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红外测温仪的原理和组成 测温仪是如何工作的

时间:2020-08-12    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

红外测温仪的测温原理是将物体(如钢水)发射的红外线具有的辐射能转变成电信号,红外线辐射能的大小与物体(如钢水)本身的温度相对应,根据转变成电信号大小,可以确定物体(如钢水)的温度。

红外测温仪工作原理

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。

  在自然界中,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 。但是,自然界中存在的实际物体,几乎都不是黑体,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 。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素在: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。

红外测温仪的系统组成

红外测温采用逐点分析的方式,即把物体一个局部区域的热辐射聚焦在单个探测器上,并通过已知物体的发射率,将辐射功率转化为温度。由于被检测的对象、测量范围和使用场合不同,红外测温仪的外观设计和内部结构不尽相同,但基本结构大体相似,主要包括光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成,其基本结构如图所示。

  红外测温仪的基本结构简图

  辐射体发出的红外辐射.进入光学系统,经调制器把红外辐射调制成交变辐射,由探测器转变成为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路,并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

使用红外测温仪的好处

便捷 红外测温仪可快速提供温度测量,在用热偶读取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。另外由于红外测温仪坚实 . 轻巧,且不用时易于放在皮套中。在工厂巡视和日常检验工作时都可携带。

  精确 红外测温仪通常精度都是 1 度以内。这种性能在做预防性维护时特别重要,如监视恶劣生产条件和将导致设备损坏或停机的特别事件时。用红外测温仪,你甚至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。

  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。

红外线(IR)辐射 

红外线辐射无处不在而且永无休止,物体之间的温差越大,辐射现象就越明显。真空可将太阳发出的红外线辐射能量通过9300万英里的时空传送到地球,被我们吸收,为我们带温暖。当我们站在商场的食品冷藏柜前时,我们身体发出的红外辐射热量被冷藏食品吸收,令我们感到非常凉爽。这两个例子中辐射效果都非常的明显,我们可以明显感觉到其中的变化并感觉到它的存在。 

当我们需要对红外辐射的效果进行量化时,我们就需要测量红外辐射的温度,此时就要用到红外测温仪。材料不同,所表现的红外辐射特性也不同。在使用红外测温仪读取温度之前,我们首先要了解红外辐射测量的基本原理和具体被测材料的红外辐射特性。 

红外辐射率=吸收率+反射率+透射率 

无论何种红外辐射,一旦发出都将被吸收,,因此吸收率=发射率。红外测温仪所读取的正是物体表面发出的红外辐射能量,红外辐射仪无法读取空气中散失的红外辐射能量,因此在实际测量工作中我们可以忽略透射率不计,这样我们就得到一个基本的红外辐射测量公式: 

红外辐射率=发射率-反射率 

反射率与发射率成反比,物体反射红外辐射的能力越强,其本身红外辐射的能力就越弱。通常采用目测的方法可大致判断物体的反射率大小,新铜的反射率较高而发射率较低(0.07-0.2),被氧化的铜的反射率较低而发射率较高(0.6-0.7),因重度氧化而变黑的铜的反射率甚至更低,而发射率则相应会更高(0.88)。绝大多数涂有油漆的表面发射率都非常高(0.9-0.95),而反射率则可以忽略不计。 

对于绝大多数红外测温仪来说,唯一需要设置的就是被测材料的额定发射率,该值通常预设为0.95,这对于测量有机材料或涂有油漆的表面就足够了。 

通过调整测温仪发射率,可以补偿部分材料表面红外辐射能量不足的问题,尤其是金属材料。只有被测物体表面附近存在并反射高温红外辐射源时才需要考虑反射率对测量的影响。 

附表:部分物质的发射率(仅供参考)



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