红外测温仪概述

mw 5计量与测试技术6 2006年第 33卷第 10期 红外测温仪概述 Infrared Thermometers Outline 郑子伟 (成都市计量监督检定测试所, 四川 成都 610021) 摘 要:本文就红外测温仪的特点、工作原理、分类、性能、选择以及使用红外测温仪主要考虑的注意事项作出简单的概述,并对红外测温仪的应用举 例说明。 关键词:红外测温;辐射 红外测温作为一门新技术和新方法, 它的出现是红 外技术的发展结果。红外技术是研究红外辐射的产生、 传输、转换、探测并付诸应用的一门科学技术。近 20年 来,红外测温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, 逐渐被广泛应用于电力、食品加工、冶金、石 化、医疗、科研等多种行业中。 1 红外测温仪的特点 非接触测量:它不需要接触到被测温度场的内部或 表面,因此, 不会干扰被测温度场的状态, 测温仪本身也 不受温度场的损伤。 测量范围广:因其是非接触测温,所以测温仪并不处 在较高或较低的温度场中, 而是工作在正常的温度或测 温仪允许的条件下。一般情况下可测量负几十度到三千 多度。 测温速度快:即响应时间快。只要接收到目标的红 外辐射即可在短时间内定温。 准确度高:红外测温不会与接触式测温一样破坏物 体本身温度分布,因此测量精度高。 灵敏度高:只要物体温度有微小变化,辐射能量就有 较大改变,易于测出。可进行微小温度场的温度测量和 温度分布测量,以及运动物体或转动物体的温度测量。 使用安全及使用寿命长。 2 红外测温仪工作原理 红外测温仪接收物体自身发射出的不可见红外辐射 能量。红外辐射是电磁频谱的一部分,电磁频谱包括无 线电波、微波、可见光、紫外、R射线和 X射线。红外位 于可见光和无线电波之间的区域,红外线的波长在 ( 0. 78~ 100) Lm之间,实际上, ( 0. 78~ 14) Lm波带常用于 红外测温。按波长的范围可分为近红外、中红外、远红 外、极远红外四类。红外线辐射是自然界存在的一种最 为广泛的电磁波辐射,它是基于任何物体在常规环境下 都会产生自身的分子和原子无的运动, 并不停地辐 射出热红外能量。分子和原子的运动愈强, 辐射的能量 愈大, 反之, 辐射的能量愈小。 一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空 间发出红外辐射能量。物体的红外辐射特性: 辐射能量 的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切 的关系。因此,通过对物体自身辐射的红外能量的测量, 便能准确地测定它的表面温度,这就是红外辐射测温所 依据的客观基础。 - 发射率是表征物体辐射红外线的能力, 它是相同温 度和波长下的实际物体与黑体的单色辐射出度之比, 所 以亦称比辐射率。它是表征物体辐射本领的重要热物性 参数。发射率越大, 物体表面的辐射能力越强。大部分 有机物或金属氧化表面的发射率都在 0. 85~ 0. 98之间。 光洁的金属表面或抛光的物体发射率很低。所以,材料 种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度都是影响发射率 的主要因素。 当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量 出目标在其波段范围内的红外辐射量, 然后由测温仪计 算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成 比例;双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。 红外测温仪是由光学系统、探测单元和信号处理三 部分组成的。光学系统的主要作用是收集被测目标的辐 射功率, 并使其汇聚到红外探测器上。红外探测器的作 用是将接收到的红外辐射转换为电信号输出。电信号处 理部分的作用主要是对探测的微弱信号进行放大,以达 到显示或被测温度的目的。为了使红外测温仪有较 高的输出信噪比, 必须要求仪器有较大的光学相对孔径, 高灵敏度的探测器, 低噪声的电信号处理系统。为了使 红外测温仪有较高的测量精度,必须采取发射率修正,环 境温度补偿和精确的温度定标等措施。 3 红外测温仪的分类 红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列。 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 )。 4 红外测温仪性能 现以美国爱光公司生产的便携式红外测温仪 UX) 50P为例,简述其性能指标: 郑子伟:红外测温仪概述 mx 测量范围 ( e ) 300~ 1000 精度 ( e ) ? 6 重复精度 ( e ) ? 1 温度漂移 ( e ) 0. 2 响应时间 (秒 ) 0. 2 光谱响应 (Lm ) 1. 55 目标大小 /测距 5 20[ 4000mm 5 33[ 5000mm 5 90[ 10000mm 发射率 (可调 ) 0. 10~ 1. 90 数据存储 1~ 500点 使用环境温度 ( e ) 0~ 50 电池 2节 AA电池 ( 1. 5V5号 ) ,连续使用寿命 50小时 重量 ( g) 350 外壳尺寸 ( mm ) 70(宽 ) @ 100(高 ) @ 148(长 ) 在带激光瞄准器的型号中, 激光瞄准器只做瞄准使 用。 5 选择红外测温仪主要考虑 温度范围:测温范围是测温仪最重要的一个性能指 标。美国爱光公司生产的便携式红外测温仪 UX系列的 温度范围为 300~ 3000度 (分段 ) ,每种型号的测温仪都 有其特定的测温范围。所选仪器的温度范围应与具体应 用的温度范围相匹配。 目标尺寸:对于单色测温仪,测温时,被测目标应大于 测温仪的视场,否则测量有误差。建议被测目标尺寸超过 测温仪视场的 50%为好。对于双色测温仪,其温度是由两 个独立的波长带内辐射能量的比值来确定的。因此当被测 目标很小,没有充满现场,测量通路上存在烟雾、尘埃、阻挡 对辐射能量有衰减时,都不会对测量结果产生影响。 光学分辨率 ( D: S) :即测温仪探头到目标直径之比。 如果测温仪远离目标,而目标又小,应选择高分辨率的测 温仪。 6 使用红外测温仪如何确保测温精度 以美国爱光公司生产的便携式红外测温仪 UX系列 为例, 在使用过程中, 应注意: 光路:在测温仪的透镜和被测物之间的传播光路上, 不能有水滴、尘埃粒子、烟、蒸汽或其它的外界物质。否 则会干扰测量,使温度示值偏低或不稳定。如果不可避 免, 可借助发射率修正,峰值或平均值测量等功能来改善 测量示值。 环境热辐射源:不能让直射的阳光、火焰或其它的热 辐射照射到被测物和测温仪的物镜上,这会干扰测量,使 温度示值偏高或不稳定。如果不可避免, 可借助发射率 修正,谷值或平均值测量等功能来改善测量示值。 视场:单色测量时,目标必须充满测量视场,否则测 量值就会偏低;双色测量时无此要求。 发射率: 必须尽可能准确地设置被测物表面的发射 率 (单色测量 )或比发射率 (双色测量 )。使测量示值与 被测物的真实温度一致 对于在仪器工作波长有吸收峰的被测物 (选择性吸 收体 ),不能用双色测量,只能用单色测量。 不能透过玻璃进行测温, 因为玻璃有很特殊的反射 和透过特性。对于光亮的或抛光的金属表面的测温建议 最好不用红外测温仪, 因为当测量发光物体表面温度时, 如铝和不锈钢, 表面的反射会影响红外测温仪的读数。 如果实在要用红外测温仪对光亮的或抛光的金属表面测 温, 则可在读取温度前,在金属表面放一胶条, 温度平衡 后, 测量胶条区域温度。 要想红外测温仪可以在环境温差大的区域来回走动 仍能提供精确的温度测量, 就要在新环境下经过一段时 间以达到温度平衡后再测量。最好将测温仪放在经常使 用的场所。 7 红外测温仪的应用举例 红外测温仪己被证实是检测和诊断电子设备故障的 有效工具,可节省大量开支。用红外测温仪,可连续诊断 电子连接问题和通过查找在 DC电池上的输出滤波器连 接处的热点, 以检测不间断电源 (UPS)的功能状态; 可检 验电池组件和功率配电盘接线端子, 开关齿轮或保险丝 连接,防止能源消耗; 由于松的连接器组合会产生热量, 红外测温仪有助于识别回路中断器的绝缘故障或监视电 子压缩机;日常扫描变压器的热点可探测开裂的绕组和 接线端子。 作者简介:郑子伟,男,助理师。工作单位:成都市计量监督检定测试 所。通讯地址: 610021成都市东风路北二巷 5号。 收稿时间: 2006- 09- 18 信息动态 对于已取得质量技术监督部门颁发的计量检定员 证件的人员是否需要参加注册计量师资格考试? 需要。想以注册计量师的名义执业,必须先取得相应级别注册计量师 的资格 (如不能通过注册计量师的考核认定取得该资格, 则只能通过注册 计量师资格考试取得 ) ;取得注册计量师资格证书的人员, 在注册前应该参 加相应注册项目的考核 (其中对于已取得质量技术监督部门颁发的计量检 定员证件的人员,可持有效计量检定员证件申请相关项目的注册, 不需要 再进行项目考核,见问答 14)。因此,注册计量师的资格考试和项目考核不 是同一件事情,其中对于已取得质量技术监督部门颁发的计量检定员证件 的人员,如不能通过考核认定取得注册计量师资格, 则需参加注册计量师 资格考试,仅仅是注册时不需要参加相关项目的考核。 取得注册计量师资格证书的人员是否必须经过注册后才能以注册计 量师的名义执业? 是的。必须经过注册才能以注册计量师名义执业。 5注册证 6的有效期为多长? 5注册证 6每一注册有效期为 3年。 5注册证 6在有效期限内是注册计 量师的执业凭证,由注册计量师本人保管和使用。