手持式紅外測溫儀由光學係統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸(shū)出等部分組成。光學係統匯聚(jù)其視場內的目標紅外輻射能量,視場的(de)大小由測溫儀的光學零件及(jí)其位置確定(dìng)。紅外能量聚(jù)焦在光電探測器上(shàng)並(bìng)轉變為相應的(de)電信號。該信號(hào)經(jīng)過放大器和信號處理(lǐ)電路,並按(àn)照儀器內療的算法和目標發射率校正後轉變為被(bèi)測目(mù)標的溫度值。除此(cǐ)之外,還應考慮目(mù)標和測溫儀所(suǒ)在的環境條件,如溫度、氣氛、汙染和幹擾(rǎo)等因素對性能指標的影響及(jí)修正方(fāng)法。
可分為三個方麵: 性能指標方麵,如溫度範(fàn)圍、光(guāng)斑尺寸、工作波長、測量精(jīng)度、響(xiǎng)應(yīng)時間等;環境和工作條件方麵,如環境溫度、窗口、顯示和輸出、保(bǎo)護(hù)附件等;其他選(xuǎn)擇方麵,如使用方便、維修和校準性能以及價格等,也對測溫儀的選擇產生一定的(de)影響。隨著技術和不斷發展,紅(hóng)外測溫儀佳設計和新進展為用戶(hù)提供了各(gè)種功能和多用途的儀器,擴大了選擇餘地。
1確定測溫範圍:
測溫範圍是測溫儀重要的一個性能指標。每種型號(hào)的測溫儀(yí)都有自己特定的測溫範圍。因(yīn)此,用戶的被測溫度範圍一定要考慮準確、周(zhōu)全,既不要(yào)過窄(zhǎi),也(yě)不要過寬。根(gēn)據黑體輻射定律(lǜ),在光譜的短波(bō)段由溫(wēn)度引起的輻射能量的變化將超過由發射率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,測溫時應盡量(liàng)選用短波較好。一般來說,測溫範圍越窄,監控溫度的輸出信號分辨率越高,精度可靠性容(róng)易解(jiě)決(jué)。測(cè)溫範圍過寬,會降低測溫精度。例如,如果(guǒ)被(bèi)測(cè)目標溫度(dù)為1000℃,首先確定在線式還是便攜式(shì),如果(guǒ)是便攜式。
2確定(dìng)目標尺寸:
紅(hóng)外測溫儀根據原理可分為單色測(cè)溫(wēn)儀和雙色測(cè)溫儀(yí)(輻射比色測溫儀)。對於單色測溫儀,在(zài)進行測溫時,被測目標麵積應充滿(mǎn)測溫儀視(shì)場。建議被測(cè)目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小於視場,背景輻射能量就會進入測溫(wēn)儀的視聲符支幹擾測溫讀數,造成誤差。相反,如果目標大於(yú)測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區域外麵的背景影響。對於雙色測溫儀,其溫度是由兩個獨立的波長帶內輻射能量的比值來確定的(de)。因此當被測目標很小,沒有充滿現場,測量通路上(shàng)存在煙霧、塵埃、阻擋對輻射能(néng)量有衰減時,都不會對測量結果產生影響。甚至(zhì)在能量衰減了95%的情(qíng)況下,仍能保證要求的測溫精度。對於目標(biāo)細小,又(yòu)處(chù)於運動或(huò)振動之中的目標(biāo);有時在視場內運動,或(huò)可能部分移出視場的目標,在此條件下,使用雙色測(cè)溫儀是佳選擇。如果測溫儀和目標之間(jiān)不可能直接瞄準,測量通道彎曲、狹小、受阻等情況(kuàng)下,雙色光纖測溫儀是佳選擇(zé)。這是由於其直徑小,有柔性,可以在(zài)彎(wān)曲、阻擋和折疊的通道上傳輸(shū)光輻射能(néng)量,因此(cǐ)可以測量難(nán)以接近、條件(jiàn)惡劣或靠近電磁場的目標。
3確定光學分辨率
光學分辨率由D與S之比(bǐ)確定,是測溫儀(yí)到目(mù)標之間的距(jù)離D與測量光斑直(zhí)徑S之比。例如紅外時代的手持式紅外測溫儀Ti213,距離係數為80:1,如果距目標(biāo)80厘米遠,那(nà)麽測量範圍的(de)直(zhí)徑是1厘米。如果測溫儀由於環境條件限製必須安(ān)裝在遠離目(mù)標之處,而(ér)又要測量小的(de)目標(biāo),就應選擇高光學分(fèn)辨率的(de)測溫儀。光學(xué)分辨(biàn)率越(yuè)高(gāo),即增大D:S比值,測溫儀的成本也越高。
4確定波(bō)長範圍
目標材料的發射(shè)率和表(biǎo)麵特性決定測溫儀的光譜響應或(huò)波長。對於高反射率合金材料(liào),有低的或變化的發射率。在高溫區,測(cè)量金屬材(cái)料的佳波長是近紅外,可選用0.18-1.0μm波長(zhǎng)。其他溫區可(kě)選用1.6μm、2.2μm和3.9μm波(bō)長。由於有些材料在(zài)一定波長是(shì)透明的,紅外能量會(huì)穿透這些(xiē)材料,對這種材料應選擇特殊的波長(zhǎng)。如測量玻璃內部溫度選用10μm、2.2μm和3.9μm(被測玻璃(lí)要很厚,否則會透過)波長;測(cè)量玻璃(lí)內部(bù)溫(wēn)度選(xuǎn)用5.0μm波長(zhǎng);測低區區選用8-14μm波長為宜;再如測量聚乙烯塑(sù)料薄膜選用3.43μm波長,聚醋類選用4.3μm或7.9μm波長。厚度超過0.4mm選用8-14μm波長;又如(rú)測火焰中的(de)C02用窄帶4.24-4.3μm波長,測火焰中的C0用窄帶(dài)4.64μm波長,測量火焰中的N02用(yòng)4.47μm波(bō)長(zhǎng)。
5確定響應時間:
響應(yīng)時間表示手持式紅外測溫儀對被測溫度變化的反應速度,定義為到達後讀數的95%能量所需要時間,它與(yǔ)光(guāng)電探測器、信號處理電路(lù)及顯示係統的時間(jiān)常數有關。新型紅外測溫儀響應時間可達1ms。這要比接觸式測溫方法,快得多。如果目標的運動速度很快或測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時,要選用快速響(xiǎng)應(yīng)紅外測溫(wēn)儀,否則達不到足夠的信號響應,會降低測量(liàng)精度。然而,並不是所有應用都要求快速響應(yīng)的紅(hóng)外測溫儀。對於靜(jìng)止的或目標熱過程存在熱慣性時,測溫儀的響應時間就可以放寬要求了。因此,手持式紅外測溫儀響應時間的選擇要和被測目標的情況相適(shì)。
6信號處(chù)理(lǐ)功能:
鑒(jiàn)於離散過程(如零件生產)和連(lián)續過程(chéng)不同,所以要求手持式紅外測溫儀具有多信號處理功能(如峰值保持、穀值保持、平均值)可供選用,如測溫傳送帶上(shàng)的瓶子時,就要用(yòng)峰值保持,其溫度的輸出信號傳送至控製器內。否則測(cè)溫儀讀出瓶子之間的較低的溫度值(zhí)。若用峰值保持,設置測溫(wēn)儀響應(yīng)時間(jiān)稍長於瓶子之間(jiān)的時間間隔,這樣至(zhì)少有一個瓶子總是處於測量之中。
7環境條件考慮:
手持(chí)式紅外測溫儀(yí)所處的環境條件對測量結果有很(hěn)大影響,應予(yǔ)考慮並適當解決,否則會影響測溫精度甚至引起損壞。當環(huán)境溫度(dù)高(gāo),存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下,可選用廠商提供的(de)保護套、水冷卻、空氣冷卻係統、空氣吹掃器等附件(jiàn)。 這些附件可有效地解決環境影響並保護(hù)測溫儀,實現準確測溫。在確(què)定附件(jiàn)時,應盡可能要求標準化服務,以降低安裝成本。當在噪聲、電磁場、震動或難以接(jiē)近環境條件下(xià),或其他惡劣條件下,煙霧、灰塵或其(qí)他顆(kē)粒降低測量能量信信(xìn)號時,光纖雙色測溫(wēn)儀是佳選擇。在噪聲、電磁場、震動和難以接近(jìn)的環境條件下,或(huò)其他惡劣條(tiáo)件時(shí),宜選擇光纖比色測(cè)溫儀。 在密封的或危險的材料應(yīng)用中(如容器(qì)或真空箱),測溫儀通過窗口進行觀測。材料必(bì)須有足夠(gòu)的強度並能通過所用測溫儀(yí)的工作波長範圍。還要確定(dìng)操(cāo)作工是否(fǒu)也需要通過窗口進行觀察,因此要選擇合適的安裝位(wèi)置和窗口材料,避免相互影(yǐng)響。在(zài)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。如操(cāo)作(zuò)員需要通過窗口目標,應采用既透紅外(wài)輻射又透過可(kě)見光的光學材(cái)料,如應采用既透紅外輻射又透過可見光的光學材料,如ZnSe或BaF2等作為窗(chuāng)口材料。 當(dāng)測溫儀工作環境中存在易燃氣(qì)體時,可選用本征型紅外測溫儀,從而在一定(dìng)濃度的易燃氣體環境中進(jìn)行**測量和監(jiān)視。 在環境條件惡劣複雜的情況下,可以選擇(zé)測溫頭(tóu)和顯示器分開的(de)係統,以便於安裝和配置。可選擇與現(xiàn)行控(kòng)製設備相匹配的信號輸出形(xíng)式。