红外测温仪概述

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《计量与测试技术》2006年第33卷第10期

红外测温仪概述

I n f r a r e d T h e r m o m e t e r s O u t l i n e

郑子伟

(成都市计量监督检定测试所, 四川成都610021)

摘　要:本文就红外测温仪的特点、工作原理、分类、性能、选择以及使用红外测温仪主要考虑的注意事项作出简单的概述, 并对红外测温仪的应用举例说明。

关键词:红外测温; 辐射

　　红外测温作为一门新技术和新方法, 它的出现是红外技术的发展结果。红外技术是研究红外辐射的产生、传输、转换、探测并付诸应用的一门科学技术。近20年来, 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, 逐渐被广泛应用于电力、食品加工、冶金、石化、医疗、科研等多种行业中。1　红外测温仪的特点

非接触测量:它不需要接触到被测温度场的内部或表面, 因此, 不会干扰被测温度场的状态, 测温仪本身也不受温度场的损伤。

测量范围广:因其是非接触测温, 所以测温仪并不处在较高或较低的温度场中, 而是工作在正常的温度或测温仪允许的条件下。一般情况下可测量负几十度到三千多度。

测温速度快:即响应时间快。只要接收到目标的红外辐射即可在短时间内定温。

准确度高:红外测温不会与接触式测温一样破坏物体本身温度分布, 因此测量精度高。灵敏度高:只要物体温度有微小变化, 辐射能量就有较大改变, 易于测出。可进行微小温度场的温度测量和温度分布测量, 以及运动物体或转动物体的温度测量。

使用安全及使用寿命长。2　红外测温仪工作原理

红外测温仪接收物体自身发射出的不可见红外辐射能量。红外辐射是电磁频谱的一部分, 电磁频谱包括无线电波、微波、可见光、紫外、R射线和X 射线。红外位于可见光和无线电波之间的区域, 红外线的波长在(0. 78～100) μm 之间, 实际上, (0. 78～14) μm 波带常用于红外测温。按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类。红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射, 它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动, 并不停地辐射出热红外能量。分子和原子的运动愈强, 辐射的能量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。`

发射率是表征物体辐射红外线的能力, 它是相同温度和波长下的实际物体与黑体的单色辐射出度之比, 所以亦称比辐射率。它是表征物体辐射本领的重要热物性参数。发射率越大, 物体表面的辐射能力越强。大部分有机物或金属氧化表面的发射率都在0. 85～0. 98之间。光洁的金属表面或抛光的物体发射率很低。所以, 材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度都是影响发射率的主要因素。

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。红外测温仪是由光学系统、探测单元和信号处理三部分组成的。光学系统的主要作用是收集被测目标的辐射功率, 并使其汇聚到红外探测器上。红外探测器的作用是将接收到的红外辐射转换为电信号输出。电信号处理部分的作用主要是对探测的微弱信号进行放大, 以达到显示或记录被测温度的目的。为了使红外测温仪有较高的输出信噪比, 必须要求仪器有较大的光学相对孔径, 高灵敏度的探测器, 低噪声的电信号处理系统。为了使红外测温仪有较高的测量精度, 必须采取发射率修正, 环境温度补偿和精确的温度定标等措施。

3　红外测温仪的分类

红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列。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) 。4　红外测温仪性能

现以美国爱光公司生产的便携式红外测温仪U X —,

　　郑子伟:红外测温仪概述

测量范围(℃)精度(℃)重复精度(℃)温度漂移(℃)响应时间(秒) 光谱响应(μm ) 目标大小/测距发射率(可调) 数据存储使用环境温度(℃)

电池重量(g ) 外壳尺寸(m m )

300～1000

±6±10. 20. 21. 55

Υ20≤4000m mΥ33≤5000m m

Υ90≤10000m m 0. 10～1. 901～500点0～50

2节A A 电池(1. 5V 5号) , 连续使用寿命50小时

350

70(宽) ×100(高) ×148(长)

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免, 可借助发射率修正, 峰值或平均值测量等功能来改善

测量示值。

环境热辐射源:不能让直射的阳光、火焰或其它的热辐射照射到被测物和测温仪的物镜上, 这会干扰测量, 使温度示值偏高或不稳定。如果不可避免, 可借助发射率修正, 谷值或平均值测量等功能来改善测量示值。

视场:单色测量时, 目标必须充满测量视场, 否则测量值就会偏低; 双色测量时无此要求。

发射率:必须尽可能准确地设置被测物表面的发射率(单色测量) 或比发射率(双色测量) 。使测量示值与被测物的真实温度一致

对于在仪器工作波长有吸收峰的被测物(选择性吸收体) , 不能用双色测量, 只能用单色测量。

不能透过玻璃进行测温, 因为玻璃有很特殊的反射和透过特性。对于光亮的或抛光的金属表面的测温建议最好不用红外测温仪, 因为当测量发光物体表面温度时, 如铝和不锈钢, 表面的反射会影响红外测温仪的读数。如果实在要用红外测温仪对光亮的或抛光的金属表面测温, 则可在读取温度前, 在金属表面放一胶条, 温度平衡后, 测量胶条区域温度。

要想红外测温仪可以在环境温差大的区域来回走动仍能提供精确的温度测量, 就要在新环境下经过一段时间以达到温度平衡后再测量。最好将测温仪放在经常使用的场所。

7　红外测温仪的应用举例

红外测温仪己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和通过查找在D C 电池上的输出滤波器连接处的热点, 以检测不间断电源(U P S ) 的功能状态; 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; 由于松的连接器组合会产生热量, 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。

作者简介:郑子伟, 男, 助理工程师。工作单位:成都市计量监督检定测试所。通讯地址:610021成都市东风路北二巷5号。收稿时间:2006-09-18

　　在带激光瞄准器的型号中, 激光瞄准器只做瞄准使

用。

5　选择红外测温仪主要考虑

温度范围:测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。美国爱光公司生产的便携式红外测温仪U X 系列的温度范围为300～3000度(分段) , 每种型号的测温仪都有其特定的测温范围。所选仪器的温度范围应与具体应用的温度范围相匹配。

目标尺寸:对于单色测温仪, 测温时, 被测目标应大于测温仪的视场, 否则测量有误差。建议被测目标尺寸超过测温仪视场的50%为好。对于双色测温仪, 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。

光学分辨率(D :S ) :即测温仪探头到目标直径之比。如果测温仪远离目标, 而目标又小, 应选择高分辨率的测温仪。

6　使用红外测温仪如何确保测温精度

以美国爱光公司生产的便携式红外测温仪U X 系列为例, 在使用过程中, 应注意:

光路:在测温仪的透镜和被测物之间的传播光路上, 不能有水滴、尘埃粒子、烟、蒸汽或其它的外界物质。否则会干扰测量, 使温度示值偏低或不稳定。如果不可避

信息动态

对于已取得质量技术监督部门颁发的计量检定员证件的人员是否需要参加注册计量师资格考试?

资格考试, 仅仅是注册时不需要参加相关项目的考核。

取得注册计量师资格证书的人员是否必须经过注册后才能以注册计量师的名义执业?

是的。必须经过注册才能以注册计量师名义执业。《注册证》的有效期为多长?

《注册证》每一注册有效期为3年。《注册证》在有效期限内是注册计量师的执业凭证, 由注册计量师本人保管和使用。

　　需要。想以注册计量师的名义执业, 必须先取得相应级别注册计量师的资格(如不能通过注册计量师的考核认定取得该资格, 则只能通过注册计量师资格考试取得) ; 取得注册计量师资格证书的人员, 在注册前应该参加相应注册项目的考核(其中对于已取得质量技术监督部门颁发的计量检定员证件的人员, 可持有效计量检定员证件申请相关项目的注册, 不需要再进行项目考核, 见问答14) 。因此, 注册计量师的资格考试和项目考核不是同一件事情, 其中对于已取得质量技术监督部门颁发的计量检定员证件, ,