红外测温原理及其应用.ppt

《红外测温原理及其应用.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、红外测温原理及其应用1红外测温发展过程1800年威廉·赫谢尔发现红外线1828年M’Sweeny第一个辐射温度计19世纪末消隐光学高温计1901年全辐射测温仪专利(Fery)1931年商用全辐射测温仪问世(Leeds&Northrupcompany)60年代后迅猛发展近二十年双色、光纤、扫描等WilliamHerschel1738-18221红外测温发展过程可见光紫外光红外光X-射线GammaRays无线电波EHFSHFUHFVHFHFMFLFVLF0.1A1A1UA100A0.11101001cm0.1cm10cm1m100m1km10km100km波长10m302015

2、10864321.510.80.60.4波长(um)常用红外光谱范围2红外测温的原理红外测温仪可捕捉从所有物体辐射出的红外能量。红外辐射是电磁频谱的一部分，电磁频谱中包括无线电波、微波、可见光、紫外线、伽玛射线和X光。2.1红外测温技术的基础在自然界中，当物体的温度高于绝对零度(-273°C)时，由于它内部热运动的存在，就会不断向四周辐射电磁波，其中就包含了波段位于0.75~100μm红外线。不透明的材料制成带小孔的空腔,可近似看作黑体。2.2黑体在给定的温度和波长下，物体发射的辐射能有一个最大值，这种物质称为黑体，设定它的发射系数为1。其它发射系数在0-1之间的物质称为灰

3、体。它是一个理想辐射体，表明它的自身能量可以全部向外界辐射出来，但自然界中并不存在这样的理想黑体。2.2黑体黑体炉即为人工制造的性能接近理想黑体的辐射标准源，用于定期对红外测温仪进行检测标定。2.3普朗克定理虽然自然界中并不存在真正的黑体，但是为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定理，即以波长表示的黑体光谱辐射度。MaxPlanck1858-19472.3普朗克定理式中，(2-1)2.3普朗克定理图2.1黑体辐射的光谱分析2.3普朗克定理2.3普朗克定理不同温度的辐射曲线永不会

4、相交随温度增加，辐射能量增大而峰值波长减小，波长与温度成反比黑体辐射光谱曲线的特性12345678910111213141500°C1000°C542°C260°C20°C辐射能量波长（微米）102101110-110-210-310-402.4斯特潘-玻尔兹曼定理(2-2)式中，式(2-2)中黑体的热辐射定律正是红外测温技术的理论基础。2.5热辐射测温的数学描述(2-3)2.5热辐射测温的数学描述所测物体的温度为：式(2-4)就是物体的热辐射测温的数学描述。(2-4)3红外测温仪工作原理窗口和光学系统目标环境探测器显示及输出453SP1470EMS?85红外测温仪由光

5、学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚集在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。3.1红外测温仪特点非接触测量：它不需要接触到被测温度场的内部或表面，因此，不会干扰被测温度场的状态，测温仪本身也不受温度场的损伤。测量范围广：因其是非接触测温，所以测温仪并不处在较高或较低的温度场中，而是工作在正常的温度或测温仪允许的条件下。一般情况下可测量负几十度到三千多度。测温速度快：即响应时间快。只要接收到目标的红外辐射即可在短时间内定温。3.1红外测温仪特点准确度高：红外测温不会

6、与接触式测温一样破坏物体本身温度分布，因此测量精度高。灵敏度高：只要物体温度有微小变化，辐射能量就有较大改变，易于测出，可进行微小温度场的温度测量和温度分布测量，以及运动物体或转动物体的温度测量。使用安全及使用寿命长。3.1红外测温仪缺点易受环境因素影响（环境温度，空气中的灰尘等）。对于光亮或者抛光的金属表面的测温读数影响较大。只限于测量物体外部温度，不方便测量物体内部和存在障碍物时的温度。4红外摄像法测量切削温度本世纪五十年代以来，根据使用的测量仪器的不同，利用红外技术测量温度场的方法可分为两类：红外点温度计法和红外照相法。使用红外点温度计，被测点的温度是一定面积上的平均

7、温度，但当前国内外被测点的面积还不能足够小，而且测量点在切削区的坐标位置不易确定。红外照相法从原理上来说是比较理想的测量方法，可以得出完整的切削区温度场。但是测温系统的响应速度太不理想，在实际应用中有较大局限性。4红外摄像法测量切削温度八十年代后期发展起来的红外摄像法较上述两种方法具有更好的准确性和更快的响应速度。工作原理是：物体发出的红外辐射经过摄像镜头后打在红外摄像机内部的红外光敏元件板上，该板将辐射能转化成电压信号，由于温度场内不同温度的各点向外辐射红外线的强度不同，所以经过红外敏感元件板后得到的电压信号的强