本文對紅外測溫儀的工作原理進(jìn)行了闡述，并依據(jù)在計量部門從事?lián)於üぷ鞯慕?jīng)驗，總結(jié)出了選用合適的紅外線測溫儀的方法。

一、紅外測溫儀的結(jié)構(gòu)和原理

紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按照儀器內(nèi)置的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。

紅外測溫儀的測溫原理是將物體(如鋼水)發(fā)射的紅外線具有的輻射能轉(zhuǎn)變成電信號，紅外線輻射能的大小與物體(如鋼水)本身的溫度相對應(yīng)，根據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號大小，可以確定物體(如鋼水)的溫度。

二、如何選擇紅外測溫儀？

目前，紅外測溫技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測，設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮著重要作用。近20年來，非接觸紅外測溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴(kuò)大，市場占有率逐年增長。比起接觸式測溫方法，紅外測溫有著響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。非接觸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(jī)軟件，每一系列中又有各種型號及規(guī)格。在不同規(guī)格的各種型號測溫儀中，正確選擇紅外測溫儀對用戶來說是十分重要的。

選擇紅外測溫儀可分為3個方面：性能指標(biāo)方面.如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、響應(yīng)時間等；環(huán)境和工作條件方面，如環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等；其他選擇方面，如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價格等，也對測溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。

1、確定測溫范圍

測溫范圍是測溫儀Z重要的一個性能指標(biāo)。如TIME(時代)、Raytek(雷泰)產(chǎn)品覆蓋范圍為一50℃～+3000℃，但這不能由一種型號的紅外測溫儀來完成。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范麗。因此，用戶的被測溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全，既不要過窄，也不要過寬。根據(jù)黑體輻射定律，在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過由發(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化，因此，測溫時應(yīng)盡量選用短波較好。

2、確定目標(biāo)尺寸

紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀(輻射比色測溫儀)。對于單色測溫儀，在進(jìn)行測溫時，被測目標(biāo)面積應(yīng)充滿測溫儀視場。建議被測目標(biāo)尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場，背景輻射能量就會進(jìn)入測溫儀的視場干擾測溫讀數(shù)，造成誤差。相反，如果目標(biāo)大于測溫儀的視場，測溫儀就不會受到測量區(qū)域外面的背景影響。

對于雙色測溫儀，其溫度是由兩個獨(dú)立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。因此，當(dāng)被測目標(biāo)很小，沒有充滿現(xiàn)場，測量通路上存在煙霧、塵埃阻擋，對輻射能量有衰減時，都不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，甚至在能量衰減了95%的情況下，仍能保證要求的測溫精度。對于目標(biāo)細(xì)小，又處于運(yùn)動或振動之中的目標(biāo)，有時在視場內(nèi)運(yùn)動，或可能部分移出視場的目標(biāo)，在此條件下，使用雙色測溫儀是Z佳選擇。如果測溫儀和目標(biāo)之間不可能直接瞄準(zhǔn)，測量通道彎曲、狹小、受阻等情況下，雙色光纖測溫儀是Z佳選擇。這是由于其直徑小，有柔性，可以在彎曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量，因此，可以測量難以接近、條件惡劣或靠近電磁場的目標(biāo)。

3、確定光學(xué)分辨率

光學(xué)分辨率由D與S之比確定，即測溫儀到目標(biāo)之間的距離D與測量光斑直徑S之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制，必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測溫儀。光學(xué)分辨率越高，即增大D：S比值，測溫儀的成本也越高。

4、確定波長范圍

目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜響應(yīng)或波長。對于高反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率。在高溫區(qū)，測量金屬材料的Z佳波長是近紅外，可選用0.18—1.0μm波長。其他溫區(qū)可選用1.6μm、2.2μm和3.9μm波長。由于有些材料在一定波長是透明的，紅外能量會穿透這些材料，對這種材料應(yīng)選擇特殊的波長。

如測量玻璃內(nèi)部溫度選用10μm、2.2μm和μm(被測玻璃要很厚，否則會透過)波長;測低溫區(qū)選用8～14m波長為宜。再如測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長，聚酯類選用4.3μm或7.9mμm波長，厚度超過0.4mm選用8～14μm波長。又如測火焰中的CO2用窄帶4.24~4.3μm波長，測火焰中的CO用窄帶4.64μm波長，測量火焰中的N02用4.47μm波長。

5、確定響應(yīng)時間

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(dá)Z后讀數(shù)的95%能量所需要時間，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)。新型紅外測溫儀響應(yīng)時間可達(dá)1ms，這比接觸式測溫方法快得多。如果目標(biāo)的運(yùn)動速度很快或測量快速加熱的目標(biāo)時，要選用快速響應(yīng)紅外測溫儀，否則達(dá)不到足夠的信號響應(yīng)，會降低測量精度。然而，并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外測溫儀，對于靜止的或目標(biāo)存在熱慣性時，測溫儀的響應(yīng)時間就可以放寬要求。因此，紅外測溫儀響應(yīng)時間的選擇要和被測目標(biāo)的情況相適應(yīng)。

6、信號處理功能

鑒于離散過程(如零件生產(chǎn))和連續(xù)過程不同，要求紅外測溫儀具有多信號處理功能(如峰值保持、谷值保持、平均值)可供選用，如為傳送帶上的瓶子測溫時，就要用峰值保持，其溫度的輸出信號傳送至控制器內(nèi)。否則，測溫儀讀出瓶子之間的較低的溫度值。若用峰值保持，設(shè)置測溫儀響應(yīng)時間稍長于瓶子之間的時間間隔，這樣至少有一個瓶子總是處于測量之中。

7、環(huán)境條件

測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結(jié)果有很大影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會影響測溫精度甚至引起損壞。當(dāng)環(huán)境溫度高，存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下，可選用廠商提供的保護(hù)套、水冷卻、空氣冷卻系統(tǒng)、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環(huán)境影響并保護(hù)測溫儀，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測溫。在確定附件時，應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，以降低安裝成本。當(dāng)在煙霧、灰塵或其他顆粒降低測量能量信號時，光纖雙色測溫儀是Z佳選擇。在噪聲、電磁場、震動和難以接近的環(huán)境條件下，或其他惡劣條件時，宜選擇光線比色測溫儀。

在密封的或危險的材料應(yīng)用中(如容器或真空箱)，測溫儀通過窗口進(jìn)行觀測。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過所用測溫儀的工作波長范圍。還要確定操作工是否也需要通過窗口進(jìn)行觀察，因此，要選擇合適的安裝位置和窗口材料，避免相互影響。在低溫測量應(yīng)用中，通常用Ge或Si材料作為窗口，不透可見光，人眼不能通過窗口觀察目標(biāo)。如操作員需要通過窗口目標(biāo)，應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料，如ZnSe或BaF2等作為窗口材料。

當(dāng)測溫儀工作環(huán)境中存在易燃?xì)怏w時，可選用本征安全型紅外測溫儀，從而在一定濃度的易燃?xì)怏w環(huán)境中進(jìn)行安全測量和監(jiān)視。

在環(huán)境條件惡劣復(fù)雜的情況下，可以選擇測溫頭和顯示器分開的系統(tǒng)，以便于安裝和配置?？蛇x擇與現(xiàn)行控制設(shè)備相匹配的信號輸出形式。

8、紅外輻射測溫儀的標(biāo)定

紅外測溫儀必須經(jīng)過標(biāo)定才能使它正確地顯示出被測目標(biāo)的溫度。如果所用的測溫儀在使用中出現(xiàn)測溫超差，則需退回廠家或維修ZX重新標(biāo)定。