如何提高紅外測溫儀的測量準確度

如何提高紅外測溫儀的測量準確度

溫度是度量物體冷熱程度的一個物理量，是工業(yè)生產(chǎn)中很普遍、很重要的一個熱工參數(shù)，許多生產(chǎn)工藝過程要求對溫度進行監(jiān)視和控制。某些設(shè)備的運行狀態(tài)是否正常會在溫度方面有明顯的反映，從而根據(jù)溫 度值的變化可以了解機電設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)及其故障。 而溫度不能直接測量，必須借助物體的某些物理性質(zhì) 來間接地測量。表1列出常用的測溫方法和特點，其 中紅外測溫作為一種常用的測溫技術(shù)具有很明顯的優(yōu)勢。

1 紅外測溫儀的特點 紅外測溫是一種非接觸式測溫技術(shù)，它具有以下 特點： (1)非接觸測量； (2)反應(yīng)時間快，十分之幾秒； (3)靈敏度高，0．1℃ 的溫度分辨率和毫米級的空 間分辨率； (4)測溫范圍廣，零下幾十度到上千度。 由于測量時無需接觸被測物體，因此可安全地檢 測難以接觸的物體的溫度，并且對被測物體無污染和 損壞。 便攜式紅J’I,N溫儀由于隨身攜帶方便，操作簡便， 能用于多方面的目標溫度檢測，被廣泛應(yīng)用于設(shè)備故 障診斷、暖通、鐵路、石油、化工、冶金、玻璃、金屬加工 等領(lǐng)域。本文從紅外測溫的基本原理出發(fā)，重點談?wù)?如何提高紅外測溫儀的準確性。

2 紅外測溫的基本原理 紅外線是一種不可見光，它具有很強的熱效應(yīng)。 自然界里任何物體，只要它的溫度高于絕對零度(一 273~C)都能輻射紅外線。利用物體的紅外輻射來測量 物質(zhì)溫度就是紅外測溫。 紅外測溫遵循的基本原理和依據(jù)為斯蒂芬一彼爾 茲曼定律。該定律給出了物質(zhì)溫度與輻射能量之間的 關(guān)系式中： E一物體的輻射功率(W／m )； 仃一材料的比輻射率； s一斯蒂芬一彼爾茲曼常數(shù)(5．67 X 10 W／(m ·K ))； 卜物體的絕對溫度(K)。 由上式可知：根據(jù)物體發(fā)射的輻射功率(探測器測 量出)和它的比輻射率(查表或?qū)嶒灥玫?，按照上面 的公式就可求出它的溫度。 3 如何提高紅外測溫儀的準確性

3．1 確定測溫范圍 測溫范圍是最重要的一個性能 指標。如Raytek(雷泰)產(chǎn)品覆蓋范圍為一5O℃ 一 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圍。因此，用 戶對待測溫度應(yīng)大致有一定了解，然后才能決定選擇 使用什么型號的測溫儀。被測溫度范圍一定要考慮準 確、周全，既不要過窄，也不要過寬。測溫儀測溫范圍 越窄，監(jiān)控溫度的輸出信號分辨率越高，精確度越高， 測溫就更準確。測溫范圍過寬，會降低測溫精度，誤差 較大。 常見材料發(fā)射率

常見物體發(fā)射率對照表

 3．2 確定被測物體的發(fā)射率 發(fā)射率反應(yīng)了一個物 體輻射紅外光線的能力。因此要根據(jù)設(shè)定的發(fā)射率來 補償不同物體因發(fā)射率不同而導(dǎo)致的對測量溫度的影 響。影響發(fā)射率的主要因數(shù)有：材料種類、表面粗糙 度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。圖1列出了常見材料的 發(fā)射率，以方便使用查閱。工程上一些其它物體的發(fā) 射率也能在有關(guān)文獻中查到。對于未知發(fā)射率的物 體，可先用接觸式測溫儀測量物體表面，再用紅外測溫 儀測量物體表面。同時調(diào)整發(fā)射率，使得測量到的溫 度與接觸式測溫儀的溫度一致，此時的發(fā)射率即為測 量物體的發(fā)射率。 銀粉常作為設(shè)備外殼的防腐，似漆非漆，它由鋅粉 配以調(diào)和劑配置而成，不同與一般油漆。它的發(fā)射率 資料上很少介紹，可以用以下方法測出其發(fā)射率：在實 驗室加溫，用熱電阻器件測出銀粉表面溫度，然后通過 調(diào)整發(fā)射率，當(dāng)測溫儀溫度與熱電阻器件測出溫度相 近時，該發(fā)射率即為待測發(fā)射率。 實際上，很多單位還在使用無法調(diào)整發(fā)射率的便 攜式測溫儀，測溫時，不能根據(jù)物體材料調(diào)整相應(yīng)發(fā)射 率，誤差過大。

 3．3 了解光學(xué)分辨率(距離系數(shù))，注意測量距離光 學(xué)分辨率由D與S之比確定，是測溫儀到目標之間的 距離D與測量靶點直徑S之比。如果測溫儀由于環(huán)境 條件限制必須在遠離目標之處使用，而又要測量小的 目標，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測溫儀。反之，則選擇 低光學(xué)分辨率的紅外測溫儀。因為光學(xué)分辨率越高， 即D：S比值越大，測溫儀的成本也越高。 實際使用中，許多人忽略了測溫儀的光學(xué)分辨率。 不管被測目標點直徑s大小，打開激光束對準測量目 標就測試。實際上他們忽略了該測溫儀的D：S值的要 求，這樣測出的溫度誤差可能很大。 比如，用測量距離與目標直徑D：S=8：1的測溫 儀，測量距離應(yīng)滿足圖2要求，也就是表2的要求。測 量時應(yīng)盡量使測量目標充滿測溫儀的整個視場，以確 保測量結(jié)果的有效性和準確性。圖2所示測溫儀的激 光束與中心有1．2 innl的距離，所以用激光束瞄準較小 目標時應(yīng)考慮這個偏差。 電子稱| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 試驗機| 扭力計| 流速儀| 粗糙度儀| 流量計| 平衡儀|

3．4 環(huán)境條件的影響 紅外測溫儀的探測器是在環(huán) 境溫度下工作的，它對紅外輻射能量的接收，會受到工 作環(huán)境溫度的影響。每種測溫儀有自己的正常工作條 件，因此在使用中，我們應(yīng)盡量使其達到工作要求。具D：S≈ 尉2 體條件可參考有關(guān)說明書。 被測目標表面紅外輻射能量是經(jīng)大氣傳輸?shù)郊t外 測溫儀里的，這就會受到大氣中的水蒸汽、二氧化碳、 一氧化碳等氣體分子的吸收而衰減和空氣中懸浮微粒 的散射而衰減。輻射能量傳輸?shù)乃�減隨距離的增大而 增加，使得儀器顯示出來的溫度低于被測目標點的實 際溫度值，從而造成誤診斷。由此可見，檢測距離增 大，大氣影響將會越來越大。如要獲得目標溫度準確 性，必須采取如下對策：盡量選擇在環(huán)境大氣比較干 燥、潔凈的時節(jié)進行檢測；在不影響安全的條件下盡可 能縮短檢測距離，還要對溫度測量結(jié)果進行合理的距 離修正，以便測得實際溫度值。 例如，對戶外電力設(shè)備進行檢測時，紅外測溫儀接 收的紅外輻射除了包括受檢設(shè)備相應(yīng)部位自身發(fā)射的 輻射以外，還會包括設(shè)備其他部位和背景的反射，以及 直接射人太陽輻射。這些輻射都將對設(shè)備待測部位的 溫度造成干擾，對故障檢測帶來誤差。因此盡可能選 擇在陰天或者在傍晚日落無光照時問進行。 影響測溫準確性的環(huán)境因素比較多，大家使用時， 可針對具體精度要求，采取相應(yīng)的措施。

3．5 清潔鏡頭和測溫儀的標定測溫儀使用一段時 問后，鏡頭上會積留灰塵，這一點易被忽視。可用清潔 球吹去表面塵�；蚴褂脻崈舻拿藓炚瓷僭S水清潔鏡頭 表面。否則會造成測溫儀所示的溫度低于被測目標的 實際溫度。 紅外測溫儀必須定期標定，這樣才能使它正確地 顯示出被測目標的溫度。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中心重新標定。

4 結(jié)論
紅外測溫技術(shù)是一種非常有效的在線監(jiān)測手段。 它不但可以通過在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)缺陷，而且還能與其它 試驗方法相結(jié)合，對故障進行定位，給檢修帶來很大方 便。但是不完善的測量會造成測溫誤差過大，起不到 監(jiān)測作用。 目前紅外在線診斷技術(shù)還在經(jīng)驗發(fā)展階段。這就 要求紅外監(jiān)測工作者通過各種設(shè)備內(nèi)部故障特性、圖 譜的研究和實踐的積累，來不斷地積累經(jīng)驗，提高診斷 準確性。