紅外測溫儀原理-35頁P(yáng)PT課件

1、紅外測溫原理 紅外線輻射的簡稱。量子物理學(xué)知識告訴我們，自然界中任何物體每時(shí)每刻都在通過分子振動向外輻射能量，這種輻射能量是以“波”的形式出現(xiàn)的。“波”的傳播速度是一個(gè)常數(shù)，即30萬公里秒，而分子振動的頻率卻是各不相同的。紅外1、紅外根據(jù)（速度頻率波長）可知，不同振動頻率的分子發(fā)出的輻射波長是不一樣的，可見光的輻射波長范圍在0.360.72m，紫光波長最短0.36m，紅光波長最長0.72m。比紫光波長更短的輻射稱為紫外線，如光，射線等；比紅光波長更長的輻射稱為紅外線，波長一般在0.70000m之間。1、紅外 射線 X 射線 紫外線可見光 熱量 微波 無線電 .4 .7 2 6 8 15短波IR

2、長波IR波長，微米近 IR 工業(yè)用紅外測溫儀的工作波長在0.65至14微米范圍內(nèi)2、電磁波譜電磁波譜2、電磁波譜2、電磁波譜威廉赫謝爾爵士于1800年發(fā)現(xiàn)紅外線 絕對零度(-273) 以上的物體都輻射紅外能量2、電磁波譜William Herschel 1738 -1822自然界中任何高于絕對零度（273）的 物體都在隨時(shí)隨地的向外發(fā)出輻射能量，能夠探測并接收物體發(fā)出的輻射能量從而測量出物 體溫度的儀器稱之為紅外測溫儀。3、紅外測溫儀紅外測溫儀4、測溫儀的構(gòu)成紅外測溫儀實(shí)際上是一種非接觸式輻射能量探測器，世界上所有的物體都會產(chǎn)生紅外線輻射。而輻射的能量則與該物體的溫度成比例，非接觸式溫度測量即

3、是測量物體輻射能量的強(qiáng)弱，并由此得到一個(gè)與該物體溫度成比例的信號。 測溫儀的構(gòu)成4、測溫儀的構(gòu)成目標(biāo)探測器信號處理和顯示453CSP1 470CEMS .85大氣窗口濾波片和鏡頭4、測溫儀的構(gòu)成波長 (microns微米)5、大氣窗口大氣中的水蒸氣、二氧化碳等對某些紅外輻射波段不吸收或極少吸收，有利于能量進(jìn)行傳輸從而能被紅外測溫儀探測到.這樣的特殊紅外波段即為所謂“大氣窗口”。紅外波段的選取要考慮 “大氣窗口”的影響大氣窗口6、普郎克定律普郎克定律普郎克通過量子理論推導(dǎo)出的波長、溫度與黑體輻射能量的關(guān)系式，它定量的確定了不同溫度的黑體在各個(gè)波段中的輻射能量的大小，是紅外測溫儀的理論基礎(chǔ)。6、普

4、郎克定律Relative EnergieMax Planck 1858 -19476、普郎克定律普郎克定律給出了以下幾點(diǎn)結(jié)論：物體的溫度越高，其發(fā)出的輻射能量越大。這是單色（波段）測溫儀的設(shè)計(jì)依據(jù)。在一定溫度下，物體在不同波長處的輻射能量不同，存在一個(gè)輻射峰值波長，即在此波長處的物體輻射能量最大。隨著物體溫度升高，其輻射峰值波長向短波方向移動，移動規(guī)律遵守維恩位移定律。7、黑體黑體 發(fā)射率與波長無關(guān)且都等于的物體稱為黑體。它是一個(gè)理想輻射體，表明它的自身能量可以全部向外界輻射出來，但自然界中并不存在這樣的理想黑體。黑體爐即為人工制造的性能接近理想黑體的輻射標(biāo)準(zhǔn)源，用于定期對紅外測溫儀進(jìn)行檢測標(biāo)

5、定。 7、黑體黑體輻射的光譜特性不同溫度的輻射曲線永不會相交隨溫度增加，輻射能量增大而峰值波長減小短波處曲線坡度更大，能量對溫度的變化更靈敏8、發(fā)射率發(fā)射率 在同一溫度下，實(shí)際物體輻射能量與標(biāo)準(zhǔn)黑體的輻射能量的比值稱為該實(shí)際物體的發(fā)射率，又稱輻射率、黑度系數(shù)等，符號為，。根據(jù)上述定義可知，黑體的發(fā)射率為，其他實(shí)際物體的發(fā)射率小于。說明任何一個(gè)實(shí)際物體都不能完全向外界輻射出來自身的全部能量。發(fā)射率值隨波長變化，金屬的短波發(fā)射率比長波發(fā)射率高。9、絕對溫度T絕對溫度TT=273+ （開/K）即絕對溫度（熱力學(xué)溫度）量值等于攝氏溫度量值加273 ，單位為開，符號為K。攝氏溫度0 = 273K10、透

6、射率/發(fā)射率/吸收率透射率透過物體的輻射能量與入射到該物體的輻射能量之比稱為該物體的透射率，符號為，。 被物體表面反射回來的輻射能量與入射到該物體的輻射能 量之比稱為該物體的反射率，符號為r，r。被物體內(nèi)部吸收的輻射能量與入射到該物體的輻射能量之比稱為該物體的吸收率，符號為a，a 。 反射率吸收率10、透射率/發(fā)射率/吸收率根據(jù)能量守恒原理，物體的入射能量等于被其透射、反射及吸收的能量之和，即有關(guān)系式： r a - （）再根據(jù)熱平衡原理，物體在熱平衡狀態(tài)下，其內(nèi)部吸收的能量等于同時(shí)其向外輻射的能量，即有關(guān)系式：a - （）將（）代入（）得到： r - （）對于一般非透明物體，透射率。代入（）得

7、到：r - （）對于非透明熱平衡物體而言，其反射率與發(fā)射率之和等于結(jié) 論實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中, 表面狀況越光滑，看上去越明亮的不透明物體，其反射率較高，同時(shí)其發(fā)射率肯定較低（向外輻射能量較小），測量相對比較困難。反之，對那些表面狀況越粗糙，看上去越灰暗的不透明物體，其反射率較低，同時(shí)其發(fā)射率肯定較高（向外輻射能量較大），測量相對比較容易。結(jié) 論11、紅外測溫技術(shù)的發(fā)展紅外測溫技術(shù)的發(fā)展 探測器及電子技術(shù)的發(fā)展 低溫短波型 低溫快速響應(yīng)型 疊層雙色型 耐高環(huán)溫型 光學(xué)加工技術(shù)的發(fā)展 特殊波長的選擇 掃瞄測溫儀 光纖技術(shù)的發(fā)展 光纖瞄準(zhǔn)型 微處理器技術(shù)的發(fā)展 高性價(jià)比產(chǎn)品12、紅外測溫儀的主要參數(shù)紅外測溫

8、儀的主要參數(shù)測溫范圍/響應(yīng)波長距離系數(shù)（聚焦位置）發(fā)射率調(diào)節(jié)測量精度及重復(fù)性響應(yīng)時(shí)間瞄準(zhǔn)方式輸出方式現(xiàn)場環(huán)境要求13、波長的選擇波長的選擇在滿足測溫范圍條件下，近可能選擇短的波長選擇能將目標(biāo)的反射，透射能量降到最低的波長特殊物體（塑料薄膜，玻璃，火焰等）要采用特殊的波長(被測物體不透明的波長）根據(jù)現(xiàn)場的特殊環(huán)境選擇（如觀察窗口）當(dāng)視場被部分遮擋時(shí)，應(yīng)選擇雙色儀器14、目標(biāo)與視場目標(biāo)與視場目標(biāo)大于測量視場目標(biāo)等于測量視場目標(biāo)小于測量視場目標(biāo)應(yīng)充滿視場, 通常1.5倍關(guān)系15、影響發(fā)射率的主要因素影響發(fā)射率的主要因素材料種類表面粗糙度表面幾何形狀表面理化結(jié)構(gòu)狀態(tài)（如沉積物，氧化膜，油膜等）測量波長

9、測量角度目標(biāo)方面儀器方面16、精度和重復(fù)性精度與重復(fù)性指相同條件下輸出比較建立當(dāng)?shù)亍盎鶞?zhǔn)”，測量與基準(zhǔn)的偏差工藝監(jiān)控中實(shí)際起作用，“工藝精度”精度重復(fù)性 與“真實(shí)值”比較 當(dāng)測量位置不同或使用不同儀器測同一物體時(shí)，精度非常重要17、響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間對于運(yùn)動的目標(biāo)和快速加熱的目標(biāo)響應(yīng)速度快是必需的當(dāng)溫度變化緩慢時(shí)，響應(yīng)速度快通常是不必要的通常響應(yīng)時(shí)間可調(diào)為最佳選擇18、瞄準(zhǔn)方式瞄準(zhǔn)方式主要分以下幾種: 光學(xué)瞄準(zhǔn) 激光瞄準(zhǔn) 視頻瞄準(zhǔn) 單點(diǎn)激光瞄準(zhǔn) 多點(diǎn)激光瞄準(zhǔn) 交叉激光瞄準(zhǔn)激光瞄準(zhǔn)中又分:(特別要注意是同軸還是非同軸瞄準(zhǔn))19、輸出選擇輸出選擇熱偶輸出電流輸出0 - 20 mA4 - 20 mA電

10、壓輸出0 - 5 V標(biāo)準(zhǔn)1 mV /CUSB/RS232/RS485等數(shù)字接口輸出PID或其它輸出方式20、使用紅外測溫儀的要點(diǎn)使用紅外測溫儀的要點(diǎn)測溫范圍, 選擇合適的測量波長目標(biāo)距離及大小, 注意光斑的計(jì)算方法目標(biāo)材料及表面特性, 發(fā)射率的設(shè)定現(xiàn)場環(huán)境條件, 保護(hù)的選擇數(shù)據(jù)的采集和記錄21、紅外測溫儀的主要特點(diǎn)紅外測溫儀的主要特點(diǎn)運(yùn)動中需要快速測量的目標(biāo)和高溫目標(biāo)難以接觸需要遠(yuǎn)距離測量的目標(biāo)所有采用接觸測量時(shí)可能被損壞，有危險(xiǎn)或?qū)?dǎo)致溫度改變的目標(biāo)非接觸 測量速度快 測量精度高適合于測量22、紅外測溫儀的主要用途紅外測溫儀的主要用途改善產(chǎn)品質(zhì)量提高企業(yè)生產(chǎn)力高技術(shù)含量產(chǎn)品的研發(fā)減少產(chǎn)品生產(chǎn)廢品率及售后維