紅外測溫工作原理

紅外測溫工作原理演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有33頁\編輯于星期二（優(yōu)選）紅外測溫工作原理現(xiàn)在是2頁\一共有33頁\編輯于星期二紅外測溫發(fā)展過程

1800年赫胥爾發(fā)現(xiàn)紅外線1828年M’Sweeny第一個(gè)輻射溫度計(jì)19世紀(jì)末消隱光學(xué)高溫計(jì)1901年全輻射測溫儀專利(Fery)1931年商用全輻射測溫儀問世

(Leeds&Northrupcompany)60年代后迅猛發(fā)展近二十年雙色、光纖、掃描等現(xiàn)在是3頁\一共有33頁\編輯于星期二紅外測溫的原理

紅外測溫儀可捕捉從所有物體輻射出的紅外能量。紅外輻射是電磁頻譜的一部分，電磁頻譜中包括無線電波、微波、可見光、紫外線、伽瑪射線和X光?？梢姽庾贤夤饧t外光X-射線GammaRays無線電波EHFSHFUHFVHFHFMFLFVLF0.1A1A1UA100A0.11101001cm0.1cm10cm1m100m1km10km100km波長10m30201510864321.510.80.60.4波長(um)常用紅外光譜范圍現(xiàn)在是4頁\一共有33頁\編輯于星期二

紅外測溫技術(shù)的基礎(chǔ)

絕對零度(-273℃)以上的物體都輻射紅外能量現(xiàn)在是5頁\一共有33頁\編輯于星期二紅外測溫的幾個(gè)重要概念波長發(fā)射率距離系數(shù)現(xiàn)在是6頁\一共有33頁\編輯于星期二溫度與輻射能量的關(guān)系

黑體輻射光譜曲線的特性12345678910111213141500°C1000°C542°C260°C20°C不同溫度的輻射曲線永不會(huì)相交隨溫度增加，輻射能量增大而峰值波長減小波長與溫度成反比紅外能量（溫度/熱像）波長（微米）102101110-110-210-310-40現(xiàn)在是7頁\一共有33頁\編輯于星期二物體發(fā)射率隨發(fā)射率變化

(非灰體)=0.9(灰體)相對能量波長(微米)=1.0(黑體)發(fā)射率為物體的輻射度與和與該物體具有相同溫度的黑體的輻射度之比現(xiàn)在是8頁\一共有33頁\編輯于星期二物體紅外能量的傳播

發(fā)射率決定了實(shí)際物體的紅外輻射特性

“理想黑體”“實(shí)際物體”既是完全吸收體也是完全發(fā)射體部分能量被反射部分能量透過發(fā)射率=1發(fā)射率<1IIIIRATEEEE現(xiàn)在是9頁\一共有33頁\編輯于星期二影響發(fā)射率的主要因素材料種類表面狀況(拋光,粗糙,氧化,噴砂)表面幾何形狀(平面,凹面,凸面)表面理化結(jié)構(gòu)狀態(tài)（如沉積物，氧化膜，油膜等）透過率(例如塑料薄膜)測量溫度測量角度現(xiàn)在是10頁\一共有33頁\編輯于星期二距離系數(shù)探頭到目標(biāo)的距離測量斑直徑大小2.50.17.50.3140.6210.8331.3mm英寸002515027631305mm英寸測斑直徑測量距離=D:S現(xiàn)在是11頁\一共有33頁\編輯于星期二黑體輻射定率普朗克定律：式中：

第一輻射常數(shù)：第二輻射常數(shù)：現(xiàn)在是12頁\一共有33頁\編輯于星期二黑體輻射定律斯藩-玻耳茲曼定率：維恩位移定率：A=2897.3從此可看出波長與溫度成反比現(xiàn)在是13頁\一共有33頁\編輯于星期二大氣傳輸環(huán)境453SP1470EMS?85現(xiàn)在是14頁\一共有33頁\編輯于星期二大氣傳輸部分波長可以避開大氣的吸收(高于海平線0.3公里)1.00.50.00.512358101520波長(微米)相對透過率現(xiàn)在是15頁\一共有33頁\編輯于星期二實(shí)際物體的測溫示意圖目標(biāo)探頭RTE反射率,透射率,發(fā)射率環(huán)境溫度II =入射能量R = 反射能量T = 透射能量E = 發(fā)射能量現(xiàn)在是16頁\一共有33頁\編輯于星期二背景能量的影響當(dāng)背景溫度高于目標(biāo)溫度時(shí)應(yīng)進(jìn)行背景溫度補(bǔ)償(T-Ambient)背景溫度目標(biāo)現(xiàn)在是17頁\一共有33頁\編輯于星期二目標(biāo)與視場要確保目標(biāo)大于儀器所測圓點(diǎn)的大小。目標(biāo)越小，則應(yīng)離得越近。如果精度非常重要，則要確保目標(biāo)至少是測量圓點(diǎn)大小的兩倍最好一般差探頭目標(biāo)大于測量視場目標(biāo)等于測量視場目標(biāo)小于測量視場現(xiàn)在是18頁\一共有33頁\編輯于星期二與“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

指相同條件下輸出比較(距離、發(fā)射率、精度）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”需要精度還是重復(fù)性?精度重復(fù)性現(xiàn)在是19頁\一共有33頁\編輯于星期二響應(yīng)速度分析

對于運(yùn)動(dòng)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現(xiàn)在是20頁\一共有33頁\編輯于星期二發(fā)射率設(shè)定誤差

造成的測量溫度誤差1086420500100015002000250030008-14微米1.0微米使用盡可能短的測量波長%誤差目標(biāo)溫度(度)發(fā)射率誤差假定為10%5.0微米3.9微米2.2微米現(xiàn)在是21頁\一共有33頁\編輯于星期二特殊類型波長的選用測量聚乙烯時(shí)，選用位于透過率近似為零處的波長，波長為：3.43

。因?yàn)闇y得是他們的表面溫度波長（微米）透過率%1009080706050403020100234567891011121314聚乙烯.03mm(1mil)0.13mm(5密耳)1009080706050403020100透過率%波長（微米）火焰234567891011121314透過火焰測量物體時(shí)，需要選擇透過率高的波長，能夠透過火焰的紅外波長為3.9

。因?yàn)槲矬w發(fā)出3.9

的紅外波長不受火焰的干擾現(xiàn)在是22頁\一共有33頁\編輯于星期二指導(dǎo)方針測玻璃后面物體溫度用

1-3微米測玻璃表面溫度250℃以上用5微米測低溫時(shí)用8-14微米玻璃的紅外測量0.2mm(10Mil)1.5mm(60Mil)6mm(240Mil)1.0.8.6.4.2234568透過率波長(微米)現(xiàn)在是23頁\一共有33頁\編輯于星期二如何選擇響應(yīng)波長?近可能選擇短的波長選擇將反射，透射能量降到最低的波長特殊物體（塑料薄膜，玻璃，火焰等）采用特殊波長(被測物體不透明的波長）根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的問題（如觀察窗口）當(dāng)視場被部分遮擋時(shí)，應(yīng)選擇雙色儀器現(xiàn)在是24頁\一共有33頁\編輯于星期二測溫范圍/響應(yīng)波長距離系數(shù)（測量距離與目標(biāo)大?。┌l(fā)射率設(shè)定測量精度/重復(fù)性響應(yīng)時(shí)間瞄準(zhǔn)方式（激光、透鏡、視頻、目視、瞄準(zhǔn)燈/鏡）現(xiàn)場環(huán)境要求/輸出方式測溫儀的選型參數(shù)現(xiàn)在是25頁\一共有33頁\編輯于星期二紅外測溫儀工作原理窗口和光學(xué)系統(tǒng)目標(biāo)環(huán)境探測器顯示及輸出453SP1470EMS?85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，紅外能量聚集在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，該信號再經(jīng)換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值?，F(xiàn)在是26頁\一共有33頁\編輯于星期二雙色測溫儀理論公式：T：目標(biāo)溫度A，B：常數(shù)：第一波段內(nèi)發(fā)射率：第一波段內(nèi)發(fā)射率：第一波段內(nèi)目標(biāo)能量：第一波段內(nèi)目標(biāo)能量：坡度（雙色測溫儀要調(diào)的是坡度而不是發(fā)射率）現(xiàn)在是27頁\一共有33頁\編輯于星期二如何利用雙色測溫?當(dāng)測量視場被遮擋時(shí)，或物體快速運(yùn)動(dòng),目標(biāo)比較小,單色測溫儀將產(chǎn)生測量誤差雙色測溫的原理:通過計(jì)算探測到的兩個(gè)波長上的能量的比值，可以消除這種誤差比值隨目標(biāo)溫度變化而變化波長(m)1.02.0比值(El2/El1)~T00.10.20.30.40.50.60.70.80.91相對輻射能量(E)ll12現(xiàn)在是28頁\一共有33頁\編輯于星期二雙色與單色測量比較讀數(shù)誤差(%)與能量衰減讀數(shù)誤差(%)目標(biāo)溫度(度)100-10-20-30-40-50100-10-20-30-40-5050010001500*200025003000+0.75%-0.75%單色:50%能量衰減單色:80%能量衰減單色:90%能量衰減單色:95%能量衰減雙色:0%-95%能量衰減從右圖可見,雙色測量的誤差很小,幾乎不變化。而且雙色只需要吸收物體5%的能量就可以測量到。不象單色紅外測溫儀需要吸收到物體95%的能量才能測量準(zhǔn)確?，F(xiàn)在是29頁\一共有33頁\編輯于星期二雙色測溫儀測量視場部分被遮擋煙霧，水汽，灰塵不潔窗口目標(biāo)比較小,小于測量紅外測溫儀的視場運(yùn)動(dòng)目標(biāo),尤其是快速運(yùn)動(dòng)的物體目標(biāo)發(fā)射率低或變化何種情況下采用雙色測量現(xiàn)在是30頁