紅外測溫儀原理

紅外測溫原理

目前一頁\總數三十五頁\編于九點紅外線輻射的簡稱。量子物理學知識告訴我們，自然界中任何物體每時每刻都在通過分子振動向外輻射能量，這種輻射能量是以“波”的形式出現(xiàn)的?！安ā钡膫鞑ニ俣仁且粋€常數，即30萬公里／秒，而分子振動的頻率卻是各不相同的。紅外1、紅外目前二頁\總數三十五頁\編于九點根據（速度＝頻率×波長）可知，不同振動頻率的分子發(fā)出的輻射波長是不一樣的，可見光的輻射波長范圍在0.36～0.72μm，紫光波長最短0.36μm，紅光波長最長0.72μm。比紫光波長更短的輻射稱為紫外線，如Ｘ光，У射線等；比紅光波長更長的輻射稱為紅外線，波長一般在0.70～１000μm之間。1、紅外目前三頁\總數三十五頁\編于九點射線X射線

紫外線

可見光

熱量

微波

無線電.4.726815短波IR長波IR波長，微米近IR

工業(yè)用紅外測溫儀的工作波長在0.65至14微米范圍內2、電磁波譜電磁波譜目前四頁\總數三十五頁\編于九點2、電磁波譜目前五頁\總數三十五頁\編于九點2、電磁波譜威廉·赫謝爾爵士于1800年發(fā)現(xiàn)紅外線絕對零度(-273℃)以上的物體都輻射紅外能量目前六頁\總數三十五頁\編于九點2、電磁波譜WilliamHerschel1738-1822 目前七頁\總數三十五頁\編于九點自然界中任何高于絕對零度（－273℃）的物體都在隨時隨地的向外發(fā)出輻射能量，能夠探測并接收物體發(fā)出的輻射能量從而測量出物體溫度的儀器稱之為紅外測溫儀。3、紅外測溫儀紅外測溫儀目前八頁\總數三十五頁\編于九點4、測溫儀的構成紅外測溫儀實際上是一種非接觸式輻射能量探測器，世界上所有的物體都會產生紅外線輻射。而輻射的能量則與該物體的溫度成比例，非接觸式溫度測量即是測量物體輻射能量的強弱，并由此得到一個與該物體溫度成比例的信號。測溫儀的構成目前九頁\總數三十五頁\編于九點4、測溫儀的構成目標探測器信號處理和顯示453?CSP1470?CEMSˉ.85大氣窗口濾波片和鏡頭目前十頁\總數三十五頁\編于九點4、測溫儀的構成波長(microns微米)目前十一頁\總數三十五頁\編于九點5、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”的影響大氣窗口目前十二頁\總數三十五頁\編于九點6、普郎克定律普郎克定律普郎克通過量子理論推導出的波長、溫度與黑體輻射能量的關系式，它定量的確定了不同溫度的黑體在各個波段中的輻射能量的大小，是紅外測溫儀的理論基礎。目前十三頁\總數三十五頁\編于九點6、普郎克定律RelativeEnergieMaxPlanck1858-1947 目前十四頁\總數三十五頁\編于九點6、普郎克定律普郎克定律給出了以下幾點結論：物體的溫度越高，其發(fā)出的輻射能量越大。這是單色（波段）測溫儀的設計依據。在一定溫度下，物體在不同波長處的輻射能量不同，存在一個輻射峰值波長，即在此波長處的物體輻射能量最大。隨著物體溫度升高，其輻射峰值波長向短波方向移動，移動規(guī)律遵守維恩位移定律。目前十五頁\總數三十五頁\編于九點7、黑體黑體

發(fā)射率與波長無關且都等于１的物體稱為黑體。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。黑體爐即為人工制造的性能接近理想黑體的輻射標準源，用于定期對紅外測溫儀進行檢測標定。目前十六頁\總數三十五頁\編于九點7、黑體黑體輻射的光譜特性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短波處曲線坡度更大，能量對溫度的變化更靈敏目前十七頁\總數三十五頁\編于九點8、發(fā)射率發(fā)射率

在同一溫度下，實際物體輻射能量與標準黑體的輻射能量的比值稱為該實際物體的發(fā)射率，又稱輻射率、黑度系數等，符號為ε，ε≤１。根據上述定義可知，黑體的發(fā)射率為１，其他實際物體的發(fā)射率小于１。說明任何一個實際物體都不能完全向外界輻射出來自身的全部能量。發(fā)射率值隨波長變化，金屬的短波發(fā)射率比長波發(fā)射率高。目前十八頁\總數三十五頁\編于九點9、絕對溫度T絕對溫度TT=273+℃（開/K）即絕對溫度（熱力學溫度）量值等于攝氏溫度量值加273℃，單位為開，符號為K。攝氏溫度0℃

=273K目前十九頁\總數三十五頁\編于九點10、透射率/發(fā)射率/吸收率透射率透過物體的輻射能量與入射到該物體的輻射能量之比稱為該物體的透射率，符號為τ，τ≤１。被物體表面反射回來的輻射能量與入射到該物體的輻射能量之比稱為該物體的反射率，符號為r，r≤１。被物體內部吸收的輻射能量與入射到該物體的輻射能量之比稱為該物體的吸收率，符號為a，a≤１。反射率吸收率目前二十頁\總數三十五頁\編于九點10、透射率/發(fā)射率/吸收率根據能量守恒原理，物體的入射能量等于被其透射、反射及吸收的能量之和，即有關系式：

τ＋r＋a＝１--------（１） 再根據熱平衡原理，物體在熱平衡狀態(tài)下，其內部吸收的能量等于同時其向外輻射的能量，即有關系式：

a＝ε------------------（２）將（２）代入（１）得到：

τ＋r＋ε＝１---------（３） 對于一般非透明物體，透射率τ＝０。代入（３）得到：

r＋ε＝１--------------（４）

對于非透明熱平衡物體而言，其反射率與發(fā)射率之和等于１目前二十一頁\總數三十五頁\編于九點結論實際應用當中,表面狀況越光滑，看上去越明亮的不透明物體，其反射率較高，同時其發(fā)射率肯定較低（向外輻射能量較?。?，測量相對比較困難。反之，對那些表面狀況越粗糙，看上去越灰暗的不透明物體，其反射率較低，同時其發(fā)射率肯定較高（向外輻射能量較大），測量相對比較容易。結論目前二十二頁\總數三十五頁\編于九點11、紅外測溫技術的發(fā)展紅外測溫技術的發(fā)展探測器及電子技術的發(fā)展低溫短波型低溫快速響應型疊層雙色型耐高環(huán)溫型光學加工技術的發(fā)展特殊波長的選擇掃瞄測溫儀光纖技術的發(fā)展光纖瞄準型微處理器技術的發(fā)展高性價比產品目前二十三頁\總數三十五頁\編于九點12、紅外測溫儀的主要參數紅外測溫儀的主要參數測溫范圍/響應波長距離系數（聚焦位置）發(fā)射率調節(jié)測量精度及重復性響應時間瞄準方式輸出方式現(xiàn)場環(huán)境要求目前二十四頁\總數三十五頁\編于九點13、波長的選擇波長的選擇在滿足測溫范圍條件下，近可能選擇短的波長選擇能將目標的反射，透射能量降到最低的波長特殊物體（塑料薄膜，玻璃，火焰等）要采用特殊的波長(被測物體不透明的波長）根據現(xiàn)場的特殊環(huán)境選擇（如觀察窗口）當視場被部分遮擋時，應選擇雙色儀器目前二十五頁\總數三十五頁\編于九點14、目標與視場目標與視場目標大于測量視場目標等于測量視場目標小于測量視場目標應充滿視場,通常1.5倍關系目前二十六頁\總數三十五頁\編于九點15、影響發(fā)射率的主要因素影響發(fā)射率的主要因素材料種類表面粗糙度表面幾何形狀表面理化結構狀態(tài)（如沉積物，氧化膜，油膜等）測量波長測量角度目標方面儀器方面目前二十七頁\總數三十五頁\編于九點16、精度和重復性精度與重復性指相同條件下輸出比較建立當地“基準”，測量與基準的偏差工藝監(jiān)控中實際起作用，“工藝精度”精度重復性

與“真實值”比較當測量位置不同或使用不同儀器測同一物體時，精度非常重要目前二十八頁\總數三十五頁\編于九點17、響應時間響應時間對于運動的目標和快速加熱的目標響應速度快是必需的當溫度變化緩慢時，響應速度快通常是不必要的通常響應時間可調為最佳選擇目前二十九頁\總數三十五頁\編于九點18、瞄準方式瞄準方式主要分以下幾種:

光學瞄準激光瞄準視頻瞄準單點激光瞄準多點激光瞄準交叉激光瞄準激光瞄準中又分:(特別要注意是同軸還是非同軸瞄準)目前三十頁\總數三十五頁\編于九點19、輸出選擇輸出選擇熱偶輸出電流輸出0-20mA4-20mA電壓輸出0-5V標準1mV/CUSB/RS232/RS485等數字接口輸出PID或其它輸出方式目前三十一頁\總數三十五頁\編于九點20、使用紅外測溫儀的要點使用紅外測溫儀的要點測溫范圍,選擇合適的測量波長目標距離及大小,注意光斑的計算方法目標材料及表面特性,發(fā)射率的設定現(xiàn)場環(huán)境條件,保護的選擇數據的采集和記錄目前三十二頁\總數三十五頁\編于九點21、紅外測溫儀的主要特點紅外測溫儀的主要特點運動中需要快速測量的目標和高溫目標難以接觸需要遠距離測量的目標所有采用接觸測量時可能被損壞，有危險或將導致溫度改變的目標非接觸測量速度快測量精度高適合于測量目前三十三頁\總數三十五頁\編于九點22、紅外測溫儀的主要用途紅外測溫儀的主要用途改善產品質量提高企業(yè)生產力