紅外測溫儀的測量原理標準和運用例項

2021-03-03 23:23:15 字數 4837 閱讀 6261

用紅外測溫儀進行非接觸溫度測量有許多的優點,它的運用範圍從很小或難以接觸到的物體至腐蝕性的化學物和敏感的表面物。本文將討論此優點,給予正確選擇紅外測溫儀的決定性等加以說明運用範疇。由於原子和分子的運動,每一物體都會輻射電磁波,對非接觸溫度測量最重要的波長或光譜範圍是在0.

2至2.0μm。這一範圍內的自然射線,人們稱作為熱輻射或紅外線。

由被測物輻射的紅外線所進行溫度測量的測試儀器,按照德國工業標準din16160被稱為輻射溫度計,輻射測溫儀或紅外測溫儀。這些名稱也適用於那些由被測體輻射的可見彩色射線所進行溫度測量的儀器,及由相對頻譜的輻射密度匯出溫度的儀器。

一、紅外測溫儀溫度測量的優點

通過接收被測體輻射的紅外線而進行的非接觸溫度測量有很多的優點。這樣那些難以接觸到或運動著的物體就可毫無問題的進行溫度測量,如傳熱效能差的或很小的熱容量材料。紅外測溫儀很短的響應時間能快速地實現有效調節迴路。

測溫儀不擁有會磨損的部件,因而就不存在如使用溫度計所存在的連續費用。特別是在很小的被測物體,如用接觸測量,由於物體的導熱性將產生很大的測量誤差。這裡可毫無疑問的使用測溫儀,及用於腐蝕性的化學物或敏感的表層,如在油漆,紙張和塑料軌上。

通過遠距離的搖控測量,可遠離危險區域,使操作人員無危險性。

二、紅外測溫儀的原理構造

把從被測物接收的紅外線,由透鏡經過濾波器聚焦在檢波器上。檢波器通過被測物輻射密度的積分,產生乙個與溫度成比例的電流或電壓訊號,在此後相連線的電器部件中,把此溫度訊號線性化,發射率區域的修正,及轉換成乙個標準的輸出訊號。

原理上有可攜式測溫儀和固定式測溫儀兩種,因此,在選擇合適的紅外測溫儀用於不同的測量點時,以下的特徵將是主要的:

1、瞄準器

瞄準器有此作用,測溫儀所指的測量塊或測量點可以看見,大面積的被測物可以經常不要瞄準器。在小的被測物和較遠的測量距離時,瞄準器以透光鏡形式帶有儀表板刻度或雷射指向點是值得推薦的。

2、透鏡

透鏡確定測溫儀的被測點,對大面積的物體來說,一般帶有固定焦距的測溫儀足夠可以。但在測量距離遠離聚焦點時,測量點邊緣的影象將不清楚。為此,採用變焦鏡更好,在所給予的變焦範圍內,測溫儀可調整測量距離,最新的測溫儀帶有變焦的可替換鏡頭,近透鏡和遠透鏡可不需校準複檢進行更換。

3、感測器,即光譜接收器

溫度是與波長成反比的。在低物體溫度時,對長波光譜區域敏感的感測器(熱膜感測器或熱電感測器)是很合適的,在高溫度時,將用對短波敏感受的,由鍺,矽,銦-鎵等組成的光電感測器。

在選擇光譜敏感性時,還要考慮對氫氣和二氧化碳的吸收光譜帶。在一定的波長範圍內,即所謂的「大氣層窗」,h2和co2對紅外線幾乎是穿透的,因此測溫儀的光變敏感性必須在此範圍內,以便排除大氣層濃度變化帶來的影響,在測量薄膜或玻璃時,還要考慮到這些材料在一定波長內不易穿透的。為了避免背景光線引起的測量誤差,運用相宜的,只接收表面溫度的感測器,金屬有此物理特性,發射率隨著波長的減小而增大,經驗而談,測量金屬的溫度,一般選擇最短的測量波長。

三、發展趨向

如許多的感測技術領域,測溫儀的發展趨向也走向小型的,精巧的造型,圓型的,帶有**螺紋的外殼是最理想地安裝於機器和裝置的造型,這一發展趨向的實現,是通過不斷的電器部件微型化,及高度的微積分使得愈來愈小的,愈來愈精緻的電器部件濃縮於愈來愈小的空間。與過去模擬技術相比,通過微控制項的應用,提高了檢波器訊號線性化高度的精密性,因而也提高了儀器的精確度。

市場**需要快速的,價廉的測量值接收,它能直接輸出乙個與溫度成比例的,線性的電流/電壓訊號,測量值得處理,如平整功能,特殊值儲存,或邊界接觸將放置在智慧型顯示器,調節器或sps(程式控制器)上,通過電纜外接的發射率調整,可以危險區外,即便機器開動著,也可修正,這時也可由sps來調整。通過身控制項的運用,現在可毫無問題地實現資料匯流排介面,但網路連線至今還未實現,對訊號的繼續處理,還延用過去的標準模擬訊號。在檢波器段,用了新的材料作光電感測器,證實了敏感性的提高,乃至解析度的提高。

在熱膜感測器中,新的感測器只需要更短的調整時間,帶瞄準器測溫儀的最新發展,是變焦的更換鏡頭,不用校準複檢即可替換,對不同的測量位置用同一基礎儀器,節約了倉庫管理費用。

四、選擇測溫儀的主要標準

測溫儀的運用主要由測量範圍所決定,不論是測量電壓,還是測量區域的始值,都應與測量工作的要求相符,選擇愈大的測量電壓,解析度就俞小,因而準確性就差,特別在低測量溫度始值時,選用大的測量電壓,準確性將成倍的減小,因而值得推薦的是,選擇可能的最小測量電壓。

測量區域的始值時決定了光譜的敏感性,以至也決定了檢波器的型號,測量的誤差由於發射率的錯誤調整,在短波的感測器要明顯地比長波感測器小,所以在熱膜感測器(8~14μm)800℃時,由於發射率的錯誤調整所引起的測量誤差,將五倍的大於鍺-光電二級管的感測器(1,1~1,6μm)。鍺-光電二級管的感測器容許的測量範圍從大約250℃起。

舉例說明,在陶瓷工業或發電廠的燃燒過程,測量範圍通常在0~1300℃。為了避免大的誤差產生,應該選用短波檢波器的測溫儀。儘管它的高測溫值從250~1300℃

另乙個選擇合適測溫儀的標準是間距比例。這裡指的是測量距離和測量點直徑的比例關係,如果被測物小,測量距離大,或所謂的「熱點」在大面積上,那就需要大的間距比例。相反如果大面積的測量點,由於感測器對測量點的是間值有乙個穩定的輸出訊號,固選用小的間距比例。

另外要確定的是,測溫儀是否帶瞄準器裝置,因為瞄準器裝置將提高50%的成本,這裡關鍵是乙個價錢的部下,在大面積的測量物體時,通常可以不要組裝進瞄準器,代之的是乙個外接的瞄準器,它將用於測溫儀在安裝時的矯正,這樣就有**上優勢,眾多的測量處只需乙個瞄準器。

對小的測量物體或者遠離的測量距離就需隨時能瞄準的可能。在乙個帶儀表板刻度的透光鏡,人們可看清測量點的實際大小,**便宜的是用雷射指向點,但它只能逐點進行測量,在測量閉式爐等相似類時,需要乙個透視窗。由此需要決定,測溫儀是否需要,及南非要哪些功能?

如平整功能,特殊值儲存,邊界接觸或電腦介面,為了測溫儀的相適於測量物表面,發射率調整的可能有性是必須的,其他的功能可以價廉地通過連線記錄儀,調節器或程式控制機來實現。此外,對某些運用來說,外型結構也是決定因素,在較高的環境溫度下,測溫儀以鏡頭只帶光學部分,由光導電纜連線電器部分,放置於遠離高溫地帶,優點在於,可以節約冷卻裝置。

最後是測溫儀型號,是光譜測溫儀,還是比率(雙色)測溫儀,光譜測溫儀接收乙個波長的輻射密度,與此不同的是比率測溫儀帶雙重感測器二個單一的感測器,它將測量二個不同波長的輻射密度,這二個檢波器訊號的比便再現溫度的比例關係,由於中間介質如蒸汽,灰塵在測溫儀的輻射內,或發射率的變動,至一定的範圍內,這二條線路不顯示訊號變動。但單色光譜測溫儀將馬上顯示此變動,故此率測溫儀優先用行管式轉爐或在金屬製造和加工業中,輻射干擾較嚴重的場合。

五、運用舉例

不同測溫儀的運用可能性是極其廣泛的,近幾年內的**大幅度下降開闢了愈來愈多的運用領域,特別在低溫區域或用於替換一般的傳統溫度計,下面的例項是關於使用及解答案的概況。

1、混凝土加工業

在混凝土加工時,溫度是對凝結時間和由此而定的堅固性起關鍵作用,特別是安全混凝土,得達到一定的加工溫度,接觸探針將機械地由於水泥的腐蝕作用而很快損壞。而測溫儀即可直接接受攪拌滾筒的溫度,也可是混凝土出口時的溫度,因為iso9000的質量檢驗的需要,溫度必須與其它的生產引數一起以檔案形式被記錄下來,上於髒亂的工業環境,需要十分堅固的,如防塵,防水的測量鏡頭,為了防護測溫儀,採用相宜的附件如軸向間隙噴嘴,光鏡保護蓋及絕緣管。

2、造紙業

在造紙業精製中,紙軌將在乙個加熱的金屬軋輥和塗有塑料層的精壓軋輥之間執行,如果紙的寬度小於軋輥寬時,精壓軋輥的邊緣的溫度將大大高於中間的,這中間和邊緣的溫度之差不能超出已定的絕對溫度,否則塑料塗層將損傷。

為了測量溫度,可以每一機架裝備三個固定式測溫儀,也可用一測溫儀在瞄準器裝置上沿著軋輥長度移動,由於區域性的強烈蒸汽需要乙個防水的測溫儀及帶軸向間隙噴嘴,用於視窗的自由吹氣,因為溫度的處理需要sps機,所以一般的儀器帶有發射率的修正就可。

3、陶瓷工業

為了陶瓷材料的生產,在燃燒過程中需要知道溫度的變化過程,以便達到同樣質量的產品,避廢品產生,同時為了節約能源,必需把溫度控制在最小值內,至今以來都是用溫度計測量溫度,它得到的是室溫,對此測溫儀就有優勢,它能直接測量物體表面的溫度,而且是在很短的時間內,這樣就能準確地測量並保持燃燒溫度。

4、冶金工業

在冶金工業行業中,紅外溫度測量更是應用於各個領域。例如各種爐體的內壁缺陷診斷、冷卻壁損壞的診斷、工藝引數的控制等等。通過紅外溫度測量可以準確地監控裝置的狀況,提高裝置使用壽命,節約能源,降低成本,提高產品質量

由此可知,傳統的溫度計將是淘汰的時代產品,它將隨時間而消失或損壞,以致需要不斷的更換,而測溫儀不具有磨損件,因而理論上,它的使用壽命是無限的,因此它的較貴些的投資成本在短期內即可贏回。測溫儀即可在側邊,或在頂上安裝,避免傾斜的對準,以免測溫儀只被抓信邊緣,軸向間隙噴嘴應避免放在測溫儀的鏡頭上,在較高環境溫度時,需要乙個附加的冷卻裝置。

紅外探測原理:

利用在自然界,任何高於絕對溫度(- 273度)時物體都將產生紅外光譜,不同溫度的物體,其釋放的紅外能量的波長是不一樣的。全稱是被動式熱釋電紅外探測器。

在被動紅外探測器中有兩個關鍵性的元件,乙個是熱釋電紅外感測器(pir),它能將波長為8一12um之間的紅外訊號變化轉變為電訊號,並能對自然界中的白光訊號具有抑制作用,因此在被動紅外探測器的警戒區內,當無人體移動時,熱釋電紅外感應器感應到的只是背景溫度,當人體進人警戒區,通過菲涅爾透鏡,熱釋電紅外感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異訊號,因此,紅外探測器的紅外探測的基本概念就是感應移動物體與背景物體的溫度的差異。

另外乙個器件就是菲涅爾透鏡,菲涅爾透鏡有兩種形式,即折射式和反射式。菲涅爾透鏡作用有兩個:一是聚焦作用,即將熱釋的紅外訊號折射(反射)在pir上,第二個作用是將警戒區內分為若干個明區和暗區,使進入警戒區的移動物體能以溫度變化的形式在pir上產生變化熱釋紅外訊號,這樣pir就能產生變化的電訊號。

人體都有恆定的體溫,一般在37度,所以會發出特定波長10微公尺左右的紅外線,被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的10微公尺左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10微公尺左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強後聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常採用熱釋電元件,這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡,向外釋放電荷,後續電路經檢測處理後就能產生報警訊號。

紅外測溫儀操作說明

一 調整設定密碼 接上電後儀表顯示窗顯示當前的實際測量溫度 測量範圍為800 1800 c 若超出測量範圍儀表將顯示 hh 此時可以按 設定 鍵進入設定密碼輸入圈,進入密碼設定圈後儀表顯示提示符 c120 此時可以按 和 鍵調整密碼值,當密碼調整完成後再按 鍵若密碼正確儀表將進入對應的設定圈 a.c...

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現代儀器 www 1m odern i nstrs 1org 1cn 二 七年 第四期 紅外測溫儀原理及其在應用中注意的問題 劉福傑1,2 王浩靜1 范立東 1 11中國科學院山西煤炭化學研究所太原 030001 21中國科學院研究生院北京 100039 摘要分析紅外測溫的基本原理,以高溫爐內溫度的...

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