紅外測溫儀技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測
發(fā)布時間:2019/8/31 14:24:23 訪問次數(shù):2913
紅外測溫儀技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測、設(shè)備在線故障診斷、安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了正在發(fā)揮著重要作用。近二十年來,非接觸紅外測溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展,性能不斷提高,適用范圍也不斷擴(kuò)大,市場占有率逐年增長。比起接觸式測溫方法,紅外測溫有著響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
選擇紅外測溫儀可分為三個方面:
1.性能指標(biāo)方面:如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、響應(yīng)時間等;
2.環(huán)境和工作條件方面,如環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等;
3.其他選擇方面,如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價格等,也對測溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。隨著技術(shù)和不斷發(fā)展,紅外測溫儀最佳設(shè)計(jì)和新進(jìn)展為用戶提供了各種功能和多用途的儀器,擴(kuò)大了選擇余地。
確定測溫范圍:測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標(biāo)。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。因此,用戶的被測溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全,既不要過窄,也不要過寬。根據(jù)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(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,用戶只需要購買在自己測量溫度內(nèi)的測溫儀。
確定目標(biāo)尺寸:紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀(輻射比色測溫儀)。對于單色測溫儀,在進(jìn)行測溫時,被測目標(biāo)面積應(yīng)充滿熱像儀視場。建議被測目標(biāo)尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場,背景輻射能量就會進(jìn)入測溫儀的視聲符支干擾測溫讀數(shù),造成誤差。相反,如果目標(biāo)大于測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區(qū)域外面的背景影響。
確定光學(xué)分辨率(距離系靈敏)
光學(xué)分辨率由D與S之比確定,是紅外線測溫儀到目標(biāo)之間的距離D與測量光斑直徑S之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處,而又要測量小的目標(biāo),就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的紅外測溫儀。光學(xué)分辨率越高,即增大D:S比值,紅外測溫儀的成本也越高。
在密封的或危險(xiǎn)的材料應(yīng)用中(如容器或真空箱),紅外測溫儀通過窗口進(jìn)行觀測。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過所用測溫儀的工作波長范圍。還要確定操作工是否也需要通過窗口進(jìn)行觀察,因此要選擇合適的安裝位置和窗口材料,避免相互影響。在低溫測量應(yīng)用中,通常用Ge或Si材料作為窗口,不透可見光,人眼不能通過窗口觀察目標(biāo)。如操作員需要通過窗口目標(biāo),應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料,如應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料,如ZnSe或 BaF2等作為窗口材料。
確定響應(yīng)時間:響應(yīng)時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應(yīng)速度,定義為到達(dá)最后讀數(shù)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系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān),F(xiàn)在的紅外測溫儀的反映速度都很快。這要比接觸式測溫方法快得多。如果目標(biāo)的運(yùn)動速度很快或測量快速加熱的目標(biāo)時,要選用快速響應(yīng)紅外測溫儀,否則達(dá)不到足夠的信號響應(yīng),會降低測量精度。然而,并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外測溫儀。對于靜止的或目標(biāo)熱過程存在熱慣性時,測溫儀的響應(yīng)時間就可以放寬要求了。因此,紅外測溫儀響應(yīng)時間的選擇要和被測目標(biāo)的情況相適應(yīng)。
環(huán)境條件考慮:紅外測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結(jié)果有很大影響,應(yīng)加以考慮并適當(dāng)解決,否則會影響測溫精度甚至引起紅外測溫儀的損壞。當(dāng)環(huán)境溫度過高、存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下,可選用廠商提供的保護(hù)套、水冷卻、空氣冷卻系統(tǒng)、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環(huán)境影響并保護(hù)紅外測溫儀,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測溫。在確定附件時,應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù),以降低安裝成本。
選擇紅外輻射測溫儀的工作波長/工作波段,是儀器設(shè)計(jì)者首先要考慮的問題。選擇工作波長的依據(jù)是多方面的。
●依據(jù)測溫范圍確定工作波長
普朗克輻射定律顯示,對接近于黑體的物體來說,溫度越高輻射的能量越大,且峰值波長隨溫度提高向短波方向移動。因此從能量利用的角度考慮,高溫測量一般選用短波,低溫測量選用長波,中溫測量介于二者之間。
●依據(jù)物體發(fā)射率來確定工作波長
一般來說,被測量的物體是各式各樣的。一種測溫儀不可能同時滿足各種被測物體的要求。對于那些既不是黑體又不是灰體的物體來說,其工作波長的選擇就不能只根據(jù)測量范圍來確定,而主要根據(jù)被測物體發(fā)射率隨波長變化的情況來確定。
●依據(jù)大氣傳輸譜確定工作波長
紅外輻射測溫儀接收被測物體的輻射能量,要通過中間大氣。為減少大氣吸收對測量結(jié)果的影響,選用工作波長除考慮上述因素外,還要注意選用大氣透過輻射的一些窗口。所謂大氣透過窗口不是絕對不吸收,隨著距離的增加透過率會降低,當(dāng)然,這里說的距離是以百米計(jì),至于幾米的距離不會產(chǎn)生明顯的影響;這里說的大氣窗口是指大氣中不含有大量水汽、煙霧、塵埃。
選擇紅外輻射測溫儀的工作波長,簡單講低溫用8~14,高溫用0.8~1.0μm。其它溫區(qū)可選用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由于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(yīng)選擇特殊的波長。
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紅外測溫儀技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測、設(shè)備在線故障診斷、安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了正在發(fā)揮著重要作用。近二十年來,非接觸紅外測溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展,性能不斷提高,適用范圍也不斷擴(kuò)大,市場占有率逐年增長。比起接觸式測溫方法,紅外測溫有著響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
選擇紅外測溫儀可分為三個方面:
1.性能指標(biāo)方面:如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、響應(yīng)時間等;
2.環(huán)境和工作條件方面,如環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等;
3.其他選擇方面,如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價格等,也對測溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。隨著技術(shù)和不斷發(fā)展,紅外測溫儀最佳設(shè)計(jì)和新進(jìn)展為用戶提供了各種功能和多用途的儀器,擴(kuò)大了選擇余地。
確定測溫范圍:測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標(biāo)。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。因此,用戶的被測溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全,既不要過窄,也不要過寬。根據(jù)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(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,用戶只需要購買在自己測量溫度內(nèi)的測溫儀。
確定目標(biāo)尺寸:紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀(輻射比色測溫儀)。對于單色測溫儀,在進(jìn)行測溫時,被測目標(biāo)面積應(yīng)充滿熱像儀視場。建議被測目標(biāo)尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場,背景輻射能量就會進(jìn)入測溫儀的視聲符支干擾測溫讀數(shù),造成誤差。相反,如果目標(biāo)大于測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區(qū)域外面的背景影響。
確定光學(xué)分辨率(距離系靈敏)
光學(xué)分辨率由D與S之比確定,是紅外線測溫儀到目標(biāo)之間的距離D與測量光斑直徑S之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處,而又要測量小的目標(biāo),就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的紅外測溫儀。光學(xué)分辨率越高,即增大D:S比值,紅外測溫儀的成本也越高。
在密封的或危險(xiǎn)的材料應(yīng)用中(如容器或真空箱),紅外測溫儀通過窗口進(jìn)行觀測。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過所用測溫儀的工作波長范圍。還要確定操作工是否也需要通過窗口進(jìn)行觀察,因此要選擇合適的安裝位置和窗口材料,避免相互影響。在低溫測量應(yīng)用中,通常用Ge或Si材料作為窗口,不透可見光,人眼不能通過窗口觀察目標(biāo)。如操作員需要通過窗口目標(biāo),應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料,如應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料,如ZnSe或 BaF2等作為窗口材料。
確定響應(yīng)時間:響應(yīng)時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應(yīng)速度,定義為到達(dá)最后讀數(shù)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系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān),F(xiàn)在的紅外測溫儀的反映速度都很快。這要比接觸式測溫方法快得多。如果目標(biāo)的運(yùn)動速度很快或測量快速加熱的目標(biāo)時,要選用快速響應(yīng)紅外測溫儀,否則達(dá)不到足夠的信號響應(yīng),會降低測量精度。然而,并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外測溫儀。對于靜止的或目標(biāo)熱過程存在熱慣性時,測溫儀的響應(yīng)時間就可以放寬要求了。因此,紅外測溫儀響應(yīng)時間的選擇要和被測目標(biāo)的情況相適應(yīng)。
環(huán)境條件考慮:紅外測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結(jié)果有很大影響,應(yīng)加以考慮并適當(dāng)解決,否則會影響測溫精度甚至引起紅外測溫儀的損壞。當(dāng)環(huán)境溫度過高、存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下,可選用廠商提供的保護(hù)套、水冷卻、空氣冷卻系統(tǒng)、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環(huán)境影響并保護(hù)紅外測溫儀,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測溫。在確定附件時,應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù),以降低安裝成本。
選擇紅外輻射測溫儀的工作波長/工作波段,是儀器設(shè)計(jì)者首先要考慮的問題。選擇工作波長的依據(jù)是多方面的。
●依據(jù)測溫范圍確定工作波長
普朗克輻射定律顯示,對接近于黑體的物體來說,溫度越高輻射的能量越大,且峰值波長隨溫度提高向短波方向移動。因此從能量利用的角度考慮,高溫測量一般選用短波,低溫測量選用長波,中溫測量介于二者之間。
●依據(jù)物體發(fā)射率來確定工作波長
一般來說,被測量的物體是各式各樣的。一種測溫儀不可能同時滿足各種被測物體的要求。對于那些既不是黑體又不是灰體的物體來說,其工作波長的選擇就不能只根據(jù)測量范圍來確定,而主要根據(jù)被測物體發(fā)射率隨波長變化的情況來確定。
●依據(jù)大氣傳輸譜確定工作波長
紅外輻射測溫儀接收被測物體的輻射能量,要通過中間大氣。為減少大氣吸收對測量結(jié)果的影響,選用工作波長除考慮上述因素外,還要注意選用大氣透過輻射的一些窗口。所謂大氣透過窗口不是絕對不吸收,隨著距離的增加透過率會降低,當(dāng)然,這里說的距離是以百米計(jì),至于幾米的距離不會產(chǎn)生明顯的影響;這里說的大氣窗口是指大氣中不含有大量水汽、煙霧、塵埃。
選擇紅外輻射測溫儀的工作波長,簡單講低溫用8~14,高溫用0.8~1.0μm。其它溫區(qū)可選用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由于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(yīng)選擇特殊的波長。
聲明:本文由入駐電子說專欄的作者撰寫或者網(wǎng)上轉(zhuǎn)載,觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表51電子網(wǎng)立場。如有侵權(quán)或者其他問題,請聯(lián)系刪除!