美国omega红外线测温法原理

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1、红外线测温法原理W.R.Barron,WilliamsonCorporation红外线测温法的原理是对精确监测系统进行详细说明的重要前提。遗憾的是，许多用户没有花时间来了解基本原理，因此他们会认为非接触式温度测量是不精确的。精确的。温度测量可以分为两类：接触式和非接触式。接触式热电偶、RTD和温度计在温度测量应用中最为普遍。由于测量的是它们自身的温度因此它们必须接触目标，它们的响应相对较慢，但它们比较便宜。非接触式温度传感器测量目标发射的红外线能量，它们响应快，通常用来测量移动目标或间歇性目标，真空中的目标，以及测量由于恶劣环境、结构限制或安全隐患而无法接近的目标。它们的成本较高，但在某些情况

2、下，它们的成本与非接触式设备相当。红外线辐射由艾萨克·牛顿爵士于1666年发现，他通过让白色光透过玻璃棱镜，将白色光束分解成彩虹的颜色，从阳光中分离出电磁能量。1800年，威廉·赫歇尔爵士进一步测量了每种颜色的相对能量。他还发现了可见光以外的能量。20世纪初，普朗克、斯蒂芬、玻尔兹曼、维恩和基尔霍夫进一步确定了电磁波谱的活动，并且发展了用来确定红外线能量的定量数据和方程式。这项研究使人们有可能利用基本黑体辐射曲线（参见图1）确定红外线能量。从该图中可以得出，温度高于-273˚C的物体辐射出的能量数量与其温度的四次方成比例。黑体辐射概念是红外线测量法的基础。然而，术语"发射率"为这些基本物理定律

3、增加了变数。发射率衡量灰体（非黑体）放射出的热辐射量与相同温度的黑体的热辐射量之比。（灰体指在所有波长具有相同光谱发射率的物体；非灰体指发射率随波长而改变的物体，例如铝。）图1：如在600˚F~1200˚F温度范围内黑体发射的能量分布的曲线所示，主辐射位于0.5-14μm的红外区，远离可见光区。能量守恒定律说明辐射（吸收）的透射、反射和发射的系数之和必须等于1：tλl+rλ+aλ=1并且发射率等于吸收Eλ=aλ因此：Eλ=1-tλ-rλ此发射率系数可以作为变量放入普朗克方程式中，描述相对于波长的物体表面特征。大多数被测物体是不透明的，发射率系数可以简化成：Eλ=1-rλl玻璃、塑料和硅等材料是

4、例外，但是通过选择适当的光谱滤光，可以在这些物体的不透明红外线区测量它们。通常，对于发射率误差会有很多混淆之处，但用户只需记住下面四条：·-红外线传感器不能辨别颜色，这是固有的。·-如果目标反光（例如镜子），请注意，您不仅仅按照需要的那样测量发射的辐射能量，而且还要测量反射的辐射能量。·-如果可以看透目标，需要选择红外线滤光（例如，在5μm波长时玻璃是不透明的）。·-10项应用中有9项不需要绝对温度测量。重复性和无漂移操作提供了严密的温度控制。如果表面闪光，可手动或者自动进行发射率调整来校正发射率误差。对于大多数应用，这是一种简单的办法。在发射率变化并且造成处理问题时，请考虑使用双波长或多波长

5、辐射测量法解决发射率问题。设计元素红外线温度计有种类繁多的配置，包括光学器件、电子器件、技术、尺寸和保护性壳体。但它们都具有一系列红外线能量接收组件和电子信号输出组件。基本组件系列包括汇聚光学器件、镜头和/或光纤、光谱滤光以及探测器作为前端。动态处理有多种形式，但是可以总结为放大、热稳定性、线性化以及信号调节。普通窗户玻璃在短波长范围内适红外线测温法原理（续）用，石英适用于中波范围，锗或硫化锌适用于8~14μm波长范围。光纤可用于0.5~5.0μm波长区。从应用的观点看，光学器件的主要特征是视场(FOV)，即在指定距离处目标尺寸是多少？例如，在一种普遍采用的透镜系统中，15英寸工作距离处目标直

6、径为1英寸。根据平方反比定律，通过将距离加倍（30英寸），目标区域理论上也加倍（直径为2英寸）。目标尺寸（测量区域）的实际定义将因供应商而异，并且取决于价格。其它光学配置从适用于近距离精密测量的小光斑器件（直径0.030英寸）到适合远距离瞄准的远距离光学器件（距离30英尺时直径为3英寸），不一而足。注意，如果目标占满视场(FOV)，工作距离就不应影响精度，这一点很重要。在一种视场(FOV)测量技术中，可变因素是信号损失和直径。一条严格的规则是能量减少量为1%，但可以在一半功率或63.2%功率时提供一些数据。对准（瞄准）是另一个光学方面的因素。许多传感器没有这种功能；透镜对准表面，测量表面温度。

7、这种结构可用于不需要高精度的大目标，例如卷筒纸。对于使用小光斑光学器件的小目标，以及对于在远距离监测中使用的远距离光学器件，提供有目视瞄准、瞄准灯和激光瞄准。选择性光谱滤光通常将短波滤光片用于高温应用（大于1000˚F），将长波滤光片用于低温测量（–50˚F）。很明显，这与黑体能量分布曲线拟合，并且还有一些技术方面的优势。例如，高温/短波使用热稳定性极强的硅探测器，而且短波设计最大限度减小了发射率