裏關鍵(jiàn)是一個價錢的部下,在大麵積的測量物體時,通常可(kě)以不要(yào)組裝進瞄準(zhǔn)器,代之的是一個外接的(de)瞄準器,它將用於測(cè)溫儀在安裝時的矯正,這樣就有價(jià)格(gé)上優(yōu)勢,眾多的測量處隻需一個瞄準器(qì)。
對(duì)小的測量物體或(huò)者遠離的測量距離就需隨時能瞄準的可能。在一個帶(dài)儀表板刻度的透光鏡,人們可看清測量點的實際大小,價格便宜的是用激光指向點(diǎn),但它隻能逐點進行測量,在測量閉式爐等(děng)相似類時(shí),需要(yào)一個透視窗。由此需要決定,測溫儀是否需(xū)要(yào),及南非要哪些功能?如平整功能,特殊(shū)值儲存(cún),邊界接觸或電腦接口,為了測(cè)溫儀的相適於測量(liàng)物表麵,發射率調整的可能有性(xìng)是必須的,其他的(de)功能可以價廉地通過連接記錄儀,調節器或程控(kòng)機來實現。此外,對某些運用來說,外型(xíng)結構也是決定(dìng)因素,在較高的環境溫度下(xià),測溫儀以鏡頭隻帶光學(xué)部(bù)分,由(yóu)光導電纜連接電器部分,放置於遠離(lí)高溫地帶,優(yōu)點在於,可以節(jiē)約冷卻(què)裝置。
最後是測溫儀型號,是光(guāng)譜測溫儀,還是比率(雙色)測(cè)溫儀(yí),光譜測溫儀接收一個波(bō)長的輻射密(mì)度,與此不同的是比率(lǜ)測溫儀帶雙重傳感器二個單一的傳感器,它將測量二個不同波長的輻射密度,這二個(gè)檢波(bō)器信號的比便再現溫度的比例(lì)關係,由於中間(jiān)介(jiè)質如蒸汽,灰塵(chén)在測溫儀的輻射內,或(huò)發射率的變動,至一定的範圍內,這二條線路不顯示信號變動。但單色光譜測溫儀(yí)將馬上顯示此(cǐ)變動,故此率測溫儀優先用行管式轉爐或在金屬製造和加工業中,輻射幹擾較嚴重的(de)場合(hé)。