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      紅外線測溫儀發展、理論基礎、原理、優點等介紹

      來源: 上海正千旺電氣集團有限公司  日期:2018-06-05 18:13:08  點擊:680  屬于:公司新聞

      紅外線測溫儀的測溫最基本的原理是將物體發射的紅外線具有的輻射能轉變成電信號,紅外線輻射能的大小與物體本身的溫度相對應,根據轉變成電信號大小,可以確定物體的溫度。

      紅外線測溫儀的發展:
      早在十九世紀末開始,人們已經開始有紅外線測溫儀的設計有初步概念認知。在1911Charles A. Darling出版的《測溫》一書中提出了各種概念,但是直到1930年代可用的技術將這些概念轉化為實用的測量儀器。從那時起,設計有了長久的發展,并積累了大量的測量和應用專業知識。目前,該紅外測溫技術已被廣泛接受并廣泛用于工業和研究中。

      紅外線測溫儀的理論基礎:
      大多數紅外線測溫儀用戶不太可能需要使用這些公式,但是對公式的了解將有助于您理解某些變量的相互依賴性,并有助于闡明上述內容。紅外溫度測量所基于的公式是已建立并得到了很好的證明。公式如下:
      基爾霍夫定律當物體處于熱平衡狀態時,吸收量將等于發射量。
      斯蒂芬·玻爾茲曼定律(Stephan Boltzmann Law)物體越熱,其發射的紅外能量就越大。
      維恩位移定律隨著溫度的升高,最大能量發射的波長變短。
      普朗克方程描述了光譜發射率,溫度和輻射能之間的關系。


      紅外線測溫儀原理:
      紅外線測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路,并按照儀器內部的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。
      在自然界中,一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關系。因此,通過對物體自身輻射的紅外能量的測量,便能準確地測定它的表面溫度,這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。

      紅外線測溫儀黑體是檢驗紅外線測溫儀溫度是否準確的依據(參照物)。
         什么叫黑體呢?不反射或透射任何紅外能量的材料被稱為黑體,并且不自然存在。 但是,出于理論計算的目的,真實黑體的值為1.0。 在現實生活中可以實現的最接近黑體發射率1.0的近似值是IR不透明的球形腔體,具有小的管狀入口。
          而紅外測溫儀原理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。但是,自然界中存在的實際物體,幾乎都不是黑體,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,這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型,從而導出了普朗克黑體輻射的定律,即以波長表示的黑體光譜輻射度,這是一切紅外輻射理論的出發點,故稱 黑體輻射定律。所有實際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度之外,還與構成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態和環境條件等因素有關。因此,為使黑體輻射定律適用于所有實際物體,必須引入一個與材料性質及表面狀態有關的比例系數,即發射率。該系數表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度,其值在零和小于 1 的數值之間。
      不同種類的材料和氣體具有不同的發射率,因此對于給定的溫度,它們將以不同的強度發射。材料或氣體的發射率是其分子結構和表面特性的函數。除非顏色來源是與材料主體根本不同的物質,否則通常不是顏色的函數。一個實際的例子是摻有大量鋁的金屬涂料。不論顏色如何,大多數涂料具有相同的發射率,但是鋁的發射率差異很大,因此會改變金屬化涂料的發射率。

      就像可見光一樣,某些表面的拋光度越高,該表面反射的紅外能量就越大。因此,材料的表面特性也將影響其發射率。在溫度測量中,這對于固有地具有低發射率的紅外不透明材料尤為重要。因此,高度拋光的不銹鋼片的輻射率將比具有粗糙,機加工表面的不銹鋼片低得多。這是因為通過機加工產生的凹槽可防止反射盡可能多的IR能量。除了分子結構和表面條件外,影響材料或氣體表觀發射率的第三個因素是傳感器的波長靈敏度,即傳感器的光譜響應。如前所述,實際溫度測量僅使用0.7微米至20微米之間的IR波長。在該總頻帶內,各個傳感器只能在該頻帶的狹窄部分中工作,例如0.781.064.85.2微米,其原因將在后面解釋。
      根據輻射定律,只要知道了材料的發射率,就知道了任何物體的紅外輻射特性。影響發射率的主要因素在:材料種類、表面粗糙度、理化結構和材料厚度等。

      當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其波段范圍內的紅外輻射量,然后由測溫儀計算出被測目標的溫度。

      紅外線測溫儀應用技術的優點包括:

      ?在難以觸及的區域進行測量,例如嵌入式區域,變壓器或生產烤箱。
      ?非接觸式紅外測溫不損傷產品,不污染環境,用于產品質量控制。
      ?確定運動物體(例如傳送帶上的產品)的溫度。

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