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红外测温仪技术在产品质量控制和监测

发布时间:2019/8/31 14:24:23 访问次数:2904

红外测温仪技术在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断、安全保护以及节约能源等方面发挥了正在发挥着重要作用。近二十年来,非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展,性能不断提高,适用范围也不断扩大,市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法,红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。

选择红外测温仪可分为三个方面:


1.性能指标方面:如温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、响应时间等;

2.环境和工作条件方面,如环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等;

3.其他选择方面,如使用方便、维修和校准性能以及价格等,也对测温仪的选择产生一定的影响。随着技术和不断发展,红外测温仪最佳设计和新进展为用户提供了各种功能和多用途的仪器,扩大了选择余地。

确定测温范围:测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。因此,用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全,既不要过窄,也不要过宽。根据黑体辐射定律,在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化,因此,用户只需要购买在自己测量温度内的测温仪。


确定目标尺寸:红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪(辐射比色测温仪)。对于单色测温仪,在进行测温时,被测目标面积应充满热像仪视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小于视场,背景辐射能量就会进入测温仪的视声符支干扰测温读数,造成误差。相反,如果目标大于测温仪的视场,测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响。

确定光学分辨率(距离系灵敏)

光学分辨率由D与S之比确定,是红外线测温仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处,而又要测量小的目标,就应选择高光学分辨率的红外测温仪。光学分辨率越高,即增大D:S比值,红外测温仪的成本也越高。

在密封的或危险的材料应用中(如容器或真空箱),红外测温仪通过窗口进行观测。材料必须有足够的强度并能通过所用测温仪的工作波长范围。还要确定操作工是否也需要通过窗口进行观察,因此要选择合适的安装位置和窗口材料,避免相互影响。在低温测量应用中,通常用Ge或Si材料作为窗口,不透可见光,人眼不能通过窗口观察目标。如操作员需要通过窗口目标,应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料,如应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料,如ZnSe或 BaF2等作为窗口材料。

确定响应时间:响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度,定义为到达最后读数的95%能量所需要时间,它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。现在的红外测温仪的反映速度都很快。这要比接触式测温方法快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时,要选用快速响应红外测温仪,否则达不到足够的信号响应,会降低测量精度。然而,并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时,测温仪的响应时间就可以放宽要求了。因此,红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。

环境条件考虑:红外测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响,应加以考虑并适当解决,否则会影响测温精度甚至引起红外测温仪的损坏。当环境温度过高、存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下,可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护红外测温仪,实现准确测温。在确定附件时,应尽可能要求标准化服务,以降低安装成本。


选择红外辐射测温仪的工作波长/工作波段,是仪器设计者首先要考虑的问题。选择工作波长的依据是多方面的。


●依据测温范围确定工作波长

普朗克辐射定律显示,对接近于黑体的物体来说,温度越高辐射的能量越大,且峰值波长随温度提高向短波方向移动。因此从能量利用的角度考虑,高温测量一般选用短波,低温测量选用长波,中温测量介于二者之间。

●依据物体发射率来确定工作波长

一般来说,被测量的物体是各式各样的。一种测温仪不可能同时满足各种被测物体的要求。对于那些既不是黑体又不是灰体的物体来说,其工作波长的选择就不能只根据测量范围来确定,而主要根据被测物体发射率随波长变化的情况来确定。

●依据大气传输谱确定工作波长

红外辐射测温仪接收被测物体的辐射能量,要通过中间大气。为减少大气吸收对测量结果的影响,选用工作波长除考虑上述因素外,还要注意选用大气透过辐射的一些窗口。所谓大气透过窗口不是绝对不吸收,随着距离的增加透过率会降低,当然,这里说的距离是以百米计,至于几米的距离不会产生明显的影响;这里说的大气窗口是指大气中不含有大量水汽、烟雾、尘埃。

选择红外辐射测温仪的工作波长,简单讲低温用8~14,高温用0.8~1.0μm。其它温区可选用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由于有些材料在一定波长上是透明的,红外能量会穿透这些材料,对这种材料应选择特殊的波长。


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红外测温仪技术在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断、安全保护以及节约能源等方面发挥了正在发挥着重要作用。近二十年来,非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展,性能不断提高,适用范围也不断扩大,市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法,红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。

选择红外测温仪可分为三个方面:


1.性能指标方面:如温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、响应时间等;

2.环境和工作条件方面,如环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等;

3.其他选择方面,如使用方便、维修和校准性能以及价格等,也对测温仪的选择产生一定的影响。随着技术和不断发展,红外测温仪最佳设计和新进展为用户提供了各种功能和多用途的仪器,扩大了选择余地。

确定测温范围:测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。因此,用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全,既不要过窄,也不要过宽。根据黑体辐射定律,在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化,因此,用户只需要购买在自己测量温度内的测温仪。


确定目标尺寸:红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪(辐射比色测温仪)。对于单色测温仪,在进行测温时,被测目标面积应充满热像仪视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小于视场,背景辐射能量就会进入测温仪的视声符支干扰测温读数,造成误差。相反,如果目标大于测温仪的视场,测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响。

确定光学分辨率(距离系灵敏)

光学分辨率由D与S之比确定,是红外线测温仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处,而又要测量小的目标,就应选择高光学分辨率的红外测温仪。光学分辨率越高,即增大D:S比值,红外测温仪的成本也越高。

在密封的或危险的材料应用中(如容器或真空箱),红外测温仪通过窗口进行观测。材料必须有足够的强度并能通过所用测温仪的工作波长范围。还要确定操作工是否也需要通过窗口进行观察,因此要选择合适的安装位置和窗口材料,避免相互影响。在低温测量应用中,通常用Ge或Si材料作为窗口,不透可见光,人眼不能通过窗口观察目标。如操作员需要通过窗口目标,应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料,如应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料,如ZnSe或 BaF2等作为窗口材料。

确定响应时间:响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度,定义为到达最后读数的95%能量所需要时间,它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。现在的红外测温仪的反映速度都很快。这要比接触式测温方法快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时,要选用快速响应红外测温仪,否则达不到足够的信号响应,会降低测量精度。然而,并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时,测温仪的响应时间就可以放宽要求了。因此,红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。

环境条件考虑:红外测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响,应加以考虑并适当解决,否则会影响测温精度甚至引起红外测温仪的损坏。当环境温度过高、存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下,可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护红外测温仪,实现准确测温。在确定附件时,应尽可能要求标准化服务,以降低安装成本。


选择红外辐射测温仪的工作波长/工作波段,是仪器设计者首先要考虑的问题。选择工作波长的依据是多方面的。


●依据测温范围确定工作波长

普朗克辐射定律显示,对接近于黑体的物体来说,温度越高辐射的能量越大,且峰值波长随温度提高向短波方向移动。因此从能量利用的角度考虑,高温测量一般选用短波,低温测量选用长波,中温测量介于二者之间。

●依据物体发射率来确定工作波长

一般来说,被测量的物体是各式各样的。一种测温仪不可能同时满足各种被测物体的要求。对于那些既不是黑体又不是灰体的物体来说,其工作波长的选择就不能只根据测量范围来确定,而主要根据被测物体发射率随波长变化的情况来确定。

●依据大气传输谱确定工作波长

红外辐射测温仪接收被测物体的辐射能量,要通过中间大气。为减少大气吸收对测量结果的影响,选用工作波长除考虑上述因素外,还要注意选用大气透过辐射的一些窗口。所谓大气透过窗口不是绝对不吸收,随着距离的增加透过率会降低,当然,这里说的距离是以百米计,至于几米的距离不会产生明显的影响;这里说的大气窗口是指大气中不含有大量水汽、烟雾、尘埃。

选择红外辐射测温仪的工作波长,简单讲低温用8~14,高温用0.8~1.0μm。其它温区可选用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由于有些材料在一定波长上是透明的,红外能量会穿透这些材料,对这种材料应选择特殊的波长。


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