用紅外測溫(wēn)儀進行非接(jiē)觸溫度測量有許多的(de)優(yōu)點,它的運用範圍從很小或難以接觸到的物體至腐蝕性的化學物和敏感的表麵物。本文將討論此優點,給(gěi)予正確選擇紅外測溫儀的決定性等(děng)加以說明運用範疇。由於原子和分子的運動,每一物體都會輻射電磁波(bō),對非接觸溫度測量最重要(yào)的波(bō)長或光譜範圍是在0.2至2.0μm。這(zhè)一範圍內的自(zì)然射(shè)線,人們稱作為熱輻射或紅外(wài)線。
由被測物輻射(shè)的紅外(wài)線所進行溫(wēn)度測量的測試儀器,按照(zhào)德國工業標準DIN16160被稱(chēng)為輻射溫度計(jì),輻射測(cè)溫儀或紅外測(cè)溫儀。這些名稱也適用於那些由被測體輻射的可(kě)見彩色射線所(suǒ)進行溫度測量(liàng)的儀器,及(jí)由相對頻(pín)譜的輻射密度導出溫度的(de)儀器。
一、紅外測溫儀溫度測量的優點(diǎn)
通過接收被測體(tǐ)輻射的紅外線(xiàn)而進行的非接觸溫度測(cè)量有很多(duō)的優點(diǎn)。這樣那些難以接觸到或運動著(zhe)的物體就可毫無問題的進行溫度(dù)測量,如傳熱性能差(chà)的(de)或很小的熱容量材料。紅外測溫儀很短的響(xiǎng)應時(shí)間能快速地實現有效調節回路。測溫儀不擁有會磨損(sǔn)的部件,因而就不存在如使用溫(wēn)度計所存在(zài)的連(lián)續費(fèi)用。特別(bié)是(shì)在很小的被測物體,如用接觸測量,由於物體的導熱性將產生很大的測量誤(wù)差。這裏可(kě)毫無疑(yí)問的使用測溫儀,及用於腐蝕性的(de)化(huà)學物或敏感的表層,如在油漆,紙張和塑料軌上。通(tōng)過遠距離的搖控測量,可遠離危險區(qū)域,使操作人員無(wú)危險性。
二、紅外測溫儀(yí)的原理構造
把從被測物接收的紅外線,由透鏡經過濾波器(qì)聚焦在(zài)檢波器上。檢波器通過被測(cè)物輻(fú)射密度的積分,產生一個與溫度(dù)成比例的電流或電壓信號,在此後相連接(jiē)的電器部件中,把此溫度信號線(xiàn)性化,發射率區(qū)域的修正,及(jí)轉換成一個標準(zhǔn)的輸出信號。
原理上有便攜式測溫儀和固定(dìng)式測溫儀(yí)兩種,因此,在選擇合適的(de)紅外測溫儀用於不同的測量點時,以下的特征將是主要的:
1、瞄準器
瞄準器有此作用,測溫儀(yí)所指的測量塊或測量點可以看見,大麵(miàn)積的被測物可(kě)以經常不要瞄準器。在小(xiǎo)的被測物和較遠的測量距離時,瞄(miáo)準器以透光鏡形式帶有儀表板刻度或激光指向點是(shì)值得(dé)推薦的。
2、透鏡
透鏡確定測溫儀的被測點(diǎn),對大麵積的物體來說(shuō),一般帶有固定焦距的測溫儀足夠可以。但在測量距(jù)離遠離(lí)聚焦點時,測量點邊緣的圖像(xiàng)將不清楚。為此,采用變焦鏡更好,在所(suǒ)給予的(de)變焦範圍內,測溫(wēn)儀可調整測量距離,最新的測溫儀帶有變焦的可替換鏡頭,近透鏡和遠透(tòu)鏡可(kě)不需(xū)校準(zhǔn)複檢進行(háng)更換。
3、傳感器,即光譜接(jiē)收器
溫度是與波長成反比的。在低物體溫度時,對長波光譜區域敏感的傳(chuán)感器(熱膜傳感器或熱電傳感(gǎn)器)是很(hěn)合適的,在高溫度時,將用(yòng)對短波敏感(gǎn)受的,由鍺,矽,銦-镓等組成的光(guāng)電傳感器。
在選擇光譜敏感性時,還要考慮對氫氣和二(èr)氧化碳的吸收光譜帶。在一定的波長範圍內,即所(suǒ)謂(wèi)的“大氣層窗”,H2和CO2對(duì)紅外線幾乎是穿透的,因此測溫儀的光變敏感性必須在此範圍內,以便排除大氣層濃度變化(huà)帶來的影響,在測(cè)量(liàng)薄膜或玻璃時,還要考(kǎo)慮到這些材料在一定波長內不易穿透的。為了避(bì)免背景(jǐng)光線引起的測量誤差(chà),運用相宜的(de),隻接收表麵溫度的傳感器,金屬有此物理特性,發射率隨(suí)著(zhe)波長的減小而增大,經驗而談,測量金屬的溫度,一般選擇最短的測量波長。
三、發展趨向
如許多的傳感技術領域,測溫儀的發展趨(qū)向也走向小(xiǎo)型的,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的造型,這一發展趨向(xiàng)的實現,是通過不(bú)斷的電器部件(jiàn)微型化,及高度的微積分使得愈來愈小的,愈來愈(yù)精致的電器部件濃縮於愈來愈小的空間。與過去模擬技術相比(bǐ),通(tōng)過微控(kòng)件的應(yīng)用(yòng),提高了檢波器信號線性化高度的精密性,因而也(yě)提高了儀器的精確度。
市場供應需要快速的,價廉的測(cè)量值接收,它能直接輸出一個與溫度成比例的,線性的電流(liú)/電壓信號,測量值(zhí)得處理,如平整功能,特殊值儲存(cún),或邊界接觸將放置在智能顯示器,調節器或(huò)SPS(程序控製器)上,通過電纜外接的發射率調整,可以危險區(qū)外,即(jí)便機器開動著,也可修正,這時也可由(yóu)SPS來調整。通過身控件的運用,現在可毫無(wú)問題地實現數(shù)據總線接口,但網(wǎng)絡連接(jiē)至(zhì)今還未實現(xiàn),對信號的繼續處(chù)理,還延用過去的標準模擬信號。在檢波器段,用了新的材料作光電傳感器,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的調整時(shí)間,帶瞄準器測溫儀的最新發展,是變焦的更(gèng)換鏡頭,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。
四、選擇測溫儀的主要標準
測溫儀的運(yùn)用主要由(yóu)測量範圍所(suǒ)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(zuò)的要求相符,選擇愈(yù)大的測量(liàng)電壓(yā),分辨率就(jiù)俞小,因而(ér)準確(què)性就差,特別在低測量溫度始值時,選用大的測量電壓,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電壓。
測量區域的始值時決定了光譜的(de)敏感性,以至(zhì)也決定了檢波器的型號,測量的(de)誤差由於發射率的錯誤調(diào)整,在(zài)短波的傳感(gǎn)器要明顯地比長波傳感器小,所以(yǐ)在熱膜傳(chuán)感器(8~14μm)800℃時(shí),由於發射率的(de)錯誤調整所引(yǐn)起的(de)測量誤差,將(jiāng)五倍的大於鍺-光電二級管的傳感器(1,1~1,6μm)。鍺-光電二級管(guǎn)的傳感器容許的測量範圍從大約250℃起。
舉例(lì)說明,在陶瓷工業或發電廠的燃燒過程,測量範(fàn)圍通常在0~1300℃。為了避免大的誤差產生,應該選用短波檢波器的測溫儀。盡管它的高測溫值從250~1300℃。
另一個選擇合適(shì)測溫儀的標準是(shì)間距比例(lì)。這(zhè)裏指的是測(cè)量距離和測量(liàng)點直徑(jìng)的比例關係,如果被測物小,測量距離大,或所(suǒ)謂的“熱點”在大麵積上,那就需要大的間距比例。相反如果大麵積的測(cè)量點,由於傳感器對測量點的是間值有(yǒu)一個穩定的輸出信號,固選用小的(de)間距比(bǐ)例。
另外要確定的是,測溫儀是否帶瞄準器裝置,因為瞄準器裝置將提高50%的成本(běn),這(zhè)裏關鍵是一個價錢的部下,在大麵積的測量物體時,通常可(kě)以不要組裝進瞄準器(qì),代之的是(shì)一個外接的瞄準器,它將用於測溫儀在安裝時的矯正,這樣就有(yǒu)價格上優勢,眾多的測量處隻需一個瞄準器。
對小的測量物體(tǐ)或者遠離的(de)測量(liàng)距離(lí)就需隨時能瞄準的可能。在一個帶儀表板刻度的透光鏡,人們可看清測(cè)量(liàng)點的實際大小,價格(gé)便宜的是用激(jī)光(guāng)指向點,但它隻能逐點進行(háng)測量(liàng),在測量閉式爐等相似類時,需要(yào)一個透視窗。由此需要決定,測溫儀是否需要,及南非要哪些功(gōng)能?如平整(zhěng)功能,特殊值儲(chǔ)存,邊界接觸或電腦接口,為了測溫儀的(de)相適於測量物表麵,發射率調整的可能(néng)有性是必須的,其他的功(gōng)能可以價廉地通過連接記錄儀,調節器(qì)或程控機來(lái)實現。此外,對某些運用來說,外型結構也是決定因素,在較高的環(huán)境溫度下,測溫儀以鏡頭隻帶光學部分,由光導電纜連接電器部分(fèn),放置於遠離高溫地帶,優點在於,可以節約冷卻裝置。
最(zuì)後是測溫儀型號,是光譜測溫儀,還是比率(雙色)測溫儀,光譜測溫儀接收一個波(bō)長的輻射密度,與此不同的是比率測溫儀帶(dài)雙重傳感器二個單一的(de)傳感器,它將測量二個(gè)不同波長的輻射密度(dù),這二個檢波器信號的(de)比便再現溫度的比例(lì)關係(xì),由於中間介質如蒸汽(qì),灰(huī)塵在測溫儀的輻(fú)射內,或發射率的變動,至一(yī)定的範圍內,這(zhè)二條線路不顯示信號變動。但單色光譜測溫儀將馬上顯示此變動(dòng),故此率測溫儀優先用行(háng)管式轉爐或在金屬製造和加工業中,輻射幹(gàn)擾較嚴重的場合。