紅外測(cè)溫傳感器是一種利用紅外線來(lái)測(cè)量溫度的設(shè)備。

　　溫度測(cè)量技術(shù)：

　　介紹

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的接觸式測(cè)溫方式以不能滿足現(xiàn)代一些領(lǐng)域的測(cè)溫需求，對(duì)非接觸、遠(yuǎn)距離測(cè)溫技術(shù)的需求越來(lái)越大。普通溫度測(cè)量技術(shù)經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展已近于成熟。目前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展日益需要的是在特殊條件（如高溫、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)電磁場(chǎng)條件下或較遠(yuǎn)距離）下的溫度測(cè)量技術(shù)。

　　測(cè)量技術(shù)

　　非接觸式紅外測(cè)溫也叫輻射測(cè)溫，一般使用熱電型或光電探測(cè)器作為檢測(cè)元件。此溫度測(cè)量系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)大面積的測(cè)溫，也可以是被測(cè)物體上某一點(diǎn)的溫度測(cè)量；可以是便攜式，也可以是固定式，并且使用方便；它的制造工藝簡(jiǎn)單，成木較低，測(cè)溫時(shí)不接觸被測(cè)物體，具有響應(yīng)時(shí)間短、不干擾被測(cè)溫場(chǎng)、使用壽命長(zhǎng)、操作方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，但利用紅外輻射測(cè)量溫度，也必然受到物體發(fā)射率、測(cè)溫距離、煙塵和水蒸氣等外界因素的影響，其測(cè)量誤差較大。

　　在這種溫度測(cè)量技術(shù)中紅外溫度傳感器的選擇是非常重要的，而且不僅在點(diǎn)溫度測(cè)量中要使用紅外溫度傳感器，大面積溫度測(cè)量也可使用紅外溫度傳感器。采用紅外溫度傳感器這種溫度測(cè)量技術(shù)，它具有溫度分辨率高、響應(yīng)速度快、不擾動(dòng)被測(cè)目標(biāo)溫度分布場(chǎng)、測(cè)量精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；另外紅外溫度傳感器的種類較多，發(fā)展非常快，技術(shù)比較成熟。

　　傳感器

　　紅外溫度傳感器按照測(cè)量原理可以分為兩類：光電紅外溫度傳感器和熱電紅外溫 度傳感器。本紅外測(cè)溫儀選用熱電紅外溫度傳感器。熱電紅外溫度傳感器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)，通過(guò)溫差電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)和熱敏電阻等來(lái)測(cè)量所吸收的紅外輻射，間接地測(cè)量輻射紅外光物體的溫度。 現(xiàn)代非接觸故障檢測(cè)技術(shù)的需求選用了型號(hào)為北京德潤(rùn)豐DOS系列溫度傳感器。它的測(cè)量距離大約為1-30米，測(cè)量回應(yīng)時(shí)間大約為0-999秒?？梢灾苯虞敵鰳?biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號(hào)、電偶輸出及數(shù)字輸出。

　　原理及方法

　　原理

　　紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫原理是黑體輻射定律，眾所周知，自然界中一切高于絕對(duì)零度的物體都在不停向外輻射能量，物體的向外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度有著十分密切的聯(lián)系，物體的溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能力越強(qiáng)。黑體的光譜輻射出射度由普朗克公式確定，即：

　　下圖1-1是不同溫度下的黑體光譜輻射度圖：

　　圖1-1 不同溫度下的黑體光譜輻射度

　　從上圖中曲線可以看出黑體輻射具有幾個(gè)特征：

　　① 在任何溫度下，黑體的光譜輻射度都隨著波長(zhǎng)連續(xù)變化，每條曲線只有一個(gè)極大值；

　　② 隨著溫度的升高，與光譜輻射度極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)減小。這表明隨著溫度的升高，黑體輻射中的短波長(zhǎng)輻射所占比例增加；

　　③ 隨著溫度的升高，黑體輻射曲線全面提高，即在任一指定波長(zhǎng)處，與較高溫度相應(yīng)的光譜輻射度也較大，反之亦然。

　　方法

　　依據(jù)測(cè)溫原理的不同，紅外測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)有三種方法，通過(guò)測(cè)量輻射物體的全波長(zhǎng)的熱輻射來(lái)確定物體的輻射溫度的稱為全輻射測(cè)溫法；通過(guò)測(cè)量物體在一定波長(zhǎng)下的單色輻射亮度來(lái)確定它的亮度溫度的稱為亮度測(cè)溫法；如果是通過(guò)被測(cè)物體在兩個(gè)波長(zhǎng)下的單色輻射亮度之比隨溫度變化來(lái)定溫的稱為比色測(cè)溫法。

　　亮度測(cè)溫法無(wú)需環(huán)境溫度補(bǔ)償，發(fā)射率誤差較小，測(cè)溫精度高，但工作于短波區(qū)，只適于高溫測(cè)量。比色測(cè)溫法的光學(xué)系統(tǒng)可局部遮擋，受煙霧灰塵影響小，測(cè)溫誤差小，但必須選擇適當(dāng)波段，使波段的發(fā)射率相差不大。本文選用全輻射測(cè)溫法來(lái)計(jì)算被測(cè)量物體的溫度，全輻射測(cè)溫法是根據(jù)所有波長(zhǎng)范圍內(nèi)的總輻射而定溫，得到的是物體的輻射溫度。選用這種方法是因?yàn)橹械蜏匚矬w的波長(zhǎng)較大，輻射信號(hào)很弱，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但它的測(cè)溫精度稍差，受物體輻射率影響大。下面是全輻射測(cè)溫法的相關(guān)方法介紹：

　　由普朗克公式可推導(dǎo)出輻射體溫度與檢測(cè)電壓之間的關(guān)系式：

　　V=RaεσT4=KT4

　　式中K=Raεσ，由實(shí)驗(yàn)確定，定標(biāo)時(shí)ε取1

　　T—被測(cè)物體的絕對(duì)溫度

　　R——探測(cè)器的靈敏度

　　a——與大氣衰減距離有關(guān)的常數(shù)

　　ε——輻射率

　　σ——斯蒂芬—玻耳茲曼常數(shù)

　　因此，可以通過(guò)檢測(cè)電壓而確定被測(cè)物體的溫度，上式表明探測(cè)器輸出信號(hào)與目標(biāo)溫度呈非線性關(guān)系，V與T的四次方成正比，所以要進(jìn)行線性化處理。線性化處理后得到物體的表觀溫度，需進(jìn)行輻射率修正為真實(shí)溫度，

　　其校正式為：

　　式中Tr——輻射溫度（表觀溫度）

　　ε（T）——輻射率，取0.1～0.9

　　由于調(diào)制片輻射信號(hào)的影響，輻射率修正后的真實(shí)溫度為高于環(huán)境的溫度，還必須作環(huán)溫補(bǔ)償，即真實(shí)溫度加上環(huán)溫才能最終得到被測(cè)物體的實(shí)際溫度。

　　紅外測(cè)溫系統(tǒng)

　　紅外技術(shù)及其原理的無(wú)異議的理解為其精確的測(cè)溫。當(dāng)由非接觸儀器測(cè)溫時(shí)，被測(cè)物體發(fā)射出的紅外能量，通過(guò)測(cè)溫儀的光學(xué)系統(tǒng)在探測(cè)器上轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該信號(hào)的溫度讀數(shù)顯示出來(lái)，有幾個(gè)決定精確測(cè)溫的重要因素，最重要的因素是發(fā)射率、視場(chǎng)、到光斑的距離和光斑的位置。發(fā)射率，所有物體會(huì)反射、透過(guò)和發(fā)射能量，只有發(fā)射的能量能指示物體的溫度。當(dāng)紅外測(cè)溫儀測(cè)量表面溫度時(shí)，儀器能接收到所有這三種能量。因此，所有測(cè)溫儀必須調(diào)節(jié)為只讀出發(fā)射的能量。測(cè)量誤差通常由其它光源反射的紅外能量引起的。

　　有些測(cè)量?jī)x可改變發(fā)射率，多種材料的發(fā)射率值可從出版的發(fā)射率表中找到。

　　其它儀器為固定的予置為0.95的發(fā)射率。該發(fā)射率值是對(duì)于多數(shù)有機(jī)材料、油漆或氧化表面的表面溫度，就要用一種膠帶或平光黑漆涂于被測(cè)表面加以補(bǔ)償。使膠帶或漆達(dá)到與基底材料相同溫度時(shí)，測(cè)量膠帶或漆表面的溫度，即為其真實(shí)溫度。

　　距離與光斑之比，紅外測(cè)溫儀的光學(xué)系統(tǒng)從圓形測(cè)量光斑收集能量并聚焦在探測(cè)器上，光學(xué)分辨率定義為儀器到物體的距離與被測(cè)光斑尺寸之比（D:S）。比值越大，儀器的分辨率越好，且被測(cè)光斑尺寸也就越小。激光瞄準(zhǔn)，只有用以幫助瞄準(zhǔn)在測(cè)量點(diǎn)上。

　　紅外光學(xué)的最新改進(jìn)是增加了近焦特性，可對(duì)小目標(biāo)區(qū)域提供精確測(cè)量，還可防止背景溫度的影響。

　　視場(chǎng)，確保目標(biāo)大于儀器測(cè)量時(shí)的光斑尺寸，目標(biāo)越小，就應(yīng)離它越近。當(dāng)精度特別重要時(shí)，要確保目標(biāo)至少2倍于光斑尺寸。

　　應(yīng)用

　　為了測(cè)溫，將儀器對(duì)準(zhǔn)要測(cè)的物體，按觸發(fā)器在儀器的LCD上讀出溫度數(shù)據(jù)，保證安排好距離和光斑尺寸之比，和視場(chǎng)。用紅外測(cè)溫儀時(shí)有幾件重要的事要記住：

　　只測(cè)量表面溫度，紅外測(cè)溫儀不能測(cè)量?jī)?nèi)部溫度。不能透過(guò)玻璃進(jìn)行測(cè)溫，玻璃有很特殊的反射和透過(guò)特性，不允許精確紅外溫度讀數(shù)。但可通過(guò)紅外窗口測(cè)溫。紅外測(cè)溫儀最好不用于光亮的或拋光的金屬表面的測(cè)溫（不銹鋼、鋁等）。定位熱點(diǎn)，要發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)，儀器瞄準(zhǔn)目標(biāo)，然后在目標(biāo)上作上下掃描運(yùn)動(dòng)，直至確定熱點(diǎn)。注意環(huán)境條件：蒸汽、塵土、煙霧等。它阻擋儀器的光學(xué)系統(tǒng)而影響精確測(cè)溫。環(huán)境溫度，如果測(cè)溫儀突然暴露在環(huán)境溫差為20度或更高的情況下，允許儀器在20分鐘內(nèi)調(diào)節(jié)到新的環(huán)境溫度。

　　有些測(cè)量?jī)x可改變發(fā)射率，多種材料的發(fā)射率值可從出版的發(fā)射率表中找到。

　　其它儀器為固定的予置為0.95的發(fā)射率。該發(fā)射率值是對(duì)于多數(shù)有機(jī)材料、油漆或氧化表面的表面溫度，就要用一種膠帶或平光黑漆涂于被測(cè)表面加以補(bǔ)償。使膠帶或漆達(dá)到與基底材料相同溫度時(shí)，測(cè)量膠帶或漆表面的溫度，即為其真實(shí)溫度。

　　距離與光斑之比，紅外測(cè)溫儀的光學(xué)系統(tǒng)從圓形測(cè)量光斑收集能量并聚焦在探測(cè)器上，光學(xué)分辨率定義為儀器到物體的距離與被測(cè)光斑尺寸之比（D:S）。比值越大，儀器的分辨率越好，且被測(cè)光斑尺寸也就越小。激光瞄準(zhǔn)，只有用以幫助瞄準(zhǔn)在測(cè)量點(diǎn)上。

　　紅外光學(xué)的最新改進(jìn)是增加了近焦特性，可對(duì)小目標(biāo)區(qū)域提供精確測(cè)量，還可防止背景溫度的影響。

　　視場(chǎng)，確保目標(biāo)大于儀器測(cè)量時(shí)的光斑尺寸，目標(biāo)越小，就應(yīng)離它越近。當(dāng)精度特別重要時(shí)，要確保目標(biāo)至少2倍于光斑尺寸。