1、近幾年來，對溫度的精確測量在工業(yè)應用中已經(jīng)變得日益重要。溫度超乎尋常的變化往往預示生產過程出現(xiàn)問題（如出現(xiàn)次品），或者某種已經(jīng)存在的或即將出現(xiàn)的設備故障。同時，使用熱電偶與其他接觸式測量技術通常是不切實際的。由于目標的收縮，由接觸方法導致的誤差增大。因為傳感器損耗被檢測物體的熱量，因此影響了（或改變）正在測量的系統(tǒng)（正像海森堡的測不準原理所說）。再說，接觸式測量技術中的傳感器僅接觸目標物體的特定位置，而非接觸式測量技術可以掃描整個表面以便決定哪個區(qū)域需要進一步仔細檢查，然后更加細致地檢測這個區(qū)域。既然在大多數(shù)場合下，溫度過高的位置和其他潛在的缺陷因產品的不同而不同，即使最好的熱電偶測溫法有可能

2、無法正確地檢測這些溫度過高的位置，何況很多應用場合中，傳感器和被檢測目標無法接觸在一起。Frost and Sullivan的工業(yè)研究分析員Daniela Carillo特別提到雖然接觸式傳感器仍然具有價格優(yōu)勢，然而非接觸式傳感器更為耐用。因為它們不會因接觸而磨損。由于非接觸式溫度傳感方法具有以上這些優(yōu)勢，自從Control Engineering前一次（2001年6月）刊登文章，討論非接觸式溫度傳感技術可以替代接觸式溫度傳感技術之后，轉向使用這些非接觸測量工具的用戶已經(jīng)大大增加。追求更好的不僅對非接觸式溫度傳感器的需求不斷增長，而且非接觸式溫度測量的方法本身也已經(jīng)有很大提高。傳感器的尺寸減小

3、，而用于分析的硬件和軟件的性能也明顯提高，相同性能傳感器的價格不斷降低。因此，越來越多的制造商選擇非侵入式測量技術。所有證據(jù)顯示這種趨勢將繼續(xù)。 所有在絕對零度即0K以上的物體都輻射紅外線（可見紅光以下的不可見光，波長在0.71000微米之間），紅外線輻射的能量直接對應于物體的溫度。準確的測量溫度而不接觸物體要求檢測這種輻射能量以及補償任何由于周圍反射而散逸的能量。反射能量的多少依賴于物體的輻射能力，即物體反射程度的度量。下面的紅外測溫圖以及Omega Engineering公司提供的信息說明了基本的儀器設計。它包括一組用于收集目標物體輻射能量的透鏡，一個檢測器將這種能量轉化為電信號，一個輻射

4、調節(jié)器、一個周圍溫度補償器以減少測量誤差。選擇性的濾除進入的IR（紅外）信號可以大大改進設計。更敏感的檢測器和更穩(wěn)定的信號放大器可以消除外部環(huán)境的干擾。比如，僅僅使用814微米范圍的紅外線，可以避免長距離測量路徑中潮濕大氣所引起的干擾；波長為7.9微米的光用于測量特定膠片塑料；而3.86微米的紅外線可以避免火焰和可燃性氣體中二氧化碳和水蒸氣的干擾。使用選擇性濾波器實現(xiàn)準確測量需要仔細考慮較短和較長波長之間的響應。這種響應與目標物體或者處理過程的溫度范圍有關。當溫度升高時，能量峰值移向較短波長一端。 紅外式溫度測量在過程控制中應用廣泛。如在鋼鐵廠等企業(yè)，那里溫度很高而不能使用接觸式測量技術，以及

5、有高壓設備或者具有腐蝕性的應用，這時非接觸式測量的優(yōu)勢非常明顯。即使在條件相對較好的生產過程中，溫度圖（生動的圖像）能夠很容易發(fā)現(xiàn)溫度過高的位置和其他異常，這也許指示過程不平衡，從而發(fā)出信號要求通風或采取糾正措施。非接觸式溫度測量的一種日益普遍的應用是預測預防性維護項目(PPM)。PPM利用工廠設備和系統(tǒng)的實際運行歷史數(shù)據(jù)來安排維護日程，因此優(yōu)化工廠的運行。位于田納西州Knoxville的Integrated Systems公司是一家預測性維護顧問公司，其首席執(zhí)行官Keith Mobley先生描述綜合性PPM項目是利用最具有低成本高效益特征的工具-包括熱圖和振動成像-來檢測工廠關鍵系統(tǒng)和設備的

6、實際運行狀況，并按照分析結果來合理安排生產機器的維護計劃，因此大大減少維護成本。按照Mobley先生的估計，設備維護費用占商品制造成本的15%到60%，在美國大約為2000億美元左右。他還估計大約有三分之一的維護費完全浪費在不必要或者不適當?shù)木S護中。然而像PPM這樣相對簡單的預先采取措施的維護技術，在大多數(shù)工廠也很少用。法國巴黎的Idtect是一家預測性維護公司，他們估計只有0.5%的總維護費用是用于預測性維護。但是他們預計在未來幾年內這一數(shù)字會大幅度增加。在此之外是什么 非接觸式溫度測量產品可分為兩大類。簡單傳感器和溫度計能提供一般信息、合理的價格，但不能提供高分辨率或高測量精度。廉價的熱成

7、像儀價格大約為1,500美元，可以提供在聚焦平面陣列上256個熱像素。對于粗糙的成像已經(jīng)足夠，但不適用于要求詳細信息的任務。簡單的紅外溫度計價格為一百或幾百美元。可以測量溫度和保存數(shù)據(jù)，但也許不具備長期保存數(shù)據(jù)或對數(shù)據(jù)進一步分析所需要的PC機接口。按照Wavetek Meterman公司產品經(jīng)理Jim Shields的說法，許多紅外測量應用只要求掃描目標物體的表面，而不要求仔細的校準或緊密跟蹤數(shù)值。在這些情況下，測量大多是比較性的，在一段時間內以一定時間間隔測量同一位置的溫度。儀器用于檢測生產的狀態(tài)，尋找不正常的溫度變化因而發(fā)現(xiàn)生產是否在控制范圍內。例如，檢查一組電機軸承的應用中，如果軸承過度

8、磨損或者潤滑不充分，即使不需要準確的測量也可以檢測到溫度大幅度上升。這種情況下，溫度的實際數(shù)值與溫度的變化相比并不重要。利用溫度變化來觸發(fā)某種動作，比如調節(jié)過程參數(shù)或者關閉生產線，以便重新潤滑軸承或者更換軸承。另一個相似的例子，在大型工廠，通過檢測加熱和冷卻輸送管道周圍空氣的溫度來決定環(huán)境控制系統(tǒng)的效率。溫度的穩(wěn)定性在許多應用中是至關重要的-制藥廠是典型的例子。即使不用綜合性的軟件分析，僅從掃描工具收集來的測量數(shù)據(jù)，也能暴露出現(xiàn)問題的地方。另一類產品是復雜的熱成像儀，價格在35,000美元以上。這類產品通常有很多功能，包括高分辨率-聚焦平面上有20,000個熱像素，以及必要的軟件來幫助制造工業(yè)

9、在重要的生產過程中精確地檢測溫度；或者檢測設備、產品中存在缺陷的可能性。介于這兩類產品之間，市場正出現(xiàn)一種新的熱成像儀，它具有高價格產品的測量性能，但是附加功能較少。這類產品的銷售商希望提供高端產品的性能，但減少測量后處理功能，以降低產品價格。通常在10,000美元以下。非接觸溫度傳感技術開始大顯身手技術分類:儀表與過程傳感器 Stephen Scheiber, Control Engineering 編輯顧問 發(fā)表時間：2003-10-10 有效的成像按照Raytek公司市場部經(jīng)理Fernando Lisboa的說法，工業(yè)應用中成功的熱成像儀必須包括下列功能：n  溫度測量（輻射測

10、量能力）。一些儀器僅僅提供熱成像，這對于某些應用已經(jīng)足夠，比如消防和法律認定等，在這些應用中，儀器僅僅用于發(fā)現(xiàn)過熱地點，然而，工業(yè)制造通常需要實際的溫度數(shù)值。n  快速目標掃描。一些中間范圍的產品（價格大約在$13,000美元到$15,000美元之間）能夠測量溫度以及相關的熱成像。但是缺乏快速掃描的能力。一般設備包括應用可變化的臨界角度檢查多于2,000個位置。快速成像允許掃描一個目標并快速移動到下一個位置。n  全功能的熱分析軟件包。用戶需要一種工具來組織和分析熱成像以及其他儀器的測量結果，用于改進生產過程、故障診斷以及設備監(jiān)測等。 n  培訓。雖然熱成像不是很

11、復雜難懂的技術。但要獲得最好的性能需要了解如何最好地利用熱成像儀。在這個意義上，并不需要培訓如何使用儀器，而是如何將儀器應用到目標測量中。這種培訓需要事先進行而不是事后，教授用戶在遇到問題之前如何解決。 軟件的作用 隨機附帶的軟件與測量儀器本身同樣重要。對于溫度計和其他的簡單系統(tǒng)，“軟件”是操作員記錄讀數(shù)以便與過去的和將來的數(shù)據(jù)比較。復雜的基于PC的軟件工具則包括很多功能特性。例如，成像系統(tǒng)的直接軟件控制允許以很高速率采集和分析大量的區(qū)域。Ircon公司的成像分析系統(tǒng)允許用戶設置單個區(qū)域的輻射率，以及檢測任何信號損失，提高測量準確度和相關分析能力。回放控制工具允許查看先前采集的圖像文件，以不同

12、速率查看這些文件，用戶可以找到產品出現(xiàn)故障的地方或者過程超過規(guī)定極限的時間。在特定應用中精確控制過程的溫度特別重要。例如，醫(yī)療設備的軟容器和IV軟容器的生產中，需要仔細控制密封的溫度。溫度過高或者過低會導致袋子密封不好。交互式軟件允許設置實時報警，以便按照預定的條件停止生產。 過程控制 Delphi Packard Electric公司的質量協(xié)調員Mickey Anderson對熱成像儀在過程環(huán)境的重要性有第一手資料。Delphi在Clinton工廠有超過200個注模裝置。在每個步驟中熱水或冷水送入熱交換器以便控制模具中塑料的溫度。熱水與冷水的混合比例決定模具的溫度。熱水和冷水通過4個管道傳遞

13、。正確的溫度與模具中的塑料和制造過程的階段有關。最近模具中的一個熱交換器不能維持正確的溫度。在正常情況下，底部的管道應該是最冷的。Flir Systems公司的P-60儀器所生成的“4個管道”的熱圖，說明管道分布不正確。最冷的管子為從上向下的第二個。簡單的重新安排管線解決了問題，提高了產品質量。減少了檢測過程的人力。另一個例子，Anderson發(fā)現(xiàn)兩個12馬力DC直流驅動電機運行溫度超過250°F，接近于這種設備將損壞的溫度。簡單的清潔上端安裝的鼓風電機、風扇和過濾器，直流電機即冷卻到143°F-正常工作溫度。這種直流電機損壞，每臺要花費Delphi公司5,000美元，這充分說明了這種檢查的好處。繼續(xù)前進 很明顯，如果一個過程有混合良好的液體或者潤滑劑，并且設備運轉良好，接觸式溫度測量或者根本不需要測量都可以。然而，設備和過程通常并不是運轉良好。這樣的話，紅外