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紅外線測溫的原理

日期:2020-10-31 19:41
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摘要:
 紅外線測溫的原理

一,紅外測溫的理論原理

     在自然界中,當物體的溫度高於優良零度時,由於它內部熱運動的存在,就會不斷的向四周輻射電磁波,其中就包含了波段位於0.75µm~100µm的紅外線。他*大的特點是在給定的溫度和波長下,物體發射的輻射能有一個*大值,這種物質稱為黑體,並設定他的反射係數為1,其他的物質反射係數小於1,稱為灰體,由於黑體的光譜輻射功率P(λT)與優良溫度T之間滿足普朗克定。說明在優良溫度T下,波長λ處單位麵積上黑體的輻射功率為P(λT)。根據這個關係可以得到圖1的關係曲線,從圖中可以看出:

     (1)隨著溫度的升高,物體的輻射能量越強。這是紅外輻射理論的出發點,也是單波段紅外測溫儀的設計依據。

     (2)隨著溫度升高,輻射峰值向短波方向移動(向左),並且滿足維恩位移定理,峰值處的波長與優良溫度T成反比,虛線為處峰值連線。這個公式告訴芭乐视频成人版為什麽高溫測溫儀多工作在短波處,低溫測溫儀多工作在長波處。

     (3)輻射能量隨溫度的變化率,短波處比長波處大,即短波處工作的測溫儀相對信噪比高(靈敏度高),抗幹擾性強,測溫儀應盡量選擇工作在峰值波長處,特別是低溫小目標的情況下,這一點顯得尤為重要。

二,紅外線測溫儀的原理

     紅外測溫儀由光學係統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。被測物體和反饋源的輻射線經調製器調製後輸入到紅外檢測器。兩信號的差值經反放大器放大並控製反饋源的溫度,使反饋源的光譜輻射亮度和物體的光譜輻射亮度一樣。顯示器指出被測物體的亮度溫度

三,紅外線測溫儀的性能指標及作用

測溫範圍,顯示分辯率,精度,工作環境溫度範圍,重複性,相對濕度,響應時間,電源   響應光譜,尺寸,*大值顯示,重量,發射率等       

     1,確定測溫範圍:測溫範圍是測溫儀*重要的一個性能指標。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫範圍。因此,用戶的被測溫度範圍一定要考慮準確、周全,既不要過窄,也不要過寬。根據黑體輻射定律,在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過由發射率誤差所引起的輻射能量的變化。

     2,確定目標尺寸:紅外測溫儀根據原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀(輻射比色測溫儀)。對於單色測溫儀,在進行測溫時,被測目標麵積應充滿測溫儀視場。建議被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小於視場,背景輻射能量就會進入測溫儀的視聲符支幹擾測溫讀數,造成誤差。相反,如果目標大於測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區域外麵的背景影響。對於雙色測溫儀,其溫度是由兩個獨立的波長帶內輻射能量的比值來確定的。因此當被測目標很小,不充滿視場,測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋,對輻射能量有衰減時,都不對測量結果產生重大影響。對於細小而又處於運動或震動之中的目標,雙色測溫儀是*佳選擇。這是由於光線直徑小,有柔性,可以在彎曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量。

     3,確定距離係數(光學分辨率):距離係數由D:S之比確定,即測溫儀探頭到目標之間的距離D與被測目標直徑之比。如果測溫儀由於環境條件限製必須安裝在遠離目標之處,而又要測量小的目標,就應選擇高光學分辨率的測溫儀。光學分辨率越高,即增大D:S比值,測溫儀的成本也越高。如果測溫儀遠離目標,而目標又小,就應選擇高距離係數的測溫儀。對於固定焦距的測溫儀,在光學係統焦點處為光斑*小位置,近於和遠於焦點位置光斑都會增大。存在兩個距離係數。

     4,確定波長範圍:目標材料的發射率和表麵特性決定測溫儀的光譜相應波長對於高反射率合金材料,有低的或變化的發射率。在高溫區,測量金屬材料的*佳波長是近紅外,可選用0.8~1.0μm。其他溫區可選用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由於有些材料在一定波長上是透明的,紅外能量會穿透這些材料,對這種材料應選擇特殊的波長。

5,確定響應時間:響應時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應速度,定義為到達*後讀數的95%能量所需要時間,它與光電探測器、信號處理電路及顯示係統的時間常數有關。如果目標的運動速度很快或測量快速加熱的目標時,要選用快速響應紅外測溫儀,否則達不到足夠的信號響應,會降低測量精度。然而,並不是所有應用都要求快速響應的紅外測溫儀。對於靜止的或目標熱過程存在熱慣性時,測溫儀的響應時間就可以放寬要求了。

     6,信號處理功能:鑒於離散過程(如零件生產)和連續過程不同,所以要求紅外測溫儀具有多信號處理功能(如峰值保持、穀值保持、平均值)可供選用,如測溫傳送帶上的瓶子時,就要用峰值保持,其溫度的輸出信號傳送至控製器內。否則測溫儀讀出瓶子之間的較低的溫度值。若用峰值保持,設置測溫儀響應時間稍長於瓶子之間的時間間隔,這樣至少有一個瓶子總是處於測量之中。

     7,環境條件考慮:測溫儀所處的環境條件對測量結果有很大影響,應予考慮並適當解決,否則會影響測溫精度甚至引起損壞。當環境溫度高,存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下,可選用廠商提供的保護套、水冷卻、空氣冷卻係統、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環境影響並保護測溫儀,實現準確測溫。在確定附件時,應盡可能要求標準化服務,以降低安裝成本。

     8,紅外輻射測溫儀的標定:紅外測溫儀必須經過標定才能使它正確地顯示出被測目標的溫度。如果所用的測溫儀在使用中出現測溫超差,則需退回廠家或維修中心重新標定。

四,影響紅外測溫儀的主要因素

     1、測溫目標大小與測溫距離的關係:在不同距離處,可測的目標的有效直徑D是不同的,因而在測量小目標時要注意目標距離。紅外測溫儀距離係數K的定義為:被測目標的距離L與被測目標的直徑D之比,即K=L/D

     2、選擇被測物質發射率:紅外測溫儀一般都是按黑體(發射率ε=1.00)分度的,而實際上,物質的發射率都小於1.00。因此,在需要測量目標的真實溫度時,須設置發射率值。物質發射率可從《輻射測溫中有關物體發射率的數據》中查得。

     3、強光背景裏目標的測量:若被測目標有較亮背景光(特別是受太陽光或強燈直射),則測量的準確性將受到影響,因此可用物遮擋直射目標的強光以消除背景光幹擾。

     4、小目標的測量

⑴應將測溫儀固定在三角架(可選附件)上

⑵需要**調焦,即:用目鏡中小黑點對準目標(目標應充滿小黑點),將鏡頭前後調整,眼睛稍微晃動,如果被測小黑圓點之間沒有相對運動,則調焦就已完成

     5.溫度輸出功能

(1)數字信號輸出——RS232、RS485,溫度信號遠傳

(2)模擬信號輸出——0~5V,1~5V,0~10V,0/4~20毫安,可以加入閉環控製中。

(3)高報警、低報警─生產過程中要求控製溫度在某個範圍裏,可設置高,低報警值。高報警:在高報警設置打開的情況下,當溫度高於高報警值,相應的LED燈閃爍,蜂鳴器響,並有AH常開繼電器接通。

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