您當前的位置：
費勉100問第七期 | 紅外測溫
文章來源：
自然界物體溫度高于絕對零度時，由于內部熱運動的存在不斷向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位于0.75 ~ 100μm 的紅外線。紅外測溫儀正是利用這一原理制作而成的，具有使用方便，反應速度快，靈敏度高，測溫范圍廣，可實現在線非接觸連續測量等眾多優點。
常用測溫方法對比
黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發射率為1，其它物質反射系數小于1，稱為灰體。自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規律，在理論研究中必須選擇合適的模型。普朗克黑體輻射定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，是一切紅外輻射理論的出發點，如下圖所示。
隨著溫度升高，輻射峰值向短波方向移動(向左)，并滿足維恩位移定理T *λm = 2897.8 μm*K，峰值處的波長λm與絕對溫度Τ 成反比，虛線為λm 處峰值連線。這個公式告訴我們為什么高溫測溫儀多工作在短波處，低溫測溫儀多工作在長波處。
輻射能量隨溫度的變化率，短波處比長波處大，即短波處工作的測溫儀相對信噪比高（靈敏度高），抗干擾性強，測溫儀應盡量選擇工作在峰值波長處，特別是低溫小目標的情況下，這一點顯得尤為重要。
紅外測溫儀采用逐點分析的方式，即把物體一個局部區域的熱輻射聚焦在單個探測器上，并通過已知物體的發射率，將輻射功率轉化為溫度。由于被檢測的對象、測量范圍和使用場合不同，紅外測溫儀的外觀設計和內部結構不盡相同，但基本結構大體相似，主要包括光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。
測試誤差
由于紅外測溫是非接觸式的，會存在著各種誤差，影響誤差的因素很多，除了儀器本身的因素外，主要表現在：
● 輻射率
輻射率是一個物體相對于黑體輻射能力大小的物理量，它除了與物體的材料形狀、表面粗糙度、凹凸度等有關，還與測試的方向有關。若物體為光潔表面時，其方向性更為敏感。不同物質的輻射率是不同的，紅外測溫儀從物體上接收到輻射能量大小正比于它的輻射率。
當物體的輻射率越高，反射率就越小，背景和反射的影響就會越小，測試的準確性也就越高；反之，背景溫度越高或反射率越高，對測試的影響就越大。此外，輻射率還與測試方向有關，測試角度越大，測試誤差越大，測試角最好在30° 之內，一般不宜大于45°，如果不得不大于45°進行測試，可以適當地調低輻射率進行修正。
●距離系數
距離系數(K=S:D)是測溫儀到目標的距離S 與測溫目標直徑D 的比值，它對紅外測溫的精確度有很大影響，K 值越大，分辨率越高。因此，如果測溫儀由于環境條件限制必須安裝在遠離目標之處，而又要測量小的目標，就應選擇高光學分辨率的測溫儀，以減小測量誤差。
在實際使用中，許多人忽略了測溫儀的光學分辨率。不管被測目標點直徑D 大小，打開激光束對準測量目標就測試。實際上他們忽略了該測溫儀的S:D 值的要求，這樣測出的溫度會有一定的誤差。
●目標尺寸
被測物體和測溫儀視場決定了儀器測量的精度。使用紅外測溫儀測溫時，一般只能測定被測目標表面上確定面積的平均值。一般測試時有以下三種情況：
1> 當被測目標大于測試視場時，測溫儀就不會受到測量區域外面的背景影響，就能顯示被測物體位于光學目標內確定面積的真實溫度，這時的測試效果最好。
2> 當被測目標等于測試視場時，背景溫度已受到影響，但還比較小，測試效果一般。
3> 當被測目標小于測試視場時，背景輻射能量就會進入測溫儀的視場干擾測溫讀數，造成誤差。儀器僅顯示被測物體和背景溫度的加權平均值。因此建議在實際測溫時，被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。
●環境因素
被測物體所處的環境條件對測量的結果有很大的影響，隨著環境溫度的升高，產生的附加輻射影響就越大，測溫的誤差也就越大。
紅外線在輻射的傳輸過程中，由于大氣的吸收作用，能量總要受到一定的衰減。大氣吸收是指在傳輸過程中使一部分紅外線輻射能量變成其它形式的能量，或以另一種光譜分布。大氣吸收程度隨空氣溫度變化而變化，被測物體距離越遠，大氣透射對溫度測量的影響就越大。所以，在室外進行紅外測溫時，應盡量在無雨、無霧、空氣比較清晰的環境下進行。在室內進行紅外測溫時，應在沒有水蒸氣的環境下進行，這樣就可以在誤差最小的情況下測得較準確的數值。
如何正確選擇紅外測溫儀
選擇紅外測溫儀可從三個方面考慮：
● 性能指標方面，如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、響應時間等
● 環境和工作條件方面，如環境溫度、窗口、顯示和輸出、保護附件等
● 其他選擇方面，如使用方便、維修和校準性能以及價格等。
紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列，并備有各種選件和計算機軟件，每一系列中又有各種型號及規格。要從不同規格的各種型號測溫儀中選擇紅外測溫儀，應注意如下幾個方面：
1> 首先要將測量要求和所要解決的問題弄清，如被測目標溫度，被測目標大小，測量距離，被測目標材料，目標所處環境，響應速度要求，測量精度要求，以及用便攜式還是在線式等；
2> 測量要求和所要解決的問題與現有各種型號的測溫儀進行對比，選擇出能夠滿足上述要求的儀器型號；
3> 在眾多能滿足要求的型號中，選擇出性能、功能和價格方面的最佳搭配。
- 上一個：費勉100問第八期 | 真空中的配件
- 下一個：費勉100問第六期 | 真空中的配件
