紅外測溫原理以及其應(yīng)用

1、關(guān)于紅外測溫原理及其應(yīng)用第一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1 紅外測溫發(fā)展過程1800年 威廉赫謝爾發(fā)現(xiàn)紅外線1828年 MSweeny第一個輻射溫度計(jì)19世紀(jì)末 消隱光學(xué)高溫計(jì)1901年 全輻射測溫儀專利(Fery)1931年 商用全輻射測溫儀問世 (Leeds&Northrup company)60年代后 迅猛發(fā)展近二十年 雙色、光纖、掃描等第二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月William Herschel1738 - 18221 紅外測溫發(fā)展過程第三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月可見光紫外光紅外光X-射線GammaRays無線電波EHF SHF UHF

2、 VHF HF MF LF VLF0.1A1A1UA100A0.11101001cm0.1cm10cm1m100m1km10km100km波長10m30201510864321.510.80.60.4波長 (um)常用紅外光譜范圍2 紅外測溫的原理紅外測溫儀可捕捉從所有物體輻射出的紅外能量。紅外輻射是電磁頻譜的一部分，電磁頻譜中包括無線電波、微波、可見光、紫外線、伽瑪射線和X光。第四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 紅外測溫技術(shù)的基礎(chǔ)在自然界中，當(dāng)物體的溫度高于絕對零度 (-273C)時，由于它內(nèi)部熱運(yùn)動的存在，就會不斷向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位于0.75100m紅外

3、線。第五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月不透明的材料制成帶小孔的空腔,可近似看作黑體。2.2 黑體在給定的溫度和波長下，物體發(fā)射的輻射能有一個最大值，這種物質(zhì)稱為黑體，設(shè)定它的發(fā)射系數(shù)為1。其它發(fā)射系數(shù)在0-1之間的物質(zhì)稱為灰體。它是一個理想輻射體，表明它的自身能量可以全部向外界輻射出來，但自然界中并不存在這樣的理想黑體。第六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 黑體黑體爐即為人工制造的性能接近理想黑體的輻射標(biāo)準(zhǔn)源，用于定期對紅外測溫儀進(jìn)行檢測標(biāo)定。 第七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 普朗克定理雖然自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射

4、分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射的定理，即以波長表示的黑體光譜輻射度。Max Planck 1858 -1947第八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 普朗克定理式中，(2-1)第九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 普朗克定理圖2.1 黑體輻射的光譜分析第十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 普朗克定理第十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 普朗克定理不同溫度的輻射曲線永不會相交隨溫度增加，輻射能量增大而峰值波長減小，波長與溫度成反比黑體輻射光譜曲線的特性1

5、23456 7 8 9 10 11 12 13 141500C 1000C542C 260C 20C 輻射能量波長（微米）102101110-110-210-310-40第十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.4 斯特潘-玻爾茲曼定理(2-2)式中，式(2-2)中黑體的熱輻射定律正是紅外測溫技術(shù)的理論基礎(chǔ)。第十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.5 熱輻射測溫的數(shù)學(xué)描述(2-3)第十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.5 熱輻射測溫的數(shù)學(xué)描述所測物體的溫度為：式(2-4)就是物體的熱輻射測溫的數(shù)學(xué)描述。(2-4)第十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6

6、月3 紅外測溫儀工作原理窗口和光學(xué)系統(tǒng)目標(biāo)環(huán)境探測器顯示及輸出453SP1 470EMS ?85紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，紅外能量聚集在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，該信號再經(jīng)換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。第十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1 紅外測溫儀特點(diǎn)非接觸測量：它不需要接觸到被測溫度場的內(nèi)部或表面，因此，不會干擾被測溫度場的狀態(tài)，測溫儀本身也不受溫度場的損傷。測量范圍廣：因其是非接觸測溫，所以測溫儀并不處在較高或較低的溫度場中，而是工作在正常的溫度或測溫儀允許的條件下。一般情況

7、下可測量負(fù)幾十度到三千多度。測溫速度快：即響應(yīng)時間快。只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可在短時間內(nèi)定溫。第十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1 紅外測溫儀特點(diǎn)準(zhǔn)確度高：紅外測溫不會與接觸式測溫一樣破壞物體本身溫度分布，因此測量精度高。靈敏度高：只要物體溫度有微小變化，輻射能量就有較大改變，易于測出，可進(jìn)行微小溫度場的溫度測量和溫度分布測量，以及運(yùn)動物體或轉(zhuǎn)動物體的溫度測量。使用安全及使用壽命長。第十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1 紅外測溫儀缺點(diǎn)易受環(huán)境因素影響（環(huán)境溫度，空氣中的灰塵等）。對于光亮或者拋光的金屬表面的測溫讀數(shù)影響較大。只限于測量物體外部溫度，不方便

8、測量物體內(nèi)部和存在障礙物時的溫度。第十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4 紅外攝像法測量切削溫度本世紀(jì)五十年代以來，根據(jù)使用的測量儀器的不同，利用紅外技術(shù)測量溫度場的方法可分為兩類：紅外點(diǎn)溫度計(jì)法和紅外照相法。使用紅外點(diǎn)溫度計(jì)，被測點(diǎn)的溫度是一定面積上的平均溫度，但當(dāng)前國內(nèi)外被測點(diǎn)的面積還不能足夠小，而且測量點(diǎn)在切削區(qū)的坐標(biāo)位置不易確定。紅外照相法從原理上來說是比較理想的測量方法，可以得出完整的切削區(qū)溫度場。但是測溫系統(tǒng)的響應(yīng)速度太不理想，在實(shí)際應(yīng)用中有較大局限性。第二十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4 紅外攝像法測量切削溫度八十年代后期發(fā)展起來的紅外攝像法較上述兩種方

9、法具有更好的準(zhǔn)確性和更快的響應(yīng)速度。工作原理是：物體發(fā)出的紅外輻射經(jīng)過攝像鏡頭后打在紅外攝像機(jī)內(nèi)部的紅外光敏元件板上，該板將輻射能轉(zhuǎn)化成電壓信號，由于溫度場內(nèi)不同溫度的各點(diǎn)向外輻射紅外線的強(qiáng)度不同，所以經(jīng)過紅外敏感元件板后得到的電壓信號的強(qiáng)弱也不同，當(dāng)這些不同強(qiáng)度的電壓信號在攝像機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)化成為全電視信號并反映在電視監(jiān)視器上時，就會由于其灰度值的不同而產(chǎn)生亮度依次變化的溫度場圖像。第二十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4 紅外攝像法測量切削溫度亮度較大的地方，表示該處的溫度較高；反之，表示溫度較低。這些原始的溫度場圖像通過錄像機(jī)記錄在磁帶上。初期錄像結(jié)束后，還要對原始圖像進(jìn)行圖像處理

10、，主要工作是在帶有彩色監(jiān)視器的個人計(jì)算機(jī)上完成。原始圖像經(jīng)過圖像接口進(jìn)入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行濾波、偽著色等處理過程，根據(jù)亮度不同，設(shè)置16個灰度值，將灰度值相等的區(qū)域著上同一種顏色，不同顏色代表不同的溫度值，這樣就可以得到溫度場圖。第二十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4 紅外攝像法測量切削溫度現(xiàn)場測量時，將紅外攝像機(jī)對準(zhǔn)處于切削狀態(tài)的刀具，在刀頭的下方加一個平行光源，這樣可使溫度場處于刀具輪廓的背景中，同時也既反映了溫度場，又反映了溫度場在刀具上的相對位置。如圖4.1所示：第二十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4 紅外攝像法測量切削溫度圖4.1 紅外攝像法測溫裝置第二十四張，

11、PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月5 紅外攝像法測量切削溫度為了準(zhǔn)確地測定刀具刃區(qū)溫度場，避免切屑干擾，在工件的外圓上磨出一個平面，刀具與工件相對運(yùn)動到這個平面時，切屑斷開，刀頭全部露出，這時就可以測得刀具刃區(qū)溫度場了。第二十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月5 熱像儀法實(shí)測陶瓷刀具切削區(qū)溫度場采用紅外熱成像技術(shù)接收物體發(fā)射的輻射熱，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號以紅外信號輸出，同時可進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和處理，可測較高的溫度、導(dǎo)熱系數(shù)較小的物體及很微小面積上的溫度，并且精度高、響應(yīng)快，不破壞被測溫度場，因此適宜陶瓷刀具切削區(qū)的高溫動態(tài)測試。圖5.1是熱像儀測定陶瓷刀具前后刀面溫度場的示意與裝置圖。第

12、二十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月5 熱像儀法實(shí)測陶瓷刀具切削區(qū)溫度場圖5.1 熱像儀測定陶瓷刀具后刀面（a）前刀面（b）的示意與裝置第二十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月5 熱像儀法實(shí)測陶瓷刀具切削區(qū)溫度場圖5.1(a)中，測量后刀面溫度時，在夾持刀具的刀架(5)上引出一縱向底板(6)，其上固定放置熱像儀探頭(7)，使得探頭與刀具相對位置不變而同時移動。另外，切削過程中，刀具后刀面勢必被切削部位擋住(AB段），探頭無法探測。為此，將工件預(yù)先切除頸部(N),當(dāng)?shù)毒咔邢髦令i部A點(diǎn)（測試點(diǎn)）的瞬時，刀面露出，探頭即可測出其輻射溫度。第二十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于20

13、22年6月5 熱像儀法實(shí)測陶瓷刀具切削區(qū)溫度場圖5.1(b)中，測量前刀面溫度時，在進(jìn)給機(jī)構(gòu)處引出一橫向底板(14)，其上焊有一支架(13)，支架上固定放置熱像儀探頭。底板可隨縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)一同移動，使得熱像儀探頭可與刀具同時移動。另外，切削過程中，不斷流出的切屑會擋住刀具前刀面，探頭無法探測，因此也要預(yù)先切出頸部(N)。當(dāng)?shù)毒咔邢髦令i部A點(diǎn)時，不再產(chǎn)生切屑，刀面露出瞬間，探頭從刀具正上方可測出前刀面輻射能。第二十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6 紅外照相法 采用紅外照相法的車削溫度測量裝置，如圖6.1所示。圖6.1 紅外照相法測溫裝置示意圖第三十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于202

14、2年6月6 紅外照相法 測溫裝置安裝于車床橫溜板的機(jī)座板上，使刀具、照相機(jī)相對于工件排成一線；照相機(jī)配有專門的紅外輻射聚焦調(diào)節(jié)裝置；刀夾可使照相機(jī)鏡頭盡可能接近工件表面，為避免切屑濺射的影響，照相機(jī)鏡頭用有機(jī)玻璃罩子罩住，鏡頭與工件表面之間設(shè)計(jì)了擋屑板，透過板上的小孔可對刀具和工件表面攝影（采用高溫紅外膠卷）。第三十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6 紅外照相法 測量溫度前，首先用熱電偶進(jìn)行定標(biāo)校準(zhǔn)，即熱電偶由電加熱并在不同溫度下照相，所需曝光時間通過預(yù)試驗(yàn)確定，顯影后的膠卷用顯微光密度計(jì)讀數(shù)，得到高溫紅外膠卷在不同曝光時間下光密度與溫度的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)此對應(yīng)關(guān)系，可以確定切削過程

15、中工件或刀具的溫度。用紅外照相法測定的切削溫度可用于研究切削溫度的分布情況。紅外照相法近距離但非接觸測量，所以可以用來測量薄壁圓筒回轉(zhuǎn)件。第三十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率隨發(fā)射率變化(非灰體)= 0.9 (灰體)相對能量波長 (微米)= 1.0 (黑體)發(fā)射率為物體的輻射度和與該物體具有相同溫度的黑體的輻射度之比第三十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率發(fā)射率決定了實(shí)際物體的紅外輻射特性“理想黑體”“實(shí)際物體”既是完全吸收體也是完全發(fā)射體部分能量被反射部分能量透過發(fā)射率 =1發(fā)射率 1IIIIRATEEEE第三十四張

16、，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的分類材料發(fā)射率按光譜范圍分為全波發(fā)射率、光譜發(fā)射率和在某光譜范圍的積分發(fā)射率。根據(jù)輻射方向不同分為半球發(fā)射率和定向發(fā)射率等；定向發(fā)射率中應(yīng)用最多的是法向發(fā)射率。這些不同的劃分可以組合出多種不同發(fā)射率參數(shù)。常見的發(fā)射率有四種：半球全波發(fā)射率為物體的輻射出度與同溫度下黑體的輻射出度之比。第三十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的分類定向全波發(fā)射率為物體在指定方向的輻射亮度與同溫度下黑體的輻射亮度之比。半球光譜發(fā)射率為物體的光譜輻射出度與同溫度下黑體的光譜輻射出度之比。第三十六張，PPT共八十四頁

17、，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的分類定向光譜發(fā)射率為在指定方向的物體的光譜輻射亮度與同溫度下黑體的光譜輻射亮度之比。光譜發(fā)射率通常多指定向光譜發(fā)射率，即在指定方向上物體的光譜輻射亮度與同溫度下黑體的光譜輻射亮度之比。第三十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的設(shè)定按照測量物理量劃分，發(fā)射率測量方法可分為兩大類：直接測量方法和間接測量方法。直接確定物體的發(fā)射率的方法統(tǒng)稱為發(fā)射率的直接測量方法。直接測量法即直接利用定義式，以黑體或已知反射率標(biāo)準(zhǔn)樣品為參考標(biāo)準(zhǔn)建立裝置，測量物體或材料的輻射量信號與同樣條件下的黑體之比為發(fā)射率。直接測量法又可以分為量

18、熱法和輻射測量法。第三十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的設(shè)定量熱法為通過測量樣品表面的輻射能量利用能量平衡得到發(fā)射率，一般多用于半球積分發(fā)射率的測量。由于其需要精確知道表面的輻射熱量，對環(huán)境（一般要抽真空）、控溫和測溫水平要求較高，測量時間長，而且能量平衡狀態(tài)的不容易確定和保持也為測量帶來困難。因此一種同樣基于量熱法的非穩(wěn)態(tài)方法提出，即溫度衰減法。第三十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的設(shè)定溫度衰減法是將一個表面積較大而質(zhì)量很小的樣品懸掛在具有冷卻內(nèi)壁的真空室內(nèi)，并加熱到顯著高于室內(nèi)壁溫度后停止加熱，測量樣品冷卻速度

19、。從冷卻速度和已知材料樣品的表面積、質(zhì)量、比熱計(jì)算輻射熱損耗速度，從而求出半球積分發(fā)射率。第四十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的設(shè)定輻射計(jì)法是直接利用發(fā)射率定義，以黑體或標(biāo)準(zhǔn)樣品為參考標(biāo)準(zhǔn)建立裝置，測物體或材料的發(fā)射率。這種方法的好處是直接利用了發(fā)射率的定義式，得出物體或材料的發(fā)射率，物理意義明確、簡單，避免了其他方法在計(jì)算推導(dǎo)發(fā)射率過程中引入其他參數(shù)不確定度的影響。但同時它的難點(diǎn)是待測樣品表面的溫度很難測準(zhǔn)，即很難保證黑體和待測樣品處于同一溫度。輻射計(jì)法多用來測量定向發(fā)射率。第四十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)第四十二張

20、，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的設(shè)定以上這種通過測量反射率得到發(fā)射率的方法統(tǒng)稱為發(fā)射率的間接測量方法，一般應(yīng)用于對低溫樣品的發(fā)射率測量。根據(jù)樣品表面特性又可分為對鏡面反射樣品和漫反射樣品的測量。對于漫反射樣品，一般應(yīng)用積分球法，通過先測得材料的反射率，然后根據(jù)不透明物體發(fā)射率同反射率的關(guān)系和已知發(fā)射率標(biāo)準(zhǔn)樣品的發(fā)射率，求得待測材料的發(fā)射率。第四十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的設(shè)定本文介紹采用直接測量方法選擇光柵單色儀方案，雖然測量難度大、測量速度較低，但原理經(jīng)典、數(shù)學(xué)模型明確，測量光譜帶寬窄，屬絕對測量方法，對于建立

21、高精度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)具有理論優(yōu)勢。裝置測量原理如下圖所示：第四十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的設(shè)定第四十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的設(shè)定光譜發(fā)射率測量裝置包括輻射源系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、探測器、電測系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。輻射源系統(tǒng)包括被測樣品加熱器、黑體輻射源以及被測輻射體位移系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)平臺、紅外成像光路、單色儀。光電探測器將光信號轉(zhuǎn)化成電信號送入電測系統(tǒng)的鎖相放大器，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集、計(jì)算。第四十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的設(shè)定實(shí)驗(yàn)時，首先通過溫度控制器3將樣

22、品穩(wěn)定在設(shè)定溫度，樣品加熱裝置1和黑體爐2通過電動平移臺11的移動，黑體和樣品先后經(jīng)過光路，經(jīng)鍍金球面反射鏡4、鍍金平面反射鏡5成像于光柵單色儀8的入射狹縫，單色儀入口前方加濾光片轉(zhuǎn)輪7；斬波器6置于單色儀入射狹縫前，以設(shè)定的頻率反復(fù)遮擋光路，使光路以固定的頻率通、斷；第四十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率的設(shè)定光路通的時候探測器9探知的是黑體或樣品的輻射，斷的時候，探測器探知的是斬波器的輻射，由于斬波器以固定的頻率遮擋光路，且黑體和樣品的溫度遠(yuǎn)高于室溫，而斬波器的溫度約為室溫，所以探測器9上產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的交流電信號；鎖相放大器10對信號進(jìn)行放大處理，數(shù)據(jù)

23、采集系統(tǒng)進(jìn)行采集、處理。通過轉(zhuǎn)動電動轉(zhuǎn)臺12可以與樣品表面法向成一定角度，測量其他角度定向光譜發(fā)射率。第四十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)第四十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)第五十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)發(fā)射率設(shè)定誤差造成的測量溫度誤差1086420500100015002000250030008-14 微米1.0微米使用盡可能短的測量波長% 誤差目標(biāo)溫度(度)發(fā)射率誤差假定為 10%5.0微米3.9微米2.2微米第五十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)影響發(fā)

24、射率的主要因素材料種類表面狀況(拋光,粗糙,氧化,噴砂)表面幾何形狀(平面,凹面,凸面)表面理化結(jié)構(gòu)狀態(tài)（如沉積物，氧化膜，油膜等）透過率(例如塑料薄膜)測量溫度測量角度一般條件下測量非金屬物體表面溫度可以選擇固定發(fā)射率的紅外測溫儀。測量金屬表面溫度時應(yīng)采用發(fā)射率可調(diào)節(jié)的紅外溫度計(jì)。第五十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)確定溫度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。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，測溫時應(yīng)盡量選用短波較好。第五十三張，PPT共八十

25、四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)確定距離系數(shù)探頭到目標(biāo)的距離測量斑直徑大小2.50.17.50.3140.6210.8331.3mm英寸002515027631305mm英寸測斑直徑測量距離= D:S第五十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)確定距離系數(shù)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)該選擇高光學(xué)分辨率的測溫儀。對于固定焦距的測溫儀，在光學(xué)系統(tǒng)焦點(diǎn)處為光斑最小位置，近于和遠(yuǎn)于焦點(diǎn)位置光斑都會增大。第五十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)確定波長范圍并不是所有紅外波長都適宜測量溫度，

26、能夠順利通過大氣的紅外輻射主要有三個波長范圍：0.9-2.5m、3-5m、8-14m，通常把這三個波長范圍稱為紅外測溫儀的大氣窗口。在高溫區(qū)，測量金屬材料的最佳波長是近紅外，可選用0.9-2.5m。低溫區(qū)測量一般選擇8-14m波長的紅外測溫儀。其他溫區(qū)可選用1.6m、2.2m和3.9m。第五十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)大氣窗口大氣中的水蒸氣、二氧化碳等對某些紅外輻射波段不吸收或極少吸收，有利于能量進(jìn)行傳輸從而能被紅外測溫儀探測到。這樣的特殊紅外波段即為所謂“大氣窗口”。紅外波段的選取要考慮 “大氣窗口”的影響第五十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6

27、月7 紅外測溫注意事項(xiàng)目標(biāo)與視場要確保目標(biāo)大于儀器所測圓點(diǎn)的大小。目標(biāo)越小，則應(yīng)離得越近。如果精度非常重要，則要確保目標(biāo)至少是測量圓點(diǎn)大小的兩倍最好 一般 差探頭目標(biāo)大于測量視場目標(biāo)等于測量視場目標(biāo)小于測量視場第五十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)響應(yīng)時間表示紅外線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%能量所需要的時間。對于運(yùn)動的目標(biāo)和快速加熱的目標(biāo)響應(yīng)速度快是必需的。當(dāng)溫度變化緩慢時，響應(yīng)速度快通常是不必要的。通常響應(yīng)時間可調(diào)為最佳選擇。第五十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)環(huán)境條件當(dāng)環(huán)境溫度高，存在灰塵、煙

28、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。探頭附件第六十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)實(shí)際物體的測溫示意圖目標(biāo)探頭RTE環(huán)境溫度II= 入射能量R=反射能量T=透射能量E=發(fā)射能量第六十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)背景能量的影響當(dāng)背景溫度高于目標(biāo)溫度時應(yīng)進(jìn)行背景溫度補(bǔ)償背景溫度目標(biāo)第六十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7 紅外測溫注意事項(xiàng)紅外輻射測溫儀的標(biāo)定紅外測溫儀必須經(jīng)過標(biāo)定才能使它正確地顯示出被測目標(biāo)的溫度。如果所用的測溫儀在使用中出現(xiàn)測溫超差，則需退回廠家或維修中心重

29、新標(biāo)定。 第六十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月8 雙色測溫儀理論公式：T：目標(biāo)溫度A，B：常數(shù) ：第一波段內(nèi)發(fā)射率 ：第一波段內(nèi)發(fā)射率 ：第一波段內(nèi)目標(biāo)能量 ：第一波段內(nèi)目標(biāo)能量 ：坡度 （雙色測溫儀要調(diào)的是坡度而不是發(fā)射率）第六十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月8.1 如何利用雙色測溫儀？當(dāng)測量視場被遮擋時，或物體快速運(yùn)動，目標(biāo)比較小，單色測溫儀將產(chǎn)生測量誤差。雙色測溫的原理：通過計(jì)算探測到的兩個波長上的能量的比值，可以消除這種誤差。比值隨目標(biāo)溫度變化而變化。波長 (m)1.02.0比值(El2/El1) T00.10.20.30.40.50.60.70.80.91

30、相對輻射能量(E)ll12第六十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月8.2 雙色與單色測量比較讀數(shù)誤差(%) 與能量衰減讀數(shù)誤差(%)目標(biāo)溫度(度)100-10-20-30-40-50100-10-20-30-40-5050010001500*200025003000+ 0.75%- 0.75%單色: 50% 能量衰減單色: 80% 能量衰減單色: 90% 能量衰減單色: 95% 能量衰減雙色: 0% - 95% 能量衰減從右圖可見,雙色測量的誤差很小,幾乎不變化。而且雙色只需要吸收物體5%的能量就可以測量到。不像單色紅外測溫儀需要吸收到物體95%的能量才能測量準(zhǔn)確。第六十六張，PPT

31、共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月8.3 雙色測溫儀的應(yīng)用場合測量視場部分被遮擋煙霧，水汽，灰塵 不潔窗口目標(biāo)比較小，小于測量紅外測溫儀的視場運(yùn)動目標(biāo)，尤其是快速運(yùn)動的物體目標(biāo)發(fā)射率低或變化第六十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月8.4 雙色測溫儀解決的問題煙塵不潔鏡頭不潔窗口部分視場被遮擋小于視場的目標(biāo)第六十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月9 測溫儀的選型參數(shù)測溫范圍/響應(yīng)波長距離系數(shù)（測量距離與目標(biāo)大小）發(fā)射率設(shè)定測量精度/重復(fù)性響應(yīng)時間瞄準(zhǔn)方式（激光、透鏡、視頻、目視、瞄準(zhǔn)燈/鏡）現(xiàn)場環(huán)境要求/輸出方式第六十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月10 紅外測溫儀

32、的應(yīng)用紅外測溫儀具有非接觸和快速測溫的優(yōu)點(diǎn)，按其使用的途徑可分為兩大類，首先是測量被測目標(biāo)的表面溫度，其次是利用測量物體的熱分布狀況判斷物體與熱分布有關(guān)的其他性質(zhì)的間接測量。舉例如下：鋼鐵工業(yè)中使用的紅外測溫儀占總量的一半以上。第七十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月10 紅外測溫儀的應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)中，化工設(shè)備都在高溫高壓下工作， 監(jiān)測設(shè)備的熱分布狀況，判斷設(shè)備工作情況，檢測熱管道接口熱損耗、熱泄漏故障是十分有用的。在動力、電力業(yè)方面，在運(yùn)行及帶電條件下檢測動力設(shè)備、配電設(shè)備、電纜、電器接頭等溫度的異常，為設(shè)備的安全運(yùn)行提供一定的保障。在建筑業(yè)中，通過對建筑物墻壁、樓面、房頂熱分布的檢

33、測確定它的絕熱、裂漏隱患及缺陷的位置。確定工廠、建筑物熱耗的管理。第七十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月10 紅外測溫儀的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)方面，土壤、植物表面溫度的測量，糧食、種子烘干過程中溫度的測量，農(nóng)副產(chǎn)品如煙葉、茶葉加工過程中溫度的監(jiān)測，中草藥烘干、制藥溫度的監(jiān)測。在科學(xué)研究方面，由于紅外測溫儀的突出優(yōu)點(diǎn)，使得在特殊試驗(yàn)條件要求一能提供測溫手段，應(yīng)用范圍較廣。第七十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月其他測溫方法及其應(yīng)用第七十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1 接觸式測量方法接觸式測量儀表比較簡單、可靠，測量精度高。但是因?yàn)闇y溫元件與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換

34、，所以其需要一定的時間才能達(dá)到熱平衡。接觸式測量儀存在測溫延遲現(xiàn)象，同時受耐高溫和耐低溫材料的限制，不能應(yīng)用于這些極端的溫度測量。第七十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1.1 膨脹式溫度測量原理：利用物質(zhì)的熱脹冷縮原理即根據(jù)物體體積或幾何形變與溫度的關(guān)系進(jìn)行溫度測量。熱脹冷縮式溫度計(jì)包括玻璃液體溫度計(jì)、雙金屬膨脹式溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)等。優(yōu)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，可直接讀數(shù)，使用方便，非電量測量方式，適用于防爆場合。缺點(diǎn)：準(zhǔn)確度比較低，不易實(shí)現(xiàn)自動化，而且容易損壞。第七十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2 電量式測溫方法利用材料的電勢、電阻或其它電性能與溫度的單值關(guān)

35、系進(jìn)行溫度測量，包括：熱電偶溫度測量、熱電阻和熱敏電阻溫度測量、集成芯片溫度測量等。熱電偶的原理是兩種不同材料的金屬焊接在一起，當(dāng)參考端和測量端有溫差時，就會產(chǎn)生熱電勢，根據(jù)該熱電勢與溫度的單值關(guān)系就可以測量溫度。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)快，適宜遠(yuǎn)距離測量和自動控制的特點(diǎn)，應(yīng)用比較廣泛。第七十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2 電量式測溫方法熱電阻是根據(jù)材料的電阻和溫度的關(guān)系來進(jìn)行測量的，輸出信號大，準(zhǔn)確度比較高，穩(wěn)定性好，但元件結(jié)構(gòu)一般比較大，動態(tài)響應(yīng)較差，不適宜測量體積狹小和溫度瞬變區(qū)域。熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數(shù)變化的半導(dǎo)體熱敏感元件，具有靈敏度高、價格便宜的特點(diǎn)，但其電阻值和溫度的關(guān)系線性度差，且穩(wěn)定性和互換性也不好。第七十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2 電量式測溫方法石英溫度傳感器是以石英晶體的固有頻率隨溫度而變化的特性來測量溫度的。石英晶體溫度傳感器穩(wěn)定性很好，可用于高精度和高分辨力的測量場合。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可以將感溫元件和相關(guān)電子線路集成