本文介紹黑體爐及紅外測溫儀的基本工作原理。分析紅外測溫儀檢定時測量誤差產(chǎn)生的原因，并提出了減小誤差的措施和方法。

直接式測溫儀與紅外測溫儀相比具有更多優(yōu)點，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于冶金、石化、電力等許多領(lǐng)域，在測量計量中發(fā)揮著巨大的作用。要保證紅外測溫儀量值傳遞的準(zhǔn)確可靠，做好定期的檢定校準(zhǔn)是必須的，然而怎樣才能做好紅外測溫儀的檢定校準(zhǔn)?在以標(biāo)準(zhǔn)黑體爐作為主要標(biāo)準(zhǔn)器檢定紅外測溫儀的實際工作中，常有溫度讀數(shù)偏差較大、檢定數(shù)據(jù)難以判斷的情況。因此，探討紅外測溫儀檢定誤差產(chǎn)生的原因及相應(yīng)的解決辦法，就顯得尤為重要。

1、基本原理

1.1　黑體爐

紅外測溫儀所測得的溫度是物體的輻射溫度而不是物體的實際溫度。紅外測溫儀的標(biāo)準(zhǔn)化檢定方法是采用標(biāo)準(zhǔn)黑體爐檢定。黑體爐是一種實用的黑體輻射源，黑體腔體放置在特定的恒溫場中，它是黑體空腔理論在實際測溫中的具體應(yīng)用。黑體爐一般都是由加熱體和發(fā)射近似黑體輻射的腔體組成。中溫黑體爐(300~1200℃)一般用電阻絲加熱，爐管中間部位放置黑體空腔。

通過精確的自動控溫調(diào)整，黑體腔體所在區(qū)域的技術(shù)指標(biāo)：水平溫差不大于0.05℃，垂直溫差不大于0.10℃；溫度波動度不大于±0.1℃/10min。輻射黑體源的腔體置于這樣的工作區(qū)域內(nèi)，其靶面的溫度均勻性小于1.0℃，控溫穩(wěn)定度不大于0.3℃/10min?？涨徊捎貌讳P鋼或鎳鎘合金制成，并在高溫下進行充分氧化發(fā)黑處理，以提高其表面的發(fā)射率，其有效發(fā)射率可達到0.995。

1.2　紅外測溫儀

紅外測溫儀是根據(jù)物體的紅外輻射特性，依靠其內(nèi)部光學(xué)系統(tǒng)將物體的紅外輻射能量匯聚到探測器(傳感器)，并轉(zhuǎn)換成電信號，再通過放大電路、補償電路及線性處理后，終端顯示被測物體的溫度。光學(xué)系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)換為可測量的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，按照儀器內(nèi)部的計算和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的輻射溫度值。除此之外，還應(yīng)考慮目標(biāo)和測溫儀所在的環(huán)境條件，如溫度、煙霧、塵埃、污染和干擾等因素對性能指標(biāo)的影響及修正方法。

2、紅外測溫過程中的誤差分析

紅外測溫儀通過接收目標(biāo)物體的輻射能量來測量其表面溫度。由于紅外測溫是非接觸式的，導(dǎo)致在測量過程中會存在著各種誤差。影響誤差的因素很多，除了儀器本身的因素外，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1　距離系數(shù)

距離系數(shù)(K=S∶D)是紅外測溫儀探頭到被測目標(biāo)之間的距離S與被測目標(biāo)直徑D的比值(這里的被測目標(biāo)直徑指標(biāo)準(zhǔn)黑體爐的腔口直徑，也即輻射源靶面直徑)。它對紅外測溫儀的測量準(zhǔn)確度有很大影響，K值越大，光學(xué)分辨力越高。在實際的檢定校準(zhǔn)工作中，許多人忽略了測溫儀對距離系數(shù)的要求。不管被測目標(biāo)點直徑D的大小，這樣測量得到的結(jié)果會有一定的誤差。因此，如果測溫儀由于測量條件限制必須安裝在遠離目標(biāo)之處，而又要測量較小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨力的測溫儀，以減小測量誤差。

需要指出的是，在用測溫儀瞄準(zhǔn)測量目標(biāo)進行測量時，被測目標(biāo)的直徑是不變的，而測溫儀的測量距離要求應(yīng)根據(jù)測量結(jié)果的實際情況來確定。即遵循示值Zda化原則，在規(guī)定的測量距離上，以測溫儀對被測目標(biāo)測量結(jié)果中的Zda值所對應(yīng)的距離來確定測溫儀的實際測量距離。

2.2　測量的方向與角度

紅外測溫儀從物體上接收到的輻射能量大小正比于它的發(fā)射率。物體的發(fā)射率除了與物體的材料形狀、表面粗糙度、凹凸程度等有關(guān)，還與測量時的方向與角度有關(guān)。若物體為光潔表面時，其方向性更為敏感。測量角度越大，則測量誤差越大。在對紅外測溫儀進行檢定校準(zhǔn)時，這一點很容易被忽視。一般來說，測量時紅外測溫儀應(yīng)垂直對準(zhǔn)黑體爐腔口，其光軸與輻射源靶面軸線重合。

測量時角度Z好控制在30°以內(nèi)，不宜大于45°。如果不得不大于45°進行測量，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)低測溫儀的發(fā)射率進行修正。在實際的檢定過程中應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)黑體爐和測溫儀相對應(yīng)的發(fā)射率，對紅外測溫儀發(fā)射率的設(shè)定調(diào)整要盡量準(zhǔn)確，必要時進行標(biāo)準(zhǔn)黑體爐和測溫儀發(fā)射率的換算，以減小所測量溫度的誤差。需要注意的是，如果要對兩個相同物體的測溫數(shù)據(jù)進行分析比較，那么在測量時測量角度一定要相同，這樣才更具有可比性。

2.3　被測目標(biāo)尺寸

被測目標(biāo)尺寸和紅外測溫儀的視場決定了儀器測量的準(zhǔn)確度。使用紅外測溫儀測溫時，只能測定被測目標(biāo)表面上確定面積的溫度值。在定測量距離時，應(yīng)確保被測目標(biāo)面積等于或大于受測的測溫儀視場。激光瞄準(zhǔn)器型測溫儀，激光點應(yīng)在目標(biāo)ZX的上方，有12mm的偏置距離。

一般測量時有以下三種情況：(1)當(dāng)被測目標(biāo)大于測試視場時，測溫儀不會受到測量區(qū)域外面的背景輻射能量影響，能夠顯示被測物體位于光學(xué)目標(biāo)內(nèi)確定面積的真實溫度，這時的測量效果Z好。就如在檢定紅外測溫儀時，黑體輻射源靶面直徑應(yīng)大于或等于測溫儀要求的目標(biāo)直徑。(2)當(dāng)被測目標(biāo)等于測試視場時，已受到背景輻射能量影響，但影響還比較小，測量效果一般。(3)當(dāng)被測目標(biāo)小于測試視場時，背景輻射能量就會干擾測溫讀數(shù)，造成誤差。因此在實際測溫時，被測目標(biāo)尺寸應(yīng)超過測溫儀視場大小的50%為好。

2.4　響應(yīng)時間和環(huán)境因素

響應(yīng)時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應(yīng)速度，定義為到達Z后讀數(shù)的95%能量所需要的時間。它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān)。紅外測溫儀響應(yīng)時間的選擇要同被測目標(biāo)的情況相適應(yīng)。如果被測目標(biāo)的運動速度很快或溫度變化的速度很快，要選用快速響應(yīng)的測溫儀，否則達不到足夠的信號響應(yīng)，會降低測量準(zhǔn)確度；對于靜止的目標(biāo)或溫度變化速度慢的目標(biāo)，則測溫儀的響應(yīng)時間可以放寬要求。此外，環(huán)境溫度的較大變化將影響紅外測溫儀的測量準(zhǔn)確度，對于待檢定的紅外測溫儀需要在實驗室放置30min以上才可以進行檢定。

3、結(jié)語

影響紅外測溫儀檢定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠的原因很多，但只要深入研究檢定過程中應(yīng)注意的一些問題，掌握標(biāo)準(zhǔn)黑體爐和紅外測溫儀的工作原理，對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及被檢儀器的各個部分進行認(rèn)真分析，就不難找出合理的減少測溫誤差的方法，從而保證紅外測溫儀檢定工作的正常開展。