红外测温仪应用介绍 测温仪是如何工作的

红外测温仪应用介绍 非接触式红外测温技术近十年来得到不断发展，除了传统的钢铁行业炼钢高温和化工行业有毒环境外，已在许多领域得到普遍应用，尤其值得一提的是2005年可怕的SARS病毒肆虐时的非典期。红外测温仪的适用范围不断扩大，在产品质量控制和监测、设备故障诊断以及节约能源等方面发挥着重要作用。红外测温仪已被证实是检测和诊断电子设备故障的有效工具。可节省大量开支，用红外测温仪，可连续诊断电子连接问题：通过查找在DC电池上输出滤波器连接处的热点，可以检测不间断电源(UPS)的功能状态；也可检验电池组件和功率配电盘接线端子、开关齿轮或保险丝连接，防止能源消耗。由于松的连接器会产生热，红外测温仪有助于识别回路中断器的绝缘故障或监视电子压缩机；日常扫描变压器的热点可探测开裂的绕组和接线端子. 1、 为什么要使用红外测温仪? 红外测温仪在使用中具有便捷的特点：红外测温仪可快速提供温度测量，在用热偶接触式温度计测量一个渗漏连接点的时间内，用红外测温仪几乎可以读取所有连接点的温度。一般红外测温仪坚实轻巧，在工厂巡视和日常检验工作随时都可携带. 红外测温仪测量温度相对精确：红外测温仪精度一般在1℃以内，这种性能做预防性维护时特别重要，例如监视恶劣生产条件和将导致设备损坏停机的特别事件时。用红外测温仪，可快速探测操作温度的微小变化，在其萌芽之时就可将问题解决，减少因设备故障造成的开支和维修的范围.
红外测温仪在使用中比较安全：红外测温仪能够安全地读取难以接近的或不可到达的目标温度，可以在仪器允许的范围内读取目标温度。非接触温度测量还可在不安全的或接触测温较困难的区域进行，精确测量就象在手边测量一样容易. 2、红外测温仪在暖通和制冷行业的应用.
在HVAC/R(供暖、通风、空调和制冷)行业中，红外测温仪已是安装与维护人员最得力的助手，在HVAC安装与维护中，他们使用红外测温仪主要测量以下项目:
1、测量制热/冷冻水管道隔热层温度;
2、测试隔热回水管;
3、测试熔断器和母线接头;
4、测试电气接头;
5、测试轴承;
6、检查液体循环加热或冷却应用;
7、测试水加热器的隔热; 8、测量栏栅、出风口或散流器的排放温度;
9、检查固定式节流器或配备毛细管的蒸发器上的过热情况；检查配备膨胀阀的蒸发器的空气：空气系统中的过冷情况. 3、红外测温仪在设备故障诊断时的应用和注意事项
设备故障红外诊断较为重要的问题，要求准确地获得被测设备的温度分布或故障相关点温度值与温升值。这个温度信息不仅是判断设备有无故障的依据，也是判断故障属性、位置、严重程度的客观依据。因此，对被测设备故障相关部位温度的计算与合理修正，是提高检测设备表面温度准确性的关键环节。但是在现场进行设备红外检测时，由于检测条件和环境的影响变化，可能导致同一设备因检测条件不同，而得到不同的结果。因此，为了提高红外检测的准确度，必须对现场检测过程中或对检测结果的分析处理中，采取相应的对策与措施或选择良好的检测条件，或对检测现场结果进行合理的修正。一般我们需要根据以下条件和影响来具体应用红外测温仪:
电气设备运行状态的影响：电气设备故障一般是电流效应引起的发热故障(导电回路故障--发热功率与负荷电流值的平方成正比)，和电压效应引起的发热故障(绝缘介质故障--发热功率与运行电压的平方成正比)。因此，设备的工作电压和负荷电流的大小，将直接影响到红外检测与故障诊断的效果。泄漏电流的增大，能造成高压设备部分电压不均匀。如果没有加载运行或者负荷很低，则会使设备故障发热不明显，即使存在较严重的故障，也不可能因特征性热异常的形式暴露出来。只有当设备在额定电压下运行，而且负荷越大时，发热及温升才越严重，故障点的特征性热异常也暴露得越明显。这样一来，在进行红外检测时，为了能够取得可靠的检测效果，应尽量保证设备在额定电压和满负荷下运行，即使不能做到连续满负荷运行，也应编制一个运行方案，以便在检测前和检测过程中，能让设备满负荷运行一段时间，使设备故障部位有足够的发热时间，并保证其表面达到稳定温升。电气设备故障红外诊断时，故障判断标准往往是以设备在额定电流时的温升为依据，因此当检测时实际运行电流小于额定电流时，应该是现场实际测量的设备故障点温升换算为额定电流的温升. 设备表面发射率的影响：任何红外测量仪都是通过测量电气设备表面红外辐射功率，来获得设备温度信息的。并且在红外诊断仪器接收来自目标红外辐射功率相同的情况下，因目标的表面发射率不同，将会得到不同的检测结果。也就是说，相同辐射功率，发射率越低，就会显示越高的温度。因物体表面发射率主要决定于材料性质和表面状态(如表面氧化情况、涂层材料、粗糙度及污秽状态等)。因此为了应用红外测量仪器准确地测量电气设备温度，必须要知道受检目标的发射率值，并将该值作为计算温度的重要参数输入计算机或者调整红外测量仪的ε修正值，以便对所测量的温度输出值进行发射率修正。消除发射率对检测结果影响的两种对策：当使用红外测温仪进行测量时，要对发射进行修正，查出被测设备部件表面的发射率值进行发射率修正，从而获得可靠的测温结果，提高检测的可靠性；对于红外检测的故障频发设备部件，为使检测结果具有良好的可比性，可以运用敷涂适当漆料的方法来增大和稳定其发射率值，以便获得被测设备表面的真实温度. 大气衰减的影响：被测电气设备表面红外辐射能量，经大气传输到红外检测仪器，这就会受到大气组合中的水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳等气体分子吸收衰减和空气中悬浮微粒散射衰减的影响。设备辐射能量传输的衰减随着检测仪器到被测设备间的距离，会降低被测设备辐射的透过率，所以其衰减是随距离的增大而增加。降低被检设备故障部位与正常部位的辐射对比度，也会因为红外仪器接收到的目标能量减少，使得仪器显示出来的温度低于被测故障点的实际温度值，从而造成漏检或误诊断，尤其对于检测温升较低的设备故障时。检测距离增大，大气组合的影响将会越来越大。这样一来要获得目标温度的准确性，测量时需要尽量选择环境大气比较干燥、洁净的时节进行检测；在不影响安全的条件下尽可能缩短检测距离，同时需要对温度测量结果进行合理的距离修正，以便测得实际的温度值. 气象条件的影响：不良的气象环境(雨、雪、雾及大风力等)，会对设备温度检测带来不利的影响，往往会给出虚假的故障现象。为了减少气象条件的影响，尽量在无雨、无雾、无风和环境温度较稳定的夜晚进行检测. 环境及背景辐射的影响：在进行户外电力设备红外检测时，检测仪器接收的红外辐射除了包括被检设备相应部位自身发射的辐射以外，还会包括设备其它部位和背景的反射，以及直接射入太阳辐射。这些辐射都将对设备待测部位的温度造成干扰，对故障检测带来误差。为了减少环境与背景辐射的影响，对户外电气设备现场红外检测时，尽可能选择在阴天或者在日落傍晚无光照时间进行。这样可以防止直接入射、反射和散射的太阳辐射影响；对户内设备可以采用关掉照明灯，以及避开其它辐射的影响。对于高反射的设备表面，应该采取适当措施来减少对太阳辐射及周围高温物体辐射的影响，或者改变检测角度，找到能避开反射的较佳角度进行检测。为了减少太阳辐射及周围高温背景的辐射影响，在检测时采取适当的遮挡措施，或者在红外测量仪器上加装适当的红外滤光片，以便滤除太阳及其它背景辐射。选择参数适宜的仪器和检测距离进行检测，使被测设备部位在仪器视场范围内，从而减少背景辐射的干扰.

红外测温技术在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断、安全保护以及节约能源等方面发挥了正在发挥着重要作用。近二十年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断提高，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。
Raytek（雷泰）公司非接触红外辐射测温产品包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选配件和相应的计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。在不同规格的各种型号测温仪中，正确地选择红外测温仪型号对用户来说是十分重要的。这里仅提出如何正确选择测温仪型号的思考步骤，供购买者参考。
红外测温仪工作原理
了解红外测温仪的工作原理、技术指标、环境工作条件及操作和维修等是为了帮助用户正确地选择和使用红外测温仪。
一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射特性——辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。
黑体辐射定律：黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1。应该指出，自然界中并不存在真正的黑体，但是为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。
物体发射率对辐射测温的影响：自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于1的数值之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。
影响发射率的主要因纱在：材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。
当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例；双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。
红外系统：红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。
选择红外测温仪可分为三个方面：性能指标方面，如温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、响应时间等；环境和工作条件方面，如环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等；其他选择方面，如使用方便、维修和校准性能以及价格等，也对测温仪的选择产生一定的影响。随着技术和不断发展，红外测温仪较佳设计和新进展为用户提供了各种功能和多用途的仪器，扩大了选择余地。
确定测温范围：测温范围是测温仪较为重要的一个性能指标。如Raytek（雷泰）产品覆盖范围为-50℃- +3000℃，但这不能由一种型号的红外测温仪来完成。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。因此，用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全，既不要过窄，也不要过宽。根据黑体辐射定律，在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化，因此，测温时应尽量选用短波较好。
确定目标尺寸：红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪（辐射比色测温仪）。对于单色测温仪，在进行测温时，被测目标面积应充满测温仪视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小于视场，背景辐射能量就会进入测温仪的视声符支干扰测温读数，造成误差。相反，如果目标大于测温仪的视场，测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响。
对于Raytek（雷泰）双色测温仪，其温度是由两个独立的波长带内辐射能量的比值来确定的。因此当被测目标很小，没有充满现场，测量通路上存在烟雾、尘埃、阻挡对辐射能量有衰减时，都不会对测量结果产生影响。甚至在能量衰减了95%的情况下，仍能保证要求的测温精度。对于目标细小，又处于运动或振动之中的目标；有时在视场内运动，或可能部分移出视场的目标，在此条件下，使用双色测温仪是较佳选择。如果测温仪和目标之间不可能直接瞄准，测量通道弯曲、狭小、受阻等情况下，双色光纤测温仪是较佳选择。这是由于其直径小，有柔性，可以在弯曲、阻挡和折叠的通道上传输光辐射能量，因此可以测量难以接近、条件恶劣或靠近电磁场的目标。
确定光学分辨率（距离系灵敏）
光学分辨率由D与S之比确定，是测温仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温仪。光学分辨率越高，即增大D：S比值，测温仪的成本也越高。
确定波长范围：目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料，有低的或变化的发射率。在高温区，测量金属材料的较佳波长是近红外，可选用0.18-1.0μm波长。其他温区可选用1.6μm、2.2μm和3.9μm波长。由于有些材料在一定波长是透明的，红外能量会穿透这些材料，对这种材料应选择特殊的波长。如测量玻璃内部温度选用1.0μm、2.2μm和3.9μm（被测玻璃要很厚，否则会透过）波长；测量玻璃内部温度选用5.0μm波长；测低区区选用8-14μm波长为宜；再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长，聚酯类选用4.3μm或7.9μm波长。厚度超过0.4mm选用8-14μm波长；又如测火焰中的CO2用窄带4.24-4.3μm波长，测火焰中的CO用窄带4.64μm波长，测量火焰中的NO2用4.47μm波长。
确定响应时间：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%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。Raytek（雷泰）新型红外测温仪响应时间可达1ms。这要比接触式测温方法快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外测温仪，否则达不到足够的信号响应，会降低测量精度。然而，并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时，测温仪的响应时间就可以放宽要求了。因此，红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。
信号处理功能：测量离散过程（如零件生产）和连续过程不同，要求红外测温仪有信号处理功能（如峰值 保持、谷值保持、平均值）。如测温传送带上的玻璃时，就要用峰值保持，其温度的输出信号传送至控制器内。
环境条件考虑：测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应加以考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起测温仪的损坏。当环境温度过高、存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下，可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护测温仪，实现准确测温。在确定附件时，应尽可能要求标准化服务，以降低安装成本。当烟雾、灰尘或其他颗粒降低测量能量信呈悍，双色测温仪是较佳选择。在噪声、电磁场、震动或难以接近环境条件下，或其他恶劣条件下，光纤双色测温仪是较佳选择。
在密封的或危险的材料应用中（如容器或真空箱），测温仪通过窗口进行观测。材料必须有足够的强度并能通过所用测温仪的工作波长范围。还要确定操作工是否也需要通过窗口进行观察，因此要选择合适的安装位置和窗口材料，避免相互影响。在低温测量应用中，通常用Ge或Si材料作为窗口，不透可见光，人眼不能通过窗口观察目标。如操作员需要通过窗口目标，应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料，如应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料，如ZnSe或BaF2等作为窗口材料。
操作简单，使用方便：红外测温仪应该是直观的，操作简单，易于被操作人员使用，其中便携式红外测温仪是一种集测温和显示输出为一体的小型、轻便、由人携带进行测温的仪器，在显示面板上可显示温度和输出各种温度信息，有的可通过遥控或通过计算机软件程序操作。
在环境条件恶劣复杂的情况下，可以选择测温头和显示器分开的系统，以便于安装和配置。可选择与现行控制设备相匹配的信号输出形式。
红外辐射测温仪的标定：红外测温仪必须经过标定才能使它正确地显示出被测目标的温度。如果所用的测温仪在使用中出现测温超差，则需退回厂家或维修中心重新标定。