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(shuō)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(guò)來(lái)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(guò)被測(cè)物體輻射的可見(jiàn)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(guò)接收來(lái)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(wú)問(wèn)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(méi)有磨損部件，因此使用溫度計(jì)沒(méi)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(wú)疑問(wèn)，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(guò)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(guò)濾光器由透鏡聚焦在探測(cè)器上。檢測(cè)器通過(guò)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(wú)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(guò)電子元件的不斷小型化和高微積分使越來(lái)越小和更精密的電子元件集中在越來(lái)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(guò)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(guò)SPS進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)使用車身控制，現(xiàn)在可以毫無(wú)問(wèn)題地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線接口，但是迄今為止還沒(méi)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(guò)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(jué)溫度計(jì)的zui的新發(fā)展是更換變焦鏡頭，無(wú)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(kāi)始。

例如，在陶瓷工業(yè)或發(fā)電廠的燃燒過(guò)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(guò)程中使用外部觀察裝置來(lái)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(guò)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(guò)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(lái)價(jià)格的急劇下降開(kāi)辟了越來(lái)越多的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在低溫地區(qū)或用來(lái)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(guò)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?，如軸向間隙噴嘴、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(guò)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(lái)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(guò)程中溫度的變化過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(méi)有磨損部件。因此，理論上，它的使用壽命是無(wú)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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