1、畢業(yè)設計（論文）題目非接觸式紅外測溫儀學生姓名：李林指導教師：李宏升理學院應用物理學專業(yè)061班word文檔可自由復制編輯非接觸式紅外測溫儀學生姓名：李林所在專業(yè)：應用物理學班級：061指導教師：李宏升中請學位：學士論文提交日期20xx -xx-xx論文答辯日期20xx -xx-xx學位授予單位:青島理工大學word文檔可自由復制編輯 摘要：本文結合國內外紅外技術的發(fā)展和應用，簡紹了紅外技術的基 礎理論，闡述了紅外熱像儀的工作原理、發(fā)展和分類。以及紅外測溫 儀的原理和實現(xiàn)。關鍵詞：黑體輻射、紅外測溫儀、普朗克定律、熱像儀。目錄內容摘要第一章概述 第二章紅外基礎理論2. 1掃像儀原理2.2熱像儀

2、的發(fā)展2. 3熱像儀分類第三章紅外測溫儀的原理及實現(xiàn)3. 1紅外測溫儀的種類3.2紅外測溫儀的工作原理3. 3紅外測溫儀的性能第四章紅外測溫儀的選擇4. 1確定測溫范圍4.2確定目標尺寸4.3確定距離系數(shù)（光學分辨 率）4.4確定波長范圍4.5確定響應時間4.6信號處理功能word文檔可自由復制編輯4. 7環(huán)境每件考慮4. 8紅外測溫儀的優(yōu)點4. 9紅外測溫儀的缺點4. 10使用注意事項第五章結束語參考文獻第一章概述紅外測溫技術在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質量控制和監(jiān)測，設備在線故障 診斷和安全保護以及節(jié) 約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。近20年來，非接觸紅外測溫儀 在技術上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，

3、功能不斷增強，品種不斷 增多，適用范圍也不斷擴大，市場占有率逐年增長。比起接觸式測溫 方法，紅外測溫有著響應時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等 優(yōu)點。非接觸紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列， 并備有各種選件和計算機軟件，每一系列中又有各種型號及規(guī)格。 在不同規(guī)格的各種型號測溫儀中，正確選擇紅外測溫儀型號對用戶來 說是十分重要的。紅外檢測技術是“九五”國家科技成果重點推廣項目，紅外檢測 是一種在線監(jiān)測（不停電）式高科技檢測技術，它集光電成像技 術、計算機技術、圖像處理技術于一身，通過接收物體發(fā)出的紅外線（紅外輻射），將其熱像顯示在熒光屏上，從而準確判斷物體表面 的溫度分布情況，具

4、有準確、實時、快速等優(yōu)點。任何物體由于其自word文檔可自由復制編輯身分子的運動，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定 的溫度場，俗稱“熱像”。紅外診斷技術正是通過吸收這種紅外輻射 能量，測出設備表面的溫度及溫度場的分布，從而判斷設備發(fā)熱情 況。目前應用 紅外診技術的測試設備比較多，如紅外測溫儀、紅外熱 電視、紅外熱 像儀等等。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設備利用熱成 像技術將這種看不見的“熱像”轉變成可見光圖像，使測試效果直 觀，靈敏度高，能檢測出設備細微的熱狀態(tài)變化，準確反映設備內 部、外部的發(fā)熱情況，可靠性高，對發(fā)現(xiàn)設備隱患非常有效。紅外 診斷技術對電氣設備的早期故障缺陷及絕緣性

5、能做出可靠的預測，使 傳統(tǒng)電氣設備的預防性試驗維修（預防試驗是50年代引進前蘇聯(lián) 的標準）提高到預知狀態(tài)檢修，這也是現(xiàn)代電力企業(yè)發(fā)展的方向。 特別是現(xiàn)在大機組、超高電壓的發(fā)展，對電力系統(tǒng)的可靠運行，關系 到電網(wǎng)的穩(wěn)定，提出了越來越高的要求。隨著現(xiàn)代科學技術不斷發(fā)展 成熟與日益完善，利用紅外狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術具有遠距離、不接 觸、不取樣、不解體，又具有準確、快速、直觀等特點，實時地在線 監(jiān)測和診斷電氣設備大多數(shù)故障（幾乎可以覆蓋所有電氣設備各種 故障的檢測）。它備受國內外電力行業(yè)的重視（國外70年代后期 普遍應用的一種先進狀態(tài)檢修體制），并得到快速發(fā)展。紅外檢測 技術的應用，對提高電氣設備的可靠

6、性與有效性，提高運行經(jīng)濟效 益，降低維修成 本都有很重要的意義。是目前在預知檢修領域中普 遍推廣的一種很好手段，又能使維修水平和設備的健康水平上一個臺 階。word文檔可自由復制編輯采用紅外成像檢測技術可以對正在運行的設備進行非接觸檢測， 拍攝其溫度場的分布、測量任何部位的溫度值，據(jù)此對各種外部及內 部故障進行診斷，具有實時、遙測、直觀和定量測溫等優(yōu)點，用來檢 測發(fā)電廠、變電所和輸電線路的運轉設備和帶電設備非常方便、有 效。利用熱像儀檢測在線電氣設備的方法是紅外溫度記錄法。紅外溫 度記錄法是工業(yè)上用來無損探測，檢測設備性能和掌握其運行狀態(tài)的 一項新技術。與傳統(tǒng)的測溫方式（如熱電偶、不同熔點的蠟

7、片等放 置在被測物表面或體內）相比，熱像儀可在一定距離內實時、定 量、在 線檢測發(fā)熱點的溫度，通過掃描，還可以繪出設備在運行中 的溫度梯度熱像圖，而且靈敏度高，不受電磁場干擾，便于現(xiàn)場使 用。它可以在-20 C2000C的寬量程內以0. 05 C的高分辨率檢 測電氣設備的熱致故障，揭示出如導線接頭或線夾發(fā)熱，以及電氣設 備中的局部過熱帶電設備的紅外診斷技術是一門新興的學科。它是利用帶電設備的致 熱效應，采用專用設備獲取從設備表面發(fā)出的紅外輻射信息，進而判 斷設備狀況和缺陷性質的一門綜合技術。第二章紅外基礎理論1672年，人們發(fā)現(xiàn)太陽光（白光）是由各種顏色的光復合而成，word文檔可自由復制編輯

8、 同時，牛頓做出了單色光在性質上比白色光更簡單的著名結論。使用 分光棱鏡就把太陽光（白光）分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等 各色單色光。1800年，英國物理學家F. W.赫胥爾從熱的觀 點來 研究各種色光時，發(fā)現(xiàn)了紅外線。他在研究各種色光的熱量時，有意 地把暗室的唯一的窗戶用暗板堵住，并在板上開了一個矩形孔，孔內 裝一個分光棱鏡。當太陽光通過棱鏡時，便被分解為彩色光帶，并用 溫度計去測量光帶中不同顏色所含的熱量。為了與環(huán)境溫度進行 比 較，赫胥爾用在彩色光帶附近放幾支作為比較用的溫度計來測定周圍 環(huán)境溫度。試驗中，他偶然發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象：放在光帶紅光外 的 一支溫度計，比室內其他溫度的批示

9、數(shù)值高。經(jīng)過反復試驗，這個 所 謂熱量最多的高溫區(qū)，總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。于是他 宣布太陽發(fā)出的輻射中除可見光線外，還有一種人眼看不見的“熱 線”,這種看不見的“熱線”位于紅色光外側，叫做紅外線。紅外線 是一種電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的本質，紅外線的發(fā)現(xiàn) 是人類對自然認識的一次飛躍，對研究、利用和發(fā)展紅外技術領域開 辟了一條全新的廣闊道路。紅外線的波長在0. 76100 um之間，按波長的范圍可分為近紅夕卜、中紅外、遠紅外、極遠紅外四類，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位 置 是處于無線電波與可見光之間的區(qū)域。紅外線輻射是自然界存在的 一種最為廣泛的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)

10、環(huán)境下都會產(chǎn) 生自身的分子和原子無規(guī)則的運動，并不停地輻射出熱紅外能量， 分子和原子的運動愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈 小。溫度在絕對零度以上的物體，都會因自身的分子運動而輻射出紅 外線。通過紅外探測器將物體輻射的功率信號轉換成電信號后，成像 裝置的輸出信號就可以完全一一對應地模擬掃描物體表面溫度的空間 分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應 的熱像圖。運用這一方法，便能實現(xiàn)對目標進行遠距離熱狀態(tài)圖像成 像和測溫并進行分析判斷。word文檔可自由復制編輯2.1熱像儀原理紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學成像物鏡和 光機掃描系統(tǒng)（目前先進的焦平面技術則省去了光機

11、掃描系統(tǒng)）接受被測目標的紅 外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，在光學系統(tǒng)和紅 外探測器之間，有一個光機掃描機構（焦平面熱像儀無此機構）對被 測物體的紅外熱像進行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測 器將紅外輻射能轉換成電信號，經(jīng)放大處理、轉換或標準視頻信號通 過電視屏或監(jiān)測器顯示紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布 場相對應；實質上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于 信號非常弱，與可見光圖像相比，缺少層次和立體感，因此，在實際 動作過程中為更有效地判斷被測目標的紅外熱分布場，常采用一些輔 助措施來增加儀器的實用功能，如圖像亮度、對比度的控制，實標校 正，偽色彩描繪

12、等技術2. 2熱像儀的發(fā)展1800年，英國物理學家F. W.赫胥爾發(fā)現(xiàn)了紅外線，從 此開 辟了人類應用紅外技術的廣闊道路。在第二次世界大戰(zhàn)中，德國人 用紅外變像管作為光電轉換器件，研制出了主動式夜視儀和紅外通信設備,為紅外技術的發(fā)展奠定了基礎。二次世界大戰(zhàn)后，首先由美國德克薩蘭儀器公司經(jīng)過近一年的探索，開發(fā)研制的第一代用于軍事領 域的紅外成像裝置，稱之為紅外尋視系 統(tǒng)（FLIR）,它是利用光學 機械系統(tǒng)對被測目標的紅外輻射掃描。由光子探測器接收兩維紅外輻 射跡象，經(jīng)光電轉換及一系列儀器處理，形成視頻圖像信號。這種系word文檔可自由復制編輯 統(tǒng)、原始的形式是一種非實時的自動溫度分布記錄儀，后來

13、隨著五十 年代殊化鋼和錯摻汞光子探測器的發(fā)展，才開始出現(xiàn)高速掃描及實時 顯示目標熱圖像的系統(tǒng)。六十年代早期，瑞典AGA公司研制成功第二代紅外成像裝置， 它是在紅外尋視系統(tǒng)的基礎上以增加了測溫的功能，稱之為紅外熱像 儀。開始由于保密的原因，在發(fā)達的國家中也僅限于軍用，投入應 用的熱成像裝置可的黑夜或濃厚幕云霧中探測對方的目標，探測偽裝 的目標和高速運動的目標。由于有國家經(jīng)費的支撐，投入的研制開 發(fā)費用很大，儀器的成本也很高。以后考慮到在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的實 用性，結合工業(yè)紅外探測的特點，采取壓縮儀器造價。降低生產(chǎn)成 本并根據(jù)民用的要求，通過減小掃描速度來提高圖像分辨率等措施逐 漸發(fā)展到民用領域。六

14、十年代中期，AGA公司研制出第一套工業(yè)用的實時成像系統(tǒng) （THV）,該系統(tǒng)由液氮致冷，110V電源電壓供電，重約35公斤， 因此使用中便攜性很差，經(jīng)過對儀器的幾代改進，1986年研制的紅 外熱像儀已無需液氮或高壓氣，而以熱電方式致冷，可用電池供 電；1988年推出的全功能熱像儀，將溫度的測量、修改、分析、圖像 采集、存儲合于一體，重量小于7公斤，儀器的功能、精度和可靠 性都得到了顯著的提高。九十年代中期，美國FSI公司首先研制成功由軍用技術（FPA） 轉民用并商品化的新一紅外熱像儀（CCD）屬焦平面陣列式結構的一word文檔可自由復制編輯種凝成像裝置，技術功能更加先進，現(xiàn)場測溫時只需對準目標攝

15、取圖 像，并將上述信息存儲到機內的PC卡上，即完成全部操作，各種參 數(shù)的設定可回到室內用軟件進行修改和分析數(shù)據(jù)，最后直接得出檢測 報告，由于技術的改進和結構的改變，取代了復雜的機械掃描，儀器 重量已小于二公斤，使用中如同手持攝像機一樣，單手即可方便地操 作。如今，紅外熱成像系統(tǒng)己經(jīng)在電力、消防、石化以及醫(yī)療等領域得到了廣泛的應用。紅外熱像儀在世界經(jīng)濟的發(fā)展中正發(fā)揮著舉足輕 重的作用。2. 3掃像儀分類紅外熱像儀一般分光機掃描成像系統(tǒng)和非掃描成像系統(tǒng)。光機掃描成 像系統(tǒng)采用單元或多元(元數(shù)有8、10、16、23、48、55、60、120、180甚至更多)光電導或光伏紅外探測器，用單元探測器時速度

16、慢,主要是幀幅響應的時間不夠快，多元陣列探測器可做成高速實時熱像儀。非掃描成像的熱像儀,如近幾年推出的陣列式凝視成像的焦平面熱像儀，屬新一代的熱成像裝置,在性能上大大優(yōu)于光機掃描式熱像 儀，有逐步取代光機掃描式熱像儀的趨勢。其關鍵技術是探測器由單 片集成電路組成，被測目標的整個視野都聚焦 在上面，并且圖像更加 清晰，使用更加方便，儀器非常小巧輕便，同時具有自動調焦圖像凍 結，連續(xù)放大，點溫、線溫、等溫和語音注釋圖像等功能，儀器采用PC卡，存儲容量可高達500幅圖像。紅外熱電視是紅外熱像儀的一種。紅外熱電視是通過熱釋電攝像管(PEV)接受被測目標物體的表面紅外輻射，并把目標內熱輻射分word文檔

17、可自由復制編輯 布的不可見熱圖像轉變成視頻信號，因此，熱釋電攝像管是紅外熱電 視的光鍵器件，它是一種實時成像，寬譜成像（對35um及8 14 um有較好的頻率響應）具有中等分辨率的熱成像器件，主要由透 鏡、靶面和電子槍三部分組成。其技術功能是將被測目標的紅外輻射 線通過 透鏡聚焦成像到熱釋電攝像管，采用常溫熱電視探測器和電子 束掃描及靶面成像技術來實現(xiàn)的。熱像儀的主要參數(shù)有：2. 3. 1工作波段；工作波段是指紅外熱像儀中所選擇的紅外探測 器的響應波長區(qū)域，一般是35卩m或812u mo2. 3.2探測器類型；探測器類型是指使用的一種紅外器件。是采用單元或多元（元數(shù)8、 10、16、23、48

18、、55、60、120、180等）光電導或光伏紅外探測 器，其采用的元素有硫化鉛（PbS）、硒化鉛（PnSe）、確化鋼（InSb） 確鎘汞（HgCdTe）、碼錫鉛（PbSnTe）、錯 摻雜（Ge： X）和硅摻雜（Si ： X）等。2. 3.3掃描制式；一般為我國標準電視制式，PAL制式。2. 3.4顯示方式；指屏幕顯示是黑白顯示還是偽彩顯示。2. 3.5溫度測定范圍；指測定溫度的最低限與最高限的溫度值的 范圍2. 3.6測溫準確度；指紅外熱像儀測溫的最大誤差與儀器量程之 比的百分數(shù)。2. 3.7最大工作時間；紅外熱像儀允許連續(xù)的工作時間。第三章紅外測溫儀的原理及實現(xiàn)3. 1紅外測溫儀器的種類wo

19、rd文檔可自由復制編輯紅外測溫儀器主要有3種類型：紅外熱像儀、紅外熱電視、紅外測溫 儀（點溫儀）。60年代我國研制成功第一臺紅外測溫儀，1990年 以后又陸續(xù)生產(chǎn)小目標、遠距離、適合電業(yè)生產(chǎn)特點的測溫儀器，如 0TIRT- 1200D 型、OTHCWill型、OTHC-WV A 型。美國生產(chǎn)的 PM- 20、30、40、50、HAS-201 測溫儀；瑞典 AGA 公司 TPT20、 30、40、50等也有較廣泛的應用。DL-500E可以應用于110 500kV變電設備上，圖像清晰，溫度準確。紅外熱像儀，主要有日 本 TVS- 2000、TVS - 100,美國 PM-250,瑞典 AGA-TH

20、V51. 0 550、 570o3. 2紅外測溫儀工作原理了解紅外測溫儀的工作原理、技術指標、 環(huán)境工作條件及操作和維修等是用戶正確地選擇和使用紅外測溫儀的 基礎。紅外測溫儀由光學系統(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 學系統(tǒng)匯集其視場內的目標紅外輻射能 量，視場的大小由測溫儀的光學零件以及位置決定。紅外能量聚焦 在光電探測儀上并轉變?yōu)橄鄳碾娦盘枴Ｔ撔盘柦?jīng)過放大器和信號處 理電路按照儀器內部的算法和目標發(fā)射率校正后轉變?yōu)楸粶y目標的溫 度值。除此之外，還應考慮目標和測溫儀所在的環(huán)境條件，如溫 度、氣氛、污染和干擾等因素對性能指標的影響及修正方法。一切溫度高于絕對零度的

21、物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻 射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布一一與它的表 面溫度有著十分密切的關系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量word文檔 可自由復制編輯的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎。紅外測溫理論基礎(1) 紅外輻射(紅外線.紅外光)紅外線是電磁波譜中，波長0.76 U mlOOO u m范圍的電磁輻射，位于紅外光與無線電波之間。與可見光的反射、折射、干涉、衍 射和 偏振等特性相同。同時具有粒子性。對人的眼睛不敏感，要用對 紅外敏感的探測器才能接收到。紅外輻射的本質是熱輻射。熱輻射 包括紫外光、可見光輻射，但是在0. 7

22、6 unT40u hi紅外輻射熱效 應最大。自然界中一切溫度高于絕對零度的有生命和無生命的物體， 時時刻刻都在不停地輻射紅外線。輻射的量主要由物體的溫度和材料 本身的性質決定；特別熱輻射的強度及光譜成份取決于輻射體的溫 度。(2) 黑體輻射定律(1)黑體紅外輻射的基本規(guī)律揭示的是黑體發(fā)射的紅外熱輻 射隨溫度及波長的定量關系。黑體是一種理想物體， 它們在相同的溫度下都發(fā)出同樣的電磁波譜，而與黑 體的具體成分和形狀等特性無關。斯特藩和玻耳茲曼 通過實驗和計算得岀黑體輻射定律：Mo (T) T 4式中：Mo(T) 溫度為T時，單位時間從黑體單位面 積上輻射出的總輻射能，稱為總輻出度；一一斯特藩玻耳

23、茲曼常量；T 一一物體溫度。word文檔可自由復制編輯上式是黑體的熱輻射定律。實際物體(非黑體)的輻 射定律一般比較復雜，需借助于黑體的輻射定律來研究。設被測物體的溫度為T時，總輻出度為M等于黑體在溫 度為Tf時的總輻出度Mo, IP：M Mo, TfT化簡得其中為發(fā)射率，不同物體的發(fā)射率不同,具體材料的值可通過查表或實驗得到,T為被測物體的輻射溫度,所以已知被測物體的和,就可算出物體的真實溫度。(3) 紅外測溫系統(tǒng)紅外測溫系統(tǒng)由光學系統(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。它的工作流程如下圖所示。被測物體輻射的紅 外線首先進入測溫儀的光學系統(tǒng)，光學系統(tǒng)的任務是匯聚射人 的紅

24、外線，使能量更加集中；聚集后的紅外線輸入到光電探測器 中，探測器的關鍵部件是紅外線傳感器，它的任務是把光信號轉化為 電信號；從光電探測器輸出的電信號被送進信號放大器由電子線路進 行 處理，將電信號還原成溫度值；最后由顯示器給出被測物體的溫 度。紅外測溫的方式可分為全場分析和逐點分析兩種。全場分析的方是用紅外成像鏡頭把物體的溫度分布圖象成像在傳感器陣列上，從而 獲得物體空間溫度場的全場分布，全場分布探測系統(tǒng)稱為熱成像儀。word文檔可自由復制編輯 逐點分析則是把物體一個局部區(qū)域的熱輻射聚焦在單個探測器上，并 通過已知物體的發(fā)射率，將輻射功率轉化為溫度，逐點分析系統(tǒng)常稱 為紅外測溫儀。由于被檢測的

25、對象、測量范圍和使用場合不同，紅外測溫儀的外觀設計和內部結構不盡相同，但基本結構大體相似，主要包括紅外光 學系統(tǒng)、紅外探測器、電信號處理系統(tǒng)等部分。如圖2所示，其中光 學系統(tǒng)聚焦目標物體的輻射能量。紅外測溫儀的發(fā)展方向是實現(xiàn)小型化和微型化。近年來，衍射型 光學聚焦鏡、薄膜型紅外探測器、共振型壓電調制器制成的紅外測溫 系統(tǒng)，只有一個大功率晶體管那么大，完全實現(xiàn)了微型化的目標。在 今年的甲流暴發(fā)時期，手持紅外測溫儀用來進行人體體溫測量，不接 觸人體，也不造成任何傷害，發(fā)揮了重要作用。物體發(fā)射率對輻射測溫的影響：自然界中存在的實際物體，幾 乎都不是黑體。所有實際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫

26、 度之外，還與構成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態(tài) 和環(huán)境條件等因素有關。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實際物 體，必須引入一個與材料性質及表面狀態(tài)有關的比例系數(shù)，即發(fā)射word文檔可自由復制編輯 率。該系數(shù)表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零 和小于1的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率， 就知道了任何物體的紅外輻射特性。影響發(fā)射率的主要因紗在：材料種類、表面粗糙度、理化結構和 材料厚度等。當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其 波 段范圍內的紅外輻射量，然后由測溫儀計算出被測目標的溫度。單 色測溫儀與波段內的輻射量成比例；雙色測溫儀與

27、兩個波段的輻射量 之比成比例。紅外系統(tǒng)：紅外測溫儀由光學系統(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。光學系統(tǒng)匯聚其視場內的目標紅外 輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量 聚焦在光電探測器上并轉變?yōu)橄鄳碾娦盘枴Ｔ撔盘柦?jīng)過放大器和信 號處理電路，并按照儀器內療的算法和目標發(fā)射率校正后轉變?yōu)楸粶y 目標的溫度值。3. 3紅外測溫儀的性能紅外測溫儀是通過接收目標物體發(fā)射，反 射和傳導的能量來測量word文檔可自由復制編輯其表面溫度。測溫儀內的探測元件將采集的能量信息輸送到身處理 器中進行處理，然后轉換成溫度讀數(shù)顯示。在帶激光瞄準器的型 號中，流光瞄準器只做瞄準使

28、用。其性能說明表如表1-響應光譜7寸137XX-18micron 尺41196mm測溫范圍-20 C400 C顯示分辨率0. 1C(199. 1C時精度23C 時土1%工作環(huán)境溫度范圍0C匚C重復性23C 時土1%相對濕度30C時10 響應時間500ms電源最大值顯示Have量 270g發(fā)射率0.95Presetword文檔口丁自由復制編輯根據(jù)消防部特殊要求制作表1為了獲得精確的溫度讀數(shù)，測溫儀與測試目標之間的距離必須在 合適的范圍之內，所謂“光點尺寸”(spot size )就是測溫儀測 量 點的面積。您距離目標越遠，光點尺寸就越大。右圖所示為距離與 光點尺寸的比率，或稱D： So在激光瞄準

29、器型測溫儀上，激光點在 目標中心的上方，有12mm ( 0. 47英寸)的偏置距 離。測量距離與光點尺寸在定測量距離時，應確保目標直徑等于或大 于受測的光點尺寸。右圖所標示的T號物體”(object 1 )與 測量儀之間的距離正，因 為目標比被測光點尺寸略大一些。而2號 物體”距離太遠，因為目標小于受測的光點尺寸，即測溫儀同在測 量背景物體，從而降低了讀數(shù)的精確性。第四章紅外測溫儀的選擇選擇紅外測溫儀可分為3方面：(1) 性能指標方面，如溫度范圍，光斑尺寸，工作波長，測量精 度，窗口，顯示和輸出，響應時間，保護附件等；(2) 環(huán)境和工作條件方面，如環(huán)境溫度、窗口、顯 示和輸出、保護附件等；wo

30、rd文檔 可自由復制編輯(3) 其他選擇方面，如使用方便、維修和校準性能以及價格等， 也對測溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。隨著技術和不斷發(fā)展，紅外測溫儀最佳設計和新進展為用戶提供 了各種功能和多用途的儀器，擴大了選擇余地。其他選擇方面，如使 用方便、維修和校準性能以及價格等。在選擇測溫儀型號時應首先確 定測量要求，如被測目標溫度，被測目標大小，測量距離，被測目標 材料，目標所處環(huán)境，響應速度，測量精度，用便攜式還是在線式等 等；在現(xiàn)有各種型號的測溫儀對比中，選出能夠滿足上述要求的儀器 型號；在諸多能夠滿足上述要求的型號中選擇出在性能、功能和價格 方面的最佳搭配。4. 1確定測溫范圍確定測溫范圍：測

31、溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標。如Wahl產(chǎn)品覆蓋范圍為-25 C-+3000 C,但這不能由一種型號的紅外測溫儀來完成。每種型號的測溫儀都有自己特 定的測溫范圍。因此，用戶的被測溫度范圍一定要考慮準確、周全， 既不要過窄，也不要過寬。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，測溫時應盡量選用短波較好。一般來說，測溫范圍越 窄，監(jiān)控溫度的輸出信號分辨率越高，精度可靠性容易解決。測溫 范圍過寬，會降低測溫精度。例如，如果被測目標溫度為1000攝 氏度，首先確定在線式還是便攜式，如果是便攜式。滿足這一溫度word文檔 可自由復

32、制編輯的型號很多,word文檔可自由復制編輯如DHS-200/2185或IRT-3000。如果測量精度是主要的，最好 選用DHS-200/2185型號的.4. 2確定目標尺寸紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀（輻射比 色測溫儀）。對于單色測溫儀，在進行測溫時，被測目標面積應充 滿測溫儀視場。建議被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果 目標尺寸小于視場，背景輻射能量就會進入測溫儀的視聲符支干擾 測溫讀數(shù)，造成誤差。相反，如果目標大于測溫儀的視場，測溫儀 就不會受到測量區(qū)域外面的背景影響。對于比色測溫儀，其溫度 是由兩個獨立 的波長帶內輻射能量的比值來確定的。因此當被測目 標很小，

33、不充滿 視場，測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋，對輻射 能量有衰減時，都不對測量結果產(chǎn)生重大影響。對于細小而又處于 運動或震動之中的目標，比色測溫儀是最佳選擇。這是由于光線直 徑小，有柔性，可以在 彎曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能 量。對于Wahl雙色測溫儀，其溫度是由兩個獨立的波長帶內輻射能 量的比值來確定的。因此當被測目標很小，沒有充滿現(xiàn)場，測量通路 上存在煙霧、塵埃、阻擋對輻射能量有衰減時，都不會對測量結果產(chǎn) 生影響。甚至在能量衰減了 95%的情況下，仍能保證要求的測溫精 度。對于目標細小，又處于運動或振動之中的目標；有時在視場內 運動，或可能部分移出視場的目標，在此條件下，使用雙色測

34、溫 儀是最佳選word文檔可自由復制編輯擇。如果測溫儀和目標之間不可能直接瞄準，測量通道彎曲、狹小、 受阻等情況下，雙色光纖測溫儀是最佳選擇。這是由于其直徑小，有 柔性，可以在彎曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量，因此可以 測量難以接近、條件惡劣或靠近電磁場的目標。4. 3確定距離系數(shù)（光學分辨率）距離系數(shù)由D： S之比確定，即測溫儀探頭到目標Z間的距離D 與被測目標直徑之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠離 目標之處，而又要測量小的目標，就應選擇高光學分辨率的測溫儀。 光學分辨率越高，即增大D： S比值，測溫儀的成本也越高。Raytek 紅外測溫儀D： S的范圍從2： 1 （低距離

35、系數(shù)）到高于300： 1 （高 距 離系數(shù)）。如果測溫儀遠離目標，而目標又小，就應選擇高距離系 數(shù)的測溫儀。對于固定焦距的測溫儀，在光學系統(tǒng)焦點處為光斑最 小位置，近于和遠于焦點位置光斑都會增大。存在兩個距離系數(shù)。因 此，為了能在接近和遠離焦點的距離上準確測溫，被測目標尺寸應大 于焦點處光斑尺寸，變焦測溫儀有一個最小焦點位置，可根據(jù)到目 標的距離進行調節(jié)。增大D： S,接收的能量就減少，如不增大接收 口徑，距離系數(shù)D ： S很難做大，這就要增加儀器 成本。4. 4確定波長范圍目標材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜相應波長對于高word文檔可自由復制編輯 反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率

36、。在高溫區(qū)，測量金屬材料 的最佳波長是近紅外，可選用 0.81.0 u mo其他溫區(qū)可選 用1. 6 um, 2. 2 uni和3. 9 ym。由于有些材料在一定波長上是透明 的，紅外能量會穿透這些材料，對這種材料應選擇特殊的波長。如 測量玻璃內部溫度選用1. 0 um, 2. 2 um和3. 9 u m （被測玻璃要 很厚，否則會透過）波長；測玻璃表面溫度選用5.0 nm；測低溫區(qū) 選用814 um為宜。如測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43 um,聚酯 類選用4. 3 uni或7. 9 nm,厚度超過0. 4mm的選用8-14 umo 如測火焰中的C0用窄帶4. 64 uni,測火焰中的N02用

37、4.47n mo4. 5確定響應時間響應時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應速度，定義為到 達最后讀數(shù)的95%能量所需要時間，它與光電探測器、信號處理電路 及顯示系統(tǒng)的時間常數(shù)有關。Wahl新型紅外測溫儀響應時間可達 1mso這要比接觸式測溫方法快得多。如果目標的運動速度很快或測 量快速加熱的目標時，要選用快速響應紅外測溫儀，否則達不到足夠 的信號響應，會降低測量精度。然而，并不是所有應用都要求快速響 應的紅外測溫儀。對于靜止的或目標熱過程存在熱慣性時，測溫儀的 響應時間就可以放寬要求了。因此，紅外測溫儀響應時間的選擇要和word文檔 可自由復制編輯 被測目標的情況相適應。確定響應時間，主要

38、根據(jù)目標的運動速度和 目標的溫度變化速度。對于靜止的目標或目標參在熱慣性，或現(xiàn)有控 制設備的速度受到限制，測溫儀的響應時間就可以放寬要求了。4. 6信號處理功能鑒于離散過程（如零件生產(chǎn)）和連續(xù)過程不同，所以要求紅外測 溫儀具有多信號處理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）可供選 用，如測溫傳送帶上的瓶子時，就要用峰值保持，其溫度的輸出信號 傳送至控制器內。否則測溫儀讀出瓶子之間的較低的溫度值。若用峰 值保持，設置測溫儀響應時間稍長于瓶子之間的時間間隔，這樣至少 有一個瓶子總是處于測量之中。4. 7環(huán)境條件考慮測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結果有很大影響，應予考慮并適當 解決，否則會影響測溫精度甚至

39、引起損壞。當環(huán)境溫度高，存在灰 塵、煙霧和蒸汽的條件下，可選用廠商提供的保護套、水冷卻、空氣 冷卻系統(tǒng)、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環(huán)境影響并保 護測溫儀，實現(xiàn)準確測溫。在確定附件時，應盡可能要求標準化服 務，以降低安裝成本。當在噪聲、電磁場、震動或難以接近環(huán)境條件 下，或其他惡劣條件下，煙霧、灰塵或其他顆粒降低測量能量信信號 時，光word文檔 可自由復制編輯纖雙色測溫儀是最佳選擇。比色測溫儀是最佳選擇在噪聲、電磁場、 震動和難以接近的環(huán)境條件下，或其他惡劣條件時，宜選擇光線比色 測溫儀。在密封的或危險的材料應用中(如容器或真空箱)，測溫儀通過 窗 口進行觀測。材料必須有足夠的強度

40、并能通過所用測溫儀的工作波 長 范圍。還要確定操作工是否也需要通過窗口進行觀察，因此要選擇 合 適的安裝位置和窗口材料，避免相互影響。在低溫測量應用中，通常 用Ge或Si材料作為窗口，不透可見光，人眼不能通過窗口觀察目 標。如操作員需要通過窗口目標，應采用既透紅外輻射又透過可見光 的光學材料，如應采用既透紅外輻射又透過可見光的光學材料，如 ZnSe或BaF2等作為窗口材料。當測溫儀工作環(huán)境中存在易燃氣體時，可選用本征安全型紅外測 溫儀，從而在一定濃度的易燃氣體環(huán)境中進行安全測量和監(jiān)視。在環(huán)境條件惡劣復雜的情況下，可以選擇測溫頭和顯示器分開的 系統(tǒng)，以便于安裝和配置。可選擇與現(xiàn)行控制設備相匹配的

41、信號輸出 形式。4. 8紅外測溫儀的優(yōu)點由于紅外測溫是利用被測物體輻射的紅外線來確定其溫度的，所 以這種測溫方法具有其他測溫方法無可比擬的優(yōu)點。主要有：(1)紅外測溫是非接觸測量。因此它可以用于溫度過高或過低、高電壓的區(qū)域以及高速運轉的機械溫度的測量，而測量者不必靠近這word文檔可自由復制編輯 些危險的環(huán)境。2)紅外測溫反應速度快。因為它不像通常溫度計那樣，要等待 溫度計內測溫物質與被測物體達到熱平衡，而只要接收到被測物體的 紅外線即可。反應時間一般在毫秒級至微秒級。(3) 紅外測溫靈敏度高。根據(jù)Mo(T) T 4,物體輻射能量跟溫度4次方成正比，所以只要溫度有微小的變化，輻射能量就會有明顯 的變化。(4) 紅外測溫精確度高。由于是非接觸測量，這樣測量過程不會 改變被測物體的溫度，所以測量結果真實可靠。(5) 紅外測溫范圍大。紅外測溫的原理決定了其測溫范圍大于通 常的溫度計。現(xiàn)在實用的紅外測溫儀一般分為高、中、低三類，測溫 范圍分別為：700 C以上、1OOCS7OOC、 100 C以下。4. 9紅外測溫儀的缺點(1)易受環(huán)境因素影響(環(huán)境溫度，空氣中的灰塵等)。(2 )對于光亮或者拋光的金屬表面的測溫讀數(shù)影響較大。(3) 只限于測量物體外部溫度，不方便測量物體內部和存在障礙物