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红外热像仪与红外测温仪——非接触式温度测量参数解析

发布时间:2015年10月20日[仪器仪表][福禄克Fluke][菲力尔Flir][雷泰Raytek][日本AVIO原NEC][欧普士optris]

温度是物质中振动的原子和分子具有的动能的一种表现形式,动能可以通过各种间接现象来衡量,例如体积或压力的变化、电阻、电磁力、电子表面电荷或者电磁辐射的发射。对于小尺寸、不断运动或者无法接近的 物体、对于要求快速响应的动态过程,以及对于温度小于1000°C的应 用,非接触式温度测量是首选技术。要为具体应用选择最适合的非接触式温度测量设备——如红外热像仪红外测温仪,重要的是要了解温度测量技术的基础知识、温度测量参数。

红外测温仪

 

非接触式温度测量概念解析

 

红外线辐射

红外线是电磁波光谱中人眼可见光(蓝色到红色0.4 ~.75 μm)以外的一部分光谱,红外线波长为0.75μm ~ 1000 μm,微波波长(雷达波)是该范围的起始波长。由于红外线辐射主要由热量产生,因此称它为热辐射。对于辐射测温法,只有部分红外线光谱是重要的,该光谱通常划分为多个“大气窗区”,可提供穿透空气中水汽的最大无损透射:0.7-1.3 μm、1.4-1.8 μm、2.0-2.5 μm、3.2-4.3 μm、4.8-5.3 μm、8-14 μm。

 

发射率

该特性确定的是与相同温度的理想辐射体(黑体)发射的辐射量相比物体发射出的一部分辐射量。发射率部分程度上取决于材料类型及材料的表面 状况,其变化范围从接近零(反射性极强的镜子)到几乎达到1(黑体模拟器) 。发射率用来根据测量的亮度或光谱辐射强度计算物体的真实温度。

由于物体的发射率也会随波长变化,应该为具体应用选择其光谱响应与高发射区波段相符的辐射温度计。发射率值在多种材料和光谱带的资料中给出,或者也可以主要根据经验来确定发射率值。

用于低温区测量选用8-14μm波长为宜

用于测量玻璃和/或穿透热气体(3.9 μm),测量玻璃内部温度选用1.0μm、2.2μm和3.9μm(被测玻璃要很厚,否则会透过)波长

测量玻璃表面温度选用5.0μm波长

用于测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长,聚酯类选用4.3μm或7.9μm波长,厚度超过0.4mm选用8-14μm波长

用于测量燃烧气体(4.2、4.5、5.3 μm),测火焰中的CO2用窄带4.24-4.3μm,CO用4.64μm,火焰中的NO2用4.47μm波长

 

辐射温度计

这种非接触式温度计通过截取并测量物体发射的热辐射来确定物体的表面温度。

一、亮度/单色高温计

这些设备测量并计算截取的热辐射的强度或亮度。强度或更加广泛地说光谱辐射在热辐射光谱的 较窄波长带内测量。波长带的选择取决于温度范围以及待测量材料的类型。对于在红外线区测量温度比较敏感的仪器也叫做光谱辐射高温计或者光谱辐射温度计。Raytek雷泰Marathon MM系列高性能单色红外测温仪MMLTSSF3L:http://www.testeb.com/MMLTSSF3L.html

 

二、比值/双色高温计

这种辐射温度计以两种(或多种)不连续的波长为基础测量温度,不同波长中亮度的比值对应于可见光谱中的颜色。一直都在广泛使用两种明显不同的可见颜色(通常为红色和绿色)推断色温。比值测量法的优势在于温度读数在很大程度上与发射率波动和/或瞄准通道遮蔽物无关。这项技术通常用来测量白炽温度(700°C,1300°F)以上的温度,但也可以测量最低至200°C(400°F)的低温。雷泰双色测温仪MR1SBSF:http://www.testeb.com/MR1SBSF.html

 

红外热像仪

 

红外热像仪与红外测温仪相关参数

 

测温范围

每种型号的热像仪、测温仪都有自己特定的测温范围,用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全,既不要过窄,也不要过宽。

目标尺寸

红外热像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)。对于单色测温仪,在进行测温时,被测目标面积应充满热像仪视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小于视场,背景辐射能量就会进入热像仪的视声符支干扰测温读数,造成误差。相反,如果目标大于热像仪的视场,热像仪就不会受到测量区域外面的背景影响。

光学分辨率物距比D:S

光学分辨率由D与S之比确定,是热像仪/红外测温仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比。若测温仪由于环境条件限制必须安装在远离测量目标的地方,同时又要测量小目标,就应选高光学分辨率的红外线测温仪。光学分辨率越高,即增大D:S比值,测温仪的成本也越高。Fluke 566红外测温仪D:S=30:1、Fluke568红外测温仪D:S=50:1,雷泰Rayst60+测温仪D:S=30:1、雷泰ST80+测温仪D:S=50:1。

视场

视场(FOV)用立体角(度数)或弧度表示[如NEC R300SR热像仪视场角:22°(H)×17°(V)、flir i7热像仪视场角(FOV) 为25°×25°],视场简化了每个工作距离处最小目标尺寸的计算。一种方便的度量方式是距离目标比,例如20:1,表示在测量距离为20英寸处最小目标尺寸为1英寸。

发射率

物体的发射率随波长变化,所以应该为具体应用选择其光谱响应与高发射区波段相符的辐射温度计:
用于测量玻璃和/或穿透热气体(3.9 μm)
用于测量玻璃表面(5.0 μm)
用于测量燃烧气体(4.2、4.5、5.3 μm)

响应时间

响应时间表示红外热像仪对被测温物度变化的反应速度,定义为到达最后读数的95%能量所需要时间,其与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。如被测物的运动速度很快或测量快速加热的目标时,应选用快速响应红外热像仪,否则将无法达到足够的信号响应,这会导致测量的精度。

 

非接触式测温仪

 

选择在线式红外测温仪/热像仪还是便携式测温仪

 

在线测温仪仪器设备在线式红外线测温仪、在线红外热像仪通常用于不间断的过程监测和控制,有低温和高温型号,每种型号都有自己的工作规格。便携式测温仪更适合过程检查、预防/预知保养、热辐射测量、研发以及临时温度监控。

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