紅外溫度計測量原理標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用實例
紅外溫度計非接觸測溫有許多優(yōu)點。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，并對紅外溫度計的正確選擇的應(yīng)用范圍作出決定性的說明。由于原子和分子的運動，每個物體都輻射電磁波，對于非接觸式溫度測量重要的波長或光譜范圍zui為0.2-2.0μ；m .這個范圍內(nèi)的自然光線稱為熱輻射或紅外線。

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

一、紅外溫度計測溫的優(yōu)點

通過接收來自被測物體的紅外輻射進行非接觸式溫度測量具有許多優(yōu)點。這樣，那些難以觸摸或移動的物體可以被無問題地測量，例如傳熱性能差或熱容量非常小的材料。紅外溫度計響應(yīng)時間短，可以快速實現(xiàn)環(huán)路的有效調(diào)節(jié)。溫度計沒有磨損部件，因此使用溫度計沒有持續(xù)成本。特別是在非常小的被測物體中，例如接觸測量，由于物體的導(dǎo)熱性，將會有很大的測量誤差。毫無疑問，溫度計可以在這里使用，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)程遙控測量，它可以遠(yuǎn)離危險區(qū)域，這樣操作者就不會有危險。

二、紅外溫度計結(jié)構(gòu)的原理

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

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

1.視力

瞄準(zhǔn)器具有這種功能，溫度計所指的測量塊或測量點可以被看到，并且對于要測量的大面積物體通常不需要瞄準(zhǔn)器。對于要測量的小物體和長測量距離，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。

2.鏡頭

透鏡決定溫度計的測量點。對于大面積物體，固定焦距的溫度計通常就足夠了。然而，當(dāng)測量距離遠(yuǎn)離焦點時，測量點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)，溫度計可以調(diào)節(jié)測量距離。zui的新溫度計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

溫度與波長成反比。對長波光譜區(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，還應(yīng)考慮氫氣和二氧化碳的吸收光譜帶。在一定的波長范圍內(nèi)，所謂的& ldquo大氣窗。，H2和CO2對紅外線幾乎是透明的，所以溫度計對光線變化的靈敏度必須在這個范圍內(nèi)，為了消除大氣濃度變化的影響，在測量薄膜或玻璃時，也要考慮到這些材料在一定波長下不容易穿透。為了避免背景光引起的測量誤差，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)射率隨著波長的減小而增加。根據(jù)經(jīng)驗，測量金屬溫度時，一般選擇短測量波長。

三.發(fā)展趨勢

例如，在傳感技術(shù)的許多領(lǐng)域，溫度計的發(fā)展趨勢也是朝著小的、精致的、帶有中心線的圓形外殼發(fā)展。zui是理想的機器和設(shè)備安裝形式。這一發(fā)展趨勢的實現(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)用提高了探測器信號線性化高度的精密特性，從而提高了儀器的集成度。

市場供應(yīng)需要快速廉價的測量值接收。它可以直接輸出與溫度成比例的線性電流/電壓信號。測量值處理，如調(diào)平功能、特殊值存儲或邊界接觸，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，可以在危險區(qū)外進行調(diào)整。即使機器在運轉(zhuǎn)，它也能被糾正。此時，它也可以通過SPS進行調(diào)整。通過使用車身控制，現(xiàn)在可以毫無問題地實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線接口，但是迄今為止還沒有實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。信號的連續(xù)處理也擴展了過去的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號。在探測器部分，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)整時間。帶視覺溫度計的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量位置，節(jié)省了倉庫管理成本。

四、選擇溫度計的主要標(biāo)準(zhǔn)

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

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

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

選擇合適溫度計的另一個標(biāo)準(zhǔn)是間距比。這是指測量距離和測量點直徑之間的比例關(guān)系。如果被測物體小，則測量距離大，即所謂的& ldquo熱點。在大面積上，它需要很大的間距比。相反，如果測量點的面積很大，因為傳感器對于測量點的中間值具有穩(wěn)定的輸出信號，所以小的間距比是固定的。

此外，應(yīng)該確定溫度計是否裝有觀察裝置，因為觀察裝置會增加50%的成本。這里的關(guān)鍵是價格的從屬關(guān)系。當(dāng)測量大面積物體時，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。因此，價格上有優(yōu)勢。許多測量場所只需要一個觀察裝置。

對于小的測量物體或測量遠(yuǎn)處的距離，可以隨時瞄準(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量點的實際尺寸。較便宜的方法是用激光指向一點，但它只能逐點測量。當(dāng)測量封閉爐和類似類型時，需要一個透視窗。因此，需要決定是否需要溫度計以及南非需要什么功能。例如，調(diào)平功能、特殊值存儲、邊界接觸或計算機接口，為了使溫度計適合于測量物體表面，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)器或程序控制的機器可以廉價地實現(xiàn)其他功能。此外，對于某些應(yīng)用，外部結(jié)構(gòu)也是決定因素。在較高的環(huán)境溫度下，溫度計只有一個帶透鏡的光學(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)點是可以節(jié)省冷卻裝置。

zui之后是溫度計模型、光譜溫度計或比率(雙色)溫度計。光譜溫度計接收一種波長的輻射密度。與此不同，比率溫度計有兩個帶雙傳感器的單傳感器，可以測量兩種不同波長的輻射密度。兩個檢測器信號的比率再現(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變化。然而，單色光譜溫度計將立即顯示這種變化，因此速率溫度計將優(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、使用實例

使用不同溫度計的可能性非常大。近年來價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。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，溫度對凝固時間及其所決定的硬度起著關(guān)鍵作用。特別是對于安全混凝土，必須達(dá)到一定的加工溫度，接觸探頭會因水泥機械腐蝕而迅速損壞。然而，溫度計可以直接接受攪拌筒的溫度或混凝土出口的溫度。對于ISO9000的質(zhì)量檢驗，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，它需要非常堅固的測量透鏡，例如防塵和防水透鏡。為了保護溫度計，使用適當(dāng)?shù)母郊巛S向間隙噴嘴、光學(xué)鏡頭保護蓋和絕緣管。

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。

為了測量溫度，每個框架可以配備三個固定溫度計，或者可以使用溫度計在觀察裝置上沿著滾輪的長度移動。由于局部蒸汽很強，需要一個防水溫度計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，所以通用儀器可以用發(fā)射率進行修改。

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，避免浪費產(chǎn)品。同時，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，溫度計是用來測量溫度的。它獲得室溫，這對溫度計是有利的。它可以直接測量物體表面的溫度，并且在很短的時間內(nèi)，從而可以精確地測量和保持燃燒溫度。

4.冶金工業(yè)

在冶金工業(yè)中，紅外測溫應(yīng)用于各個領(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。通過紅外測溫，可以準(zhǔn)確監(jiān)測設(shè)備狀況，延長設(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)的溫度計將是時代的過時產(chǎn)品。它會隨著時間的推移而消失或損壞，因此需要不斷更換。然而，溫度計沒有磨損部件。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間內(nèi)收回。溫度計可以安裝在側(cè)面或頂部，以避免傾斜對齊，從而避免溫度計僅卡在字母的邊緣。軸向間隙噴嘴應(yīng)避免放置在溫度計的透鏡上。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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