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红外线测温仪发展、理论基础、原理、优点等介绍

来源: 上海正千旺电气集团有限公司  日期:2018-06-05 18:13:08  点击:403  属于:公司新闻

红外线测温仪的测温最基本的原理是将物体发射的红外线具有的辐射能转变成电信号,红外线辐射能的大小与物体本身的温度相对应,根据转变成电信号大小,可以确定物体的温度。

红外线测温仪的发展:
早在十九世纪末开始,人们已经开始有红外线测温仪的设计有初步概念认知。在1911Charles A. Darling出版的《测温》一书中提出了各种概念,但是直到1930年代可用的技术将这些概念转化为实用的测量仪器。从那时起,设计有了长久的发展,并积累了大量的测量和应用专业知识。目前,该红外测温技术已被广泛接受并广泛用于工业和研究中。

红外线测温仪的理论基础:
大多数红外线测温仪用户不太可能需要使用这些公式,但是对公式的了解将有助于您理解某些变量的相互依赖性,并有助于阐明上述内容。红外温度测量所基于的公式是已建立并得到了很好的证明。公式如下:
基尔霍夫定律当物体处于热平衡状态时,吸收量将等于发射量。
斯蒂芬·玻尔兹曼定律(Stephan Boltzmann Law)物体越热,其发射的红外能量就越大。
维恩位移定律随着温度的升高,最大能量发射的波长变短。
普朗克方程描述了光谱发射率,温度和辐射能之间的关系。


红外线测温仪原理:
红外线测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量,视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路,并按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。
在自然界中,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。

红外线测温仪黑体是检验红外线测温仪温度是否准确的依据(参照物)。
   什么叫黑体呢?不反射或透射任何红外能量的材料被称为黑体,并且不自然存在。 但是,出于理论计算的目的,真实黑体的值为1.0 在现实生活中可以实现的最接近黑体发射率1.0的近似值是IR不透明的球形腔体,具有小的管状入口。
    而红外测温仪原理黑体是一种理想化的辐射体,它吸收所有波长的辐射能量,没有能量的反射和透过,其表面的发射率为 1。但是,自然界中存在的实际物体,几乎都不是黑体,为了弄清和获得红外辐射分布规律,在理论研究中必须选择合适的模型,这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型,从而导出了普朗克黑体辐射的定律,即以波长表示的黑体光谱辐射度,这是一切红外辐射理论的出发点,故称 黑体辐射定律。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外,还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此,为使黑体辐射定律适用于所有实际物体,必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数,即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度,其值在零和小于 1 的数值之间。
不同种类的材料和气体具有不同的发射率,因此对于给定的温度,它们将以不同的强度发射。材料或气体的发射率是其分子结构和表面特性的函数。除非颜色来源是与材料主体根本不同的物质,否则通常不是颜色的函数。一个实际的例子是掺有大量铝的金属涂料。不论颜色如何,大多数涂料具有相同的发射率,但是铝的发射率差异很大,因此会改变金属化涂料的发射率。

就像可见光一样,某些表面的抛光度越高,该表面反射的红外能量就越大。因此,材料的表面特性也将影响其发射率。在温度测量中,这对于固有地具有低发射率的红外不透明材料尤为重要。因此,高度抛光的不锈钢片的辐射率将比具有粗糙,机加工表面的不锈钢片低得多。这是因为通过机加工产生的凹槽可防止反射尽可能多的IR能量。除了分子结构和表面条件外,影响材料或气体表观发射率的第三个因素是传感器的波长灵敏度,即传感器的光谱响应。如前所述,实际温度测量仅使用0.7微米至20微米之间的IR波长。在该总频带内,各个传感器只能在该频带的狭窄部分中工作,例如0.781.064.85.2微米,其原因将在后面解释。
根据辐射定律,只要知道了材料的发射率,就知道了任何物体的红外辐射特性。影响发射率的主要因素在:材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。

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。

红外线测温仪应用技术的优点包括:

在难以触及的区域进行测量,例如嵌入式区域,变压器或生产烤箱。
非接触式红外测温不损伤产品,不污染环境,用于产品质量控制。
确定运动物体(例如传送带上的产品)的温度。

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