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紅外高溫計(jì)測試
2014-10-08
由于原子和分子的運(yùn)動(dòng)，每一物體都會(huì)輻射電磁波，對非接觸溫度測量最重要的波長或光譜范圍是在0.2至2.0μm。這一范圍內(nèi)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(jìn)行溫度測量的測試儀器，按照德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN16160被稱為輻射溫度計(jì)，輻射高溫計(jì)或紅外測溫儀。這些名稱也適用于那些由被測體輻射的可見彩色射線所進(jìn)行溫度測量的儀器，及由相對頻譜的輻射密度導(dǎo)出溫度的儀器。
一、紅外測溫儀溫度測量的優(yōu)點(diǎn)
通過接收被測體輻射的紅外線而進(jìn)行的非接觸溫度測量有很多的優(yōu)點(diǎn)。這樣那些難以接觸到或運(yùn)動(dòng)著的物體就可毫無問題的進(jìn)行溫度測量，如傳熱性能差的或很小的熱容量材料。紅外高溫計(jì)很短的響應(yīng)時(shí)間能快速地實(shí)現(xiàn)有效調(diào)節(jié)回路。高溫計(jì)不擁有會(huì)磨損的部件，因而就不存在如使用溫度計(jì)所存在的連續(xù)費(fèi)用。特別是在很小的被測物體，如用接觸測量，由于物體的導(dǎo)熱性將產(chǎn)生很大的測量誤差。這里可毫無疑問的使用高溫計(jì)，及用于腐蝕性的化學(xué)物或敏感的表層，如在油漆，紙張和塑料軌上。通過遠(yuǎn)距離的搖控測量，可遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，使操作人員無危險(xiǎn)性。
二、紅外高溫計(jì)的原理構(gòu)造
把從被測物接收的紅外線，由透鏡經(jīng)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(chǎn)生一個(gè)與溫度成比例的電流或電壓信號(hào)，在此后相連接的電器部件中，把此溫度信號(hào)線性化，發(fā)射率區(qū)域的修正，及轉(zhuǎn)換成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)。
原理上有便攜式高溫計(jì)和固定式高溫計(jì)兩種，因此，在選擇合適的紅外高溫計(jì)用于不同的測量點(diǎn)時(shí)，以下的特征將是主要的：
1、瞄準(zhǔn)器
瞄準(zhǔn)器有此作用，高溫計(jì)所指的測量塊或測量點(diǎn)可以看見，大面積的被測物可以經(jīng)常不要瞄準(zhǔn)器。在小的被測物和較遠(yuǎn)的測量距離時(shí)，瞄準(zhǔn)器以透光鏡形式帶有儀表板刻度或激光指向點(diǎn)是值得推薦的。
2、透鏡
透鏡確定高溫計(jì)的被測點(diǎn)，對大面積的物體來說，一般帶有固定焦距的高溫計(jì)足夠可以。但在測量距離遠(yuǎn)離聚焦點(diǎn)時(shí)，測量點(diǎn)邊緣的圖像將不清楚。為此，采用變焦鏡更好，在所給予的變焦范圍內(nèi)，高溫計(jì)可調(diào)整測量距離，最新的高溫計(jì)帶有變焦的可替換鏡頭，近透鏡和遠(yuǎn)透鏡可不需校準(zhǔn)復(fù)檢進(jìn)行更換。
3、傳感器，即光譜接收器
溫度是與波長成反比的。在低物體溫度時(shí)，對長波光譜區(qū)域敏感的傳感器（熱膜傳感器或熱電傳感器）是很合適的，在高溫度時(shí)，將用對短波敏感受的，由鍺，硅，銦-鎵等組成的光電傳感器。
在選擇光譜敏感性時(shí)，還要考慮對氫氣和二氧化碳的吸收光譜帶。在一定的波長范圍內(nèi)，即所謂的“大氣層窗”，H2和CO2對紅外線幾乎是穿透的，因此高溫計(jì)的光變敏感性必須在此范圍內(nèi)，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(shí)，還要考慮到這些材料在一定波長內(nèi)不易穿透的。為了避免背景光線引起的測量誤差，運(yùn)用相宜的，只接收表面溫度的傳感器，金屬有此物理特性，發(fā)射率隨著波長的減小而增大，經(jīng)驗(yàn)而談，測量金屬的溫度，一般選擇最短的測量波長。
三、發(fā)展趨向
如許多的傳感技術(shù)領(lǐng)域，高溫計(jì)的發(fā)展趨向也走向小型的，精巧的造型，圓型的，帶有中央螺紋的外殼是最理想地安裝于機(jī)器和設(shè)備的造型，這一發(fā)展趨向的實(shí)現(xiàn)，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，愈來愈精致的電器部件濃縮于愈來愈小的空間。與過去模擬技術(shù)相比，通過微控件的應(yīng)用，提高了檢波器信號(hào)線性化高度的精密性，因而也提高了儀器的精確度。
市場供應(yīng)需要快速的，價(jià)廉的測量值接收，它能直接輸出一個(gè)與溫度成比例的，線性的電流/電壓信號(hào)，測量值得處理，如平整功能，特殊值儲(chǔ)存，或邊界接觸將放置在智能顯示器，調(diào)節(jié)器或SPS（程序控制器）上，通過電纜外接的發(fā)射率調(diào)整，可以危險(xiǎn)區(qū)外，即便機(jī)器開動(dòng)著，也可修正，這時(shí)也可由SPS來調(diào)整。
通過身控件的運(yùn)用，現(xiàn)在可毫無問題地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線接口，但網(wǎng)絡(luò)連接至今還未實(shí)現(xiàn)，對信號(hào)的繼續(xù)處理，還延用過去的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)。在檢波器段，用了新的材料作光電傳感器，證實(shí)了敏感性的提高，乃至分辨率的提高。在熱膜傳感器中，新的傳感器只需要更短的調(diào)整時(shí)間，帶瞄準(zhǔn)器高溫計(jì)的最新發(fā)展，是變焦的更換鏡頭，不用校準(zhǔn)復(fù)檢即可替換，對不同的測量位置用同一基礎(chǔ)儀器，節(jié)約了倉庫管理費(fèi)用。
四、選擇高溫計(jì)的主要標(biāo)準(zhǔn)
高溫計(jì)的運(yùn)用主要由測量范圍所決定，不論是測量電壓，還是測量區(qū)域的始值，都應(yīng)與測量工作的要求相符，選擇愈大的測量電壓，分辨率就俞小，因而準(zhǔn)確性就差，特別在低測量溫度始值時(shí)，選用大的測量電壓，準(zhǔn)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(qū)域的始值時(shí)決定了光譜的敏感性，以至也決定了檢波器的型號(hào)，測量的誤差由于發(fā)射率的錯(cuò)誤調(diào)整，在短波的傳感器要明顯地比長波傳感器小，所以在熱膜傳感器（8～14μm）800℃時(shí)，由于發(fā)射率的錯(cuò)誤調(diào)整所引起的測量誤差，將五倍的大于鍺-光電二級管的傳感器（1,1～1,6μm）。鍺-光電二級管的傳感器容許的測量范圍從大約250℃起。
舉例說明，在陶瓷工業(yè)或發(fā)電廠的燃燒過程，測量范圍通常在0～1300℃。為了避免大的誤差產(chǎn)生，應(yīng)該選用短波檢波器的高溫計(jì)。盡管它的高測溫值從250～1300℃
另一個(gè)選擇合適高溫計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是間距比例。這里指的是測量距離和測量點(diǎn)直徑的比例關(guān)系，如果被測物小，測量距離大，或所謂的“熱點(diǎn)”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(diǎn)，由于傳感器對測量點(diǎn)的是間值有一個(gè)穩(wěn)定的輸出信號(hào)，固選用小的間距比例。
另外要確定的是，高溫計(jì)是否帶瞄準(zhǔn)器裝置，因?yàn)槊闇?zhǔn)器裝置將提高50%的成本，這里關(guān)鍵是一個(gè)價(jià)錢的部下，在大面積的測量物體時(shí)，通?？梢圆灰M裝進(jìn)瞄準(zhǔn)器，代之的是一個(gè)外接的瞄準(zhǔn)器，它將用于高溫計(jì)在安裝時(shí)的矯正，這樣就有價(jià)格上優(yōu)勢，眾多的測量處只需一個(gè)瞄準(zhǔn)器。
對小的測量物體或者遠(yuǎn)離的測量距離就需隨時(shí)能瞄準(zhǔn)的可能。在一個(gè)帶儀表板刻度的透光鏡，人們可看清測量點(diǎn)的實(shí)際大小，價(jià)格便宜的是用激光指向點(diǎn)，但它只能逐點(diǎn)進(jìn)行測量，在測量閉式爐等相似類時(shí)，需要一個(gè)透視窗。
由此需要決定，高溫計(jì)是否需要，及南非要哪些功能？如平整功能，特殊值儲(chǔ)存，邊界接觸或電腦接口，為了高溫計(jì)的相適于測量物表面，發(fā)射率調(diào)整的可能有性是必須的，其他的功能可以價(jià)廉地通過連接記錄儀，調(diào)節(jié)器或程控機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
此外，對某些運(yùn)用來說，外型結(jié)構(gòu)也是決定因素，在較高的環(huán)境溫度下，高溫計(jì)以鏡頭只帶光學(xué)部分，由光導(dǎo)電纜連接電器部分，放置于遠(yuǎn)離高溫地帶，優(yōu)點(diǎn)在于，可以節(jié)約冷卻裝置。
最后是高溫計(jì)型號(hào)，是光譜高溫計(jì)，還是比率（雙色）高溫計(jì)，光譜高溫計(jì)接收一個(gè)波長的輻射密度，與此不同的是比率高溫計(jì)帶雙重傳感器二個(gè)單一的傳感器，它將測量二個(gè)不同波長的輻射密度，這二個(gè)檢波器信號(hào)的比便再現(xiàn)溫度的比例關(guān)系，由于中間介質(zhì)如蒸汽，灰塵在高溫計(jì)的輻射內(nèi)，或發(fā)射率的變動(dòng)，至一定的范圍內(nèi)，這二條線路不顯示信號(hào)變動(dòng)。但單色光譜高溫計(jì)將馬上顯示此變動(dòng)，故此率高溫計(jì)優(yōu)先用行管式轉(zhuǎn)爐或在金屬制造和加工業(yè)中，輻射干擾較嚴(yán)重的場合。
由被測物輻射的紅外線所進(jìn)行溫度測量的測試儀器，按照德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN16160被稱為輻射溫度計(jì)，輻射高溫計(jì)或紅外測溫儀。這些名稱也適用于那些由被測體輻射的可見彩色射線所進(jìn)行溫度測量的儀器，及由相對頻譜的輻射密度導(dǎo)出溫度的儀器。
一、紅外測溫儀溫度測量的優(yōu)點(diǎn)
通過接收被測體輻射的紅外線而進(jìn)行的非接觸溫度測量有很多的優(yōu)點(diǎn)。這樣那些難以接觸到或運(yùn)動(dòng)著的物體就可毫無問題的進(jìn)行溫度測量，如傳熱性能差的或很小的熱容量材料。紅外高溫計(jì)很短的響應(yīng)時(shí)間能快速地實(shí)現(xiàn)有效調(diào)節(jié)回路。高溫計(jì)不擁有會(huì)磨損的部件，因而就不存在如使用溫度計(jì)所存在的連續(xù)費(fèi)用。特別是在很小的被測物體，如用接觸測量，由于物體的導(dǎo)熱性將產(chǎn)生很大的測量誤差。這里可毫無疑問的使用高溫計(jì)，及用于腐蝕性的化學(xué)物或敏感的表層，如在油漆，紙張和塑料軌上。通過遠(yuǎn)距離的搖控測量，可遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，使操作人員無危險(xiǎn)性。
二、紅外高溫計(jì)的原理構(gòu)造
把從被測物接收的紅外線，由透鏡經(jīng)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(chǎn)生一個(gè)與溫度成比例的電流或電壓信號(hào)，在此后相連接的電器部件中，把此溫度信號(hào)線性化，發(fā)射率區(qū)域的修正，及轉(zhuǎn)換成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)。
原理上有便攜式高溫計(jì)和固定式高溫計(jì)兩種，因此，在選擇合適的紅外高溫計(jì)用于不同的測量點(diǎn)時(shí)，以下的特征將是主要的：
1、瞄準(zhǔn)器
瞄準(zhǔn)器有此作用，高溫計(jì)所指的測量塊或測量點(diǎn)可以看見，大面積的被測物可以經(jīng)常不要瞄準(zhǔn)器。在小的被測物和較遠(yuǎn)的測量距離時(shí)，瞄準(zhǔn)器以透光鏡形式帶有儀表板刻度或激光指向點(diǎn)是值得推薦的。
2、透鏡
透鏡確定高溫計(jì)的被測點(diǎn)，對大面積的物體來說，一般帶有固定焦距的高溫計(jì)足夠可以。但在測量距離遠(yuǎn)離聚焦點(diǎn)時(shí)，測量點(diǎn)邊緣的圖像將不清楚。為此，采用變焦鏡更好，在所給予的變焦范圍內(nèi)，高溫計(jì)可調(diào)整測量距離，最新的高溫計(jì)帶有變焦的可替換鏡頭，近透鏡和遠(yuǎn)透鏡可不需校準(zhǔn)復(fù)檢進(jìn)行更換。
3、傳感器，即光譜接收器
溫度是與波長成反比的。在低物體溫度時(shí)，對長波光譜區(qū)域敏感的傳感器（熱膜傳感器或熱電傳感器）是很合適的，在高溫度時(shí)，將用對短波敏感受的，由鍺，硅，銦-鎵等組成的光電傳感器。
在選擇光譜敏感性時(shí)，還要考慮對氫氣和二氧化碳的吸收光譜帶。在一定的波長范圍內(nèi)，即所謂的“大氣層窗”，H2和CO2對紅外線幾乎是穿透的，因此高溫計(jì)的光變敏感性必須在此范圍內(nèi)，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(shí)，還要考慮到這些材料在一定波長內(nèi)不易穿透的。為了避免背景光線引起的測量誤差，運(yùn)用相宜的，只接收表面溫度的傳感器，金屬有此物理特性，發(fā)射率隨著波長的減小而增大，經(jīng)驗(yàn)而談，測量金屬的溫度，一般選擇最短的測量波長。
三、發(fā)展趨向
如許多的傳感技術(shù)領(lǐng)域，高溫計(jì)的發(fā)展趨向也走向小型的，精巧的造型，圓型的，帶有中央螺紋的外殼是最理想地安裝于機(jī)器和設(shè)備的造型，這一發(fā)展趨向的實(shí)現(xiàn)，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，愈來愈精致的電器部件濃縮于愈來愈小的空間。與過去模擬技術(shù)相比，通過微控件的應(yīng)用，提高了檢波器信號(hào)線性化高度的精密性，因而也提高了儀器的精確度。
市場供應(yīng)需要快速的，價(jià)廉的測量值接收，它能直接輸出一個(gè)與溫度成比例的，線性的電流/電壓信號(hào)，測量值得處理，如平整功能，特殊值儲(chǔ)存，或邊界接觸將放置在智能顯示器，調(diào)節(jié)器或SPS（程序控制器）上，通過電纜外接的發(fā)射率調(diào)整，可以危險(xiǎn)區(qū)外，即便機(jī)器開動(dòng)著，也可修正，這時(shí)也可由SPS來調(diào)整。
通過身控件的運(yùn)用，現(xiàn)在可毫無問題地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線接口，但網(wǎng)絡(luò)連接至今還未實(shí)現(xiàn)，對信號(hào)的繼續(xù)處理，還延用過去的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)。在檢波器段，用了新的材料作光電傳感器，證實(shí)了敏感性的提高，乃至分辨率的提高。在熱膜傳感器中，新的傳感器只需要更短的調(diào)整時(shí)間，帶瞄準(zhǔn)器高溫計(jì)的最新發(fā)展，是變焦的更換鏡頭，不用校準(zhǔn)復(fù)檢即可替換，對不同的測量位置用同一基礎(chǔ)儀器，節(jié)約了倉庫管理費(fèi)用。
四、選擇高溫計(jì)的主要標(biāo)準(zhǔn)
高溫計(jì)的運(yùn)用主要由測量范圍所決定，不論是測量電壓，還是測量區(qū)域的始值，都應(yīng)與測量工作的要求相符，選擇愈大的測量電壓，分辨率就俞小，因而準(zhǔn)確性就差，特別在低測量溫度始值時(shí)，選用大的測量電壓，準(zhǔn)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(qū)域的始值時(shí)決定了光譜的敏感性，以至也決定了檢波器的型號(hào)，測量的誤差由于發(fā)射率的錯(cuò)誤調(diào)整，在短波的傳感器要明顯地比長波傳感器小，所以在熱膜傳感器（8～14μm）800℃時(shí)，由于發(fā)射率的錯(cuò)誤調(diào)整所引起的測量誤差，將五倍的大于鍺-光電二級管的傳感器（1,1～1,6μm）。鍺-光電二級管的傳感器容許的測量范圍從大約250℃起。
舉例說明，在陶瓷工業(yè)或發(fā)電廠的燃燒過程，測量范圍通常在0～1300℃。為了避免大的誤差產(chǎn)生，應(yīng)該選用短波檢波器的高溫計(jì)。盡管它的高測溫值從250～1300℃
另一個(gè)選擇合適高溫計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是間距比例。這里指的是測量距離和測量點(diǎn)直徑的比例關(guān)系，如果被測物小，測量距離大，或所謂的“熱點(diǎn)”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(diǎn)，由于傳感器對測量點(diǎn)的是間值有一個(gè)穩(wěn)定的輸出信號(hào)，固選用小的間距比例。
另外要確定的是，高溫計(jì)是否帶瞄準(zhǔn)器裝置，因?yàn)槊闇?zhǔn)器裝置將提高50%的成本，這里關(guān)鍵是一個(gè)價(jià)錢的部下，在大面積的測量物體時(shí)，通?？梢圆灰M裝進(jìn)瞄準(zhǔn)器，代之的是一個(gè)外接的瞄準(zhǔn)器，它將用于高溫計(jì)在安裝時(shí)的矯正，這樣就有價(jià)格上優(yōu)勢，眾多的測量處只需一個(gè)瞄準(zhǔn)器。
對小的測量物體或者遠(yuǎn)離的測量距離就需隨時(shí)能瞄準(zhǔn)的可能。在一個(gè)帶儀表板刻度的透光鏡，人們可看清測量點(diǎn)的實(shí)際大小，價(jià)格便宜的是用激光指向點(diǎn)，但它只能逐點(diǎn)進(jìn)行測量，在測量閉式爐等相似類時(shí)，需要一個(gè)透視窗。
由此需要決定，高溫計(jì)是否需要，及南非要哪些功能？如平整功能，特殊值儲(chǔ)存，邊界接觸或電腦接口，為了高溫計(jì)的相適于測量物表面，發(fā)射率調(diào)整的可能有性是必須的，其他的功能可以價(jià)廉地通過連接記錄儀，調(diào)節(jié)器或程控機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
此外，對某些運(yùn)用來說，外型結(jié)構(gòu)也是決定因素，在較高的環(huán)境溫度下，高溫計(jì)以鏡頭只帶光學(xué)部分，由光導(dǎo)電纜連接電器部分，放置于遠(yuǎn)離高溫地帶，優(yōu)點(diǎn)在于，可以節(jié)約冷卻裝置。
最后是高溫計(jì)型號(hào)，是光譜高溫計(jì)，還是比率（雙色）高溫計(jì)，光譜高溫計(jì)接收一個(gè)波長的輻射密度，與此不同的是比率高溫計(jì)帶雙重傳感器二個(gè)單一的傳感器，它將測量二個(gè)不同波長的輻射密度，這二個(gè)檢波器信號(hào)的比便再現(xiàn)溫度的比例關(guān)系，由于中間介質(zhì)如蒸汽，灰塵在高溫計(jì)的輻射內(nèi)，或發(fā)射率的變動(dòng)，至一定的范圍內(nèi)，這二條線路不顯示信號(hào)變動(dòng)。但單色光譜高溫計(jì)將馬上顯示此變動(dòng)，故此率高溫計(jì)優(yōu)先用行管式轉(zhuǎn)爐或在金屬制造和加工業(yè)中，輻射干擾較嚴(yán)重的場合。
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