紅外溫度計(jì)測(cè)量原理標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用實(shí)例
紅外溫度計(jì)非接觸測(cè)溫有許多優(yōu)點(diǎn)。其應(yīng)用范圍從小的或難以觸摸的物體到腐蝕性化學(xué)品和敏感表面。本文將討論這一優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)紅外溫度計(jì)的正確選擇的應(yīng)用范圍作出決定性的說明。由于原子和分子的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)物體都輻射電磁波，對(duì)于非接觸式溫度測(cè)量重要的波長(zhǎng)或光譜范圍zui為0.2-2.0μ；m .這個(gè)范圍內(nèi)的自然光線稱為熱輻射或紅外線。

根據(jù)德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN16160，通過來自待測(cè)物體的紅外輻射進(jìn)行溫度測(cè)量的測(cè)試儀器稱為輻射溫度計(jì)、輻射溫度計(jì)或紅外溫度計(jì)。這些名稱也適用于那些通過被測(cè)物體輻射的可見彩色射線測(cè)量溫度的儀器，以及那些從相對(duì)頻譜的輻射密度導(dǎo)出溫度的儀器。

一、紅外溫度計(jì)測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)

通過接收來自被測(cè)物體的紅外輻射進(jìn)行非接觸式溫度測(cè)量具有許多優(yōu)點(diǎn)。這樣，那些難以觸摸或移動(dòng)的物體可以被無問題地測(cè)量，例如傳熱性能差或熱容量非常小的材料。紅外溫度計(jì)響應(yīng)時(shí)間短，可以快速實(shí)現(xiàn)環(huán)路的有效調(diào)節(jié)。溫度計(jì)沒有磨損部件，因此使用溫度計(jì)沒有持續(xù)成本。特別是在非常小的被測(cè)物體中，例如接觸測(cè)量，由于物體的導(dǎo)熱性，將會(huì)有很大的測(cè)量誤差。毫無疑問，溫度計(jì)可以在這里使用，也可以用于腐蝕性化學(xué)品或敏感表面，如油漆、紙張和塑料導(dǎo)軌。通過遠(yuǎn)程遙控測(cè)量，它可以遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，這樣操作者就不會(huì)有危險(xiǎn)。

二、紅外溫度計(jì)結(jié)構(gòu)的原理

從被測(cè)物體接收的紅外線通過濾光器由透鏡聚焦在探測(cè)器上。檢測(cè)器通過積分待測(cè)物體的輻射密度產(chǎn)生與溫度成比例的電流或電壓信號(hào)，線性化溫度信號(hào)，校正發(fā)射率區(qū)域，并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成此后連接的電子元件中的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。

原則上，有兩種類型的便攜式溫度計(jì)和固定溫度計(jì)。因此，當(dāng)為不同的測(cè)量點(diǎn)選擇合適的紅外溫度計(jì)時(shí)，以下特征將是主要特征:

1.視力

瞄準(zhǔn)器具有這種功能，溫度計(jì)所指的測(cè)量塊或測(cè)量點(diǎn)可以被看到，并且對(duì)于要測(cè)量的大面積物體通常不需要瞄準(zhǔn)器。對(duì)于要測(cè)量的小物體和長(zhǎng)測(cè)量距離，建議瞄準(zhǔn)鏡配備透明鏡子形式的儀表板刻度或激光指向點(diǎn)。

2.鏡頭

透鏡決定溫度計(jì)的測(cè)量點(diǎn)。對(duì)于大面積物體，固定焦距的溫度計(jì)通常就足夠了。然而，當(dāng)測(cè)量距離遠(yuǎn)離焦點(diǎn)時(shí)，測(cè)量點(diǎn)邊緣的圖像將不清晰。因此，較好使用變焦鏡頭。在給定的變焦范圍內(nèi)，溫度計(jì)可以調(diào)節(jié)測(cè)量距離。zui的新溫度計(jì)具有變焦可更換鏡頭，近鏡頭和遠(yuǎn)鏡頭無需校準(zhǔn)和復(fù)查即可更換。

3.傳感器，即光譜接收器

溫度與波長(zhǎng)成反比。對(duì)長(zhǎng)波光譜區(qū)敏感的傳感器(熱膜傳感器或熱電傳感器)適用于低物體溫度，對(duì)短波敏感的光電傳感器由鍺、硅、銦鎵等組成。，將在高溫下使用。

選擇光譜靈敏度時(shí)，還應(yīng)考慮氫氣和二氧化碳的吸收光譜帶。在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，所謂的& ldquo大氣窗。，H2和CO2對(duì)紅外線幾乎是透明的，所以溫度計(jì)對(duì)光線變化的靈敏度必須在這個(gè)范圍內(nèi)，為了消除大氣濃度變化的影響，在測(cè)量薄膜或玻璃時(shí)，也要考慮到這些材料在一定波長(zhǎng)下不容易穿透。為了避免背景光引起的測(cè)量誤差，使用了僅接收表面溫度的適當(dāng)傳感器。金屬具有這種物理性質(zhì)，發(fā)射率隨著波長(zhǎng)的減小而增加。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，測(cè)量金屬溫度時(shí)，一般選擇短測(cè)量波長(zhǎng)。

三.發(fā)展趨勢(shì)

例如，在傳感技術(shù)的許多領(lǐng)域，溫度計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)也是朝著小的、精致的、帶有中心線的圓形外殼發(fā)展。zui是理想的機(jī)器和設(shè)備安裝形式。這一發(fā)展趨勢(shì)的實(shí)現(xiàn)是通過電子元件的不斷小型化和高微積分使越來越小和更精密的電子元件集中在越來越小的空間。與以往的模擬技術(shù)相比，微控制器的應(yīng)用提高了探測(cè)器信號(hào)線性化高度的精密特性，從而提高了儀器的集成度。

市場(chǎng)供應(yīng)需要快速廉價(jià)的測(cè)量值接收。它可以直接輸出與溫度成比例的線性電流/電壓信號(hào)。測(cè)量值處理，如調(diào)平功能、特殊值存儲(chǔ)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。通過電纜外部連接的發(fā)射率調(diào)整，可以在危險(xiǎn)區(qū)外進(jìn)行調(diào)整。即使機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)，它也能被糾正。此時(shí)，它也可以通過SPS進(jìn)行調(diào)整。通過使用車身控制，現(xiàn)在可以毫無問題地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線接口，但是迄今為止還沒有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。信號(hào)的連續(xù)處理也擴(kuò)展了過去的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)。在探測(cè)器部分，新材料被用作光電傳感器，這證明了靈敏度和均勻分辨率的提高。在熱膜傳感器中，新傳感器只需要較短的調(diào)整時(shí)間。帶視覺溫度計(jì)的zui的新發(fā)展是更換變焦鏡頭，無需校準(zhǔn)和復(fù)查即可更換。相同的基本儀器用于不同的測(cè)量位置，節(jié)省了倉(cāng)庫(kù)管理成本。

四、選擇溫度計(jì)的主要標(biāo)準(zhǔn)

溫度計(jì)的應(yīng)用主要取決于測(cè)量范圍。測(cè)量電壓和測(cè)量區(qū)域的起始值應(yīng)符合測(cè)量工作的要求。測(cè)量電壓越大，分辨率越小，精度差。特別是當(dāng)選擇低測(cè)量溫度的起始值時(shí)，精度會(huì)降低幾倍。因此，建議選擇可能的zui小測(cè)量電壓。

測(cè)量區(qū)域的初始值決定了光譜的靈敏度，甚至檢測(cè)器的類型。由于發(fā)射率調(diào)整不正確，測(cè)量誤差明顯小于長(zhǎng)波傳感器。因此，在熱膜傳感器(8 ~ 14μ；M)在800℃時(shí)，由于發(fā)射率調(diào)節(jié)不當(dāng)造成的測(cè)量誤差，傳感器(1，1 ~ 1，6μ；m).鍺光電二極管傳感器的允許測(cè)量范圍從大約250℃開始。

例如，在陶瓷工業(yè)或發(fā)電廠的燃燒過程中，測(cè)量范圍通常為0 ~ 1300℃。為了避免大誤差，應(yīng)選擇短波探測(cè)器溫度計(jì)。雖然它的高溫測(cè)量值在250℃到1300℃之間

選擇合適溫度計(jì)的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是間距比。這是指測(cè)量距離和測(cè)量點(diǎn)直徑之間的比例關(guān)系。如果被測(cè)物體小，則測(cè)量距離大，即所謂的& ldquo熱點(diǎn)。在大面積上，它需要很大的間距比。相反，如果測(cè)量點(diǎn)的面積很大，因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)于測(cè)量點(diǎn)的中間值具有穩(wěn)定的輸出信號(hào)，所以小的間距比是固定的。

此外，應(yīng)該確定溫度計(jì)是否裝有觀察裝置，因?yàn)橛^察裝置會(huì)增加50%的成本。這里的關(guān)鍵是價(jià)格的從屬關(guān)系。當(dāng)測(cè)量大面積物體時(shí)，通常不需要組裝觀察裝置，而是在安裝過程中使用外部觀察裝置來校正溫度計(jì)。因此，價(jià)格上有優(yōu)勢(shì)。許多測(cè)量場(chǎng)所只需要一個(gè)觀察裝置。

對(duì)于小的測(cè)量物體或測(cè)量遠(yuǎn)處的距離，可以隨時(shí)瞄準(zhǔn)它們。在帶有儀表板刻度的透明鏡子中，人們可以清楚地看到測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際尺寸。較便宜的方法是用激光指向一點(diǎn)，但它只能逐點(diǎn)測(cè)量。當(dāng)測(cè)量封閉爐和類似類型時(shí)，需要一個(gè)透視窗。因此，需要決定是否需要溫度計(jì)以及南非需要什么功能。例如，調(diào)平功能、特殊值存儲(chǔ)、邊界接觸或計(jì)算機(jī)接口，為了使溫度計(jì)適合于測(cè)量物體表面，發(fā)射率調(diào)節(jié)的可能性是必要的，并且通過連接記錄器、調(diào)節(jié)器或程序控制的機(jī)器可以廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)其他功能。此外，對(duì)于某些應(yīng)用，外部結(jié)構(gòu)也是決定因素。在較高的環(huán)境溫度下，溫度計(jì)只有一個(gè)帶透鏡的光學(xué)部分，電氣部分通過光導(dǎo)電纜連接，光導(dǎo)電纜遠(yuǎn)離高溫區(qū)放置。優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省冷卻裝置。

zui之后是溫度計(jì)模型、光譜溫度計(jì)或比率(雙色)溫度計(jì)。光譜溫度計(jì)接收一種波長(zhǎng)的輻射密度。與此不同，比率溫度計(jì)有兩個(gè)帶雙傳感器的單傳感器，可以測(cè)量?jī)煞N不同波長(zhǎng)的輻射密度。兩個(gè)檢測(cè)器信號(hào)的比率再現(xiàn)了溫度的比例關(guān)系。由于中間介質(zhì)如蒸汽和灰塵在溫度計(jì)的輻射范圍內(nèi)，或者輻射率變化到一定范圍，所以兩條線不顯示信號(hào)變化。然而，單色光譜溫度計(jì)將立即顯示這種變化，因此速率溫度計(jì)將優(yōu)先使用管式轉(zhuǎn)換器或在輻射干擾嚴(yán)重的金屬制造和加工行業(yè)中使用。

五、使用實(shí)例

使用不同溫度計(jì)的可能性非常大。近年來價(jià)格的急劇下降開辟了越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在低溫地區(qū)或用來取代一般傳統(tǒng)溫度計(jì)。以下示例概述了使用和解決方案。

1.混凝土加工業(yè)

在混凝土加工過程中，溫度對(duì)凝固時(shí)間及其所決定的硬度起著關(guān)鍵作用。特別是對(duì)于安全混凝土，必須達(dá)到一定的加工溫度，接觸探頭會(huì)因水泥機(jī)械腐蝕而迅速損壞。然而，溫度計(jì)可以直接接受攪拌筒的溫度或混凝土出口的溫度。對(duì)于ISO9000的質(zhì)量檢驗(yàn)，溫度必須以文件的形式與其他生產(chǎn)參數(shù)一起記錄。在骯臟的工業(yè)環(huán)境中，它需要非常堅(jiān)固的測(cè)量透鏡，例如防塵和防水透鏡。為了保護(hù)溫度計(jì)，使用適當(dāng)?shù)母郊巛S向間隙噴嘴、光學(xué)鏡頭保護(hù)蓋和絕緣管。

2.造紙工業(yè)

在造紙精煉中，紙軌將在加熱的金屬輥和涂有塑料層的精整輥之間運(yùn)行。如果紙的寬度小于輥的寬度，精整輥邊緣的溫度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中間的溫度，并且中間和邊緣之間的溫度差不能超過設(shè)定溫度，否則塑料涂層將被損壞。

為了測(cè)量溫度，每個(gè)框架可以配備三個(gè)固定溫度計(jì)，或者可以使用溫度計(jì)在觀察裝置上沿著滾輪的長(zhǎng)度移動(dòng)。由于局部蒸汽很強(qiáng)，需要一個(gè)防水溫度計(jì)和帶軸向間隙的噴嘴來自由吹窗戶。由于溫度的處理需要SPS機(jī)，所以通用儀器可以用發(fā)射率進(jìn)行修改。

3.陶瓷工業(yè)

為了生產(chǎn)陶瓷材料，有必要了解燃燒過程中溫度的變化過程，以達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量一致，避免浪費(fèi)產(chǎn)品。同時(shí)，為了節(jié)約能源，有必要將溫度控制在極小值以內(nèi)。到目前為止，溫度計(jì)是用來測(cè)量溫度的。它獲得室溫，這對(duì)溫度計(jì)是有利的。它可以直接測(cè)量物體表面的溫度，并且在很短的時(shí)間內(nèi)，從而可以精確地測(cè)量和保持燃燒溫度。

4.冶金工業(yè)

在冶金工業(yè)中，紅外測(cè)溫應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。例如，各種爐體內(nèi)壁缺陷的診斷、冷卻壁損壞的診斷、工藝參數(shù)的控制等。通過紅外測(cè)溫，可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)設(shè)備狀況，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，節(jié)約能源，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量

因此，傳統(tǒng)的溫度計(jì)將是時(shí)代的過時(shí)產(chǎn)品。它會(huì)隨著時(shí)間的推移而消失或損壞，因此需要不斷更換。然而，溫度計(jì)沒有磨損部件。因此，理論上，它的使用壽命是無限的，所以它更昂貴的投資成本可以在短時(shí)間內(nèi)收回。溫度計(jì)可以安裝在側(cè)面或頂部，以避免傾斜對(duì)齊，從而避免溫度計(jì)僅卡在字母的邊緣。軸向間隙噴嘴應(yīng)避免放置在溫度計(jì)的透鏡上。在環(huán)境溫度較高的情況下，需要額外的冷卻裝置。
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