紅外高溫計的原理構造、測量優(yōu)點和應用分析

一、紅外測溫儀溫度測量的優(yōu)點

通過接收被測體輻射的紅外線而進行的非接觸溫度測量有很多的優(yōu)點。這樣那些難以接觸到或運動著的物體就可毫無問題的進行溫度測量，如傳熱性能差的或很小的熱容量材料。紅外高溫計很短的響應時間能快速地實現(xiàn)有效調(diào)節(jié)回路。高溫計不擁有會磨損的部件，因而就不存在如使用溫度計所存在的連續(xù)費用。特別是在很小的被測物體，如用接觸測量，由于物體的導熱性將產(chǎn)生很大的測量誤差。這里可毫無疑問的使用高溫計，及用于腐蝕性的化學物或敏感的表層，如在油漆，紙張和塑料軌上。通過遠距離的搖控測量，可遠離危險區(qū)域，使操作人員無危險性。

二、紅外高溫計的原理構造

把從被測物接收的紅外線，由透鏡經(jīng)過濾波器聚焦在檢波器上。檢波器通過被測物輻射密度的積分，產(chǎn)生一個與溫度成比例的電流或電壓信號，在此后相連接的電器部件中，把此溫度信號線性化，發(fā)射率區(qū)域的修正，及轉換成一個標準的輸出信號。

原理上有便攜式高溫計和固定式高溫計兩種，因此，在選擇合適的紅外高溫計用于不同的測量點時，以下的特征將是主要的：

1、瞄準器

瞄準器有此作用，高溫計所指的測量塊或測量點可以看見，大面積的被測物可以經(jīng)常不要瞄準器。在小的被測物和較遠的測量距離時，瞄準器以透光鏡形式帶有儀表板刻度或激光指向點是值得推薦的。

2、透鏡

透鏡確定高溫計的被測點，對大面積的物體來說，一般帶有固定焦距的高溫計足夠可以。但在測量距離遠離聚焦點時，測量點邊緣的圖像將不清楚。為此，采用變焦鏡更好，在所給予的變焦范圍內(nèi)，高溫計可調(diào)整測量距離，最新的高溫計帶有變焦的可替換鏡頭，近透鏡和遠透鏡可不需校準復檢進行更換。

3、傳感器，即光譜接收器

溫度是與波長成反比的。在低物體溫度時，對長波光譜區(qū)域敏感的傳感器（熱膜傳感器或熱電傳感器）是很合適的，在高溫度時，將用對短波敏感受的，由鍺，硅，銦-鎵等組成的光電傳感器。

在選擇光譜敏感性時，還要考慮對氫氣和二氧化碳的吸收光譜帶。在一定的波長范圍內(nèi)，即所謂的“大氣層窗”，H2和CO2對紅外線幾乎是穿透的，因此高溫計的光變敏感性必須在此范圍內(nèi)，以便排除大氣層濃度變化帶來的影響，在測量薄膜或玻璃時，還要考慮到這些材料在一定波長內(nèi)不易穿透的。為了避免背景光線引起的測量誤差，運用相宜的，只接收表面溫度的傳感器，金屬有此物理特性，發(fā)射率隨著波長的減小而增大，經(jīng)驗而談，測量金屬的溫度，一般選擇最短的測量波長。

三、發(fā)展趨向

如許多的傳感技術領域，高溫計的發(fā)展趨向也走向小型的，精巧的造型，圓型的，帶有中央螺紋的外殼是最理想地安裝于機器和設備的造型，這一發(fā)展趨向的實現(xiàn)，是通過不斷的電器部件微型化，及高度的微積分使得愈來愈小的，愈來愈精致的電器部件濃縮于愈來愈小的空間。與過去模擬技術相比，通過微控件的應用，提高了檢波器信號線性化高度的精密性，因而也提高了儀器的精確度。

市場供應需要快速的，價廉的測量值接收，它能直接輸出一個與溫度成比例的，線性的電流/電壓信號，測量值得處理，如平整功能，特殊值儲存，或邊界接觸將放置在智能顯示器，調(diào)節(jié)器或SPS（程序控制器）上，通過電纜外接的發(fā)射率調(diào)整，可以危險區(qū)外，即便機器開動著，也可修正，這時也可由SPS來調(diào)整。 通過身控件的運用，現(xiàn)在可毫無問題地實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線接口，但網(wǎng)絡連接至今還未實現(xiàn)，對信號的繼續(xù)處理，還延用過去的標準模擬信號。在檢波器段，用了新的材料作光電傳感器，證實了敏感性的提高，乃至分辨率的提高。在熱膜傳感器中，新的傳感器只需要更短的調(diào)整時間，帶瞄準器高溫計的最新發(fā)展，是變焦的更換鏡頭，不用校準復檢即可替換，對不同的測量位置用同一基礎儀器，節(jié)約了倉庫管理費用。

四、選擇高溫計的主要標準

高溫計的運用主要由測量范圍所決定，不論是測量電壓，還是測量區(qū)域的始值，都應與測量工作的要求相符，選擇愈大的測量電壓，分辨率就俞小，因而準確性就差，特別在低測量溫度始值時，選用大的測量電壓，準確性將成倍的減小，因而值得推薦的是，選擇可能的最小測量電壓。

測量區(qū)域的始值時決定了光譜的敏感性，以至也決定了檢波器的型號，測量的誤差由于發(fā)射率的錯誤調(diào)整，在短波的傳感器要明顯地比長波傳感器小，所以在熱膜傳感器（8～14μm）800℃時，由于發(fā)射率的錯誤調(diào)整所引起的測量誤差，將五倍的大于鍺-光電二級管的傳感器（1，1～1，6μm）。鍺-光電二級管的傳感器容許的測量范圍從大約250℃起。

舉例說明，在陶瓷工業(yè)或發(fā)電廠的燃燒過程，測量范圍通常在0～1300℃。為了避免大的誤差產(chǎn)生，應該選用短波檢波器的高溫計。盡管它的高測溫值從250～1300℃

另一個選擇合適高溫計的標準是間距比例。這里指的是測量距離和測量點直徑的比例關系，如果被測物小，測量距離大，或所謂的“熱點”在大面積上，那就需要大的間距比例。相反如果大面積的測量點，由于傳感器對測量點的是間值有一個穩(wěn)定的輸出信號，固選用小的間距比例。

另外要確定的是，高溫計是否帶瞄準器裝置，因為瞄準器裝置將提高50%的成本，這里關鍵是一個價錢的部下，在大面積的測量物體時，通?？梢圆灰M裝進瞄準器，代之的是一個外接的瞄準器，它將用于高溫計在安裝時的矯正，這樣就有價格上優(yōu)勢，眾多的測量處只需一個瞄準器。

對小的測量物體或者遠離的測量距離就需隨時能瞄準的可能。在一個帶儀表板刻度的透光鏡，人們可看清測量點的實際大小，價格便宜的是用激光指向點，但它只能逐點進行測量，在測量閉式爐等相似類時，需要一個透視窗。 由此需要決定，高溫計是否需要，及南非要哪些功能？如平整功能，特殊值儲存，邊界接觸或電腦接口，為了高溫計的相適于測量物表面，發(fā)射率調(diào)整的可能有性是必須的，其他的功能可以價廉地通過連接記錄儀，調(diào)節(jié)器或程控機來實現(xiàn)。 此外，對某些運用來說，外型結構也是決定因素，在較高的環(huán)境溫度下，高溫計以鏡頭只帶光學部分，由光導電纜連接電器部分，放置于遠離高溫地帶，優(yōu)點在于，可以節(jié)約冷卻裝置。

最后是高溫計型號，是光譜高溫計，還是比率（雙色）高溫計，光譜高溫計接收一個波長的輻射密度，與此不同的是比率高溫計帶雙重傳感器二個單一的傳感器，它將測量二個不同波長的輻射密度，這二個檢波器信號的比便再現(xiàn)溫度的比例關系，由于中間介質(zhì)如蒸汽，灰塵在高溫計的輻射內(nèi)，或發(fā)射率的變動，至一定的范圍內(nèi)，這二條線路不顯示信號變動。但單色光譜高溫計將馬上顯示此變動，故此率高溫計優(yōu)先用行管式轉爐或在金屬制造和加工業(yè)中，輻射干擾較嚴重的場合。

五、運用舉例

不同高溫計的運用可能性是極其廣泛的，近幾年內(nèi)的價格大幅度下降開辟了愈來愈多的運用領域，特別在低溫區(qū)域或用于替換一般的傳統(tǒng)溫度計，下面的實例是關于使用及解答案的概況。

1、混凝土加工業(yè)

在混凝土加工時，溫度是對凝結時間和由此而定的堅固性起關鍵作用，特別是安全混凝土，得達到一定的加工溫度，接觸探針將機械地由于水泥的腐蝕作用而很快損壞。而高溫計即可直接接受攪拌滾筒的溫度，也可是混凝土出口時的溫度，因為ISO9000的質(zhì)量檢驗的需要，溫度必須與其它的生產(chǎn)參數(shù)一起以文件形式被記錄下來，上于臟亂的工業(yè)環(huán)境，需要十分堅固的，如防塵，防水的測量鏡頭，為了防護高溫計，采用相宜的附件如軸向間隙噴嘴，光鏡保護蓋及絕緣管。

2、造紙業(yè)

在造紙業(yè)精制中，紙軌將在一個加熱的金屬軋輥和涂有塑料層的精壓軋輥之間運行，如果紙的寬度小于軋輥寬時，精壓軋輥的邊緣的溫度將大大高于中間的，這中間和邊緣的溫度之差不能超出已定的絕對溫度，否則塑料涂層將損傷。

為了測量溫度，可以每一機架裝備三個固定式高溫計，也可用一高溫計在瞄準器裝置上沿著軋輥長度移動，由于局部的強烈蒸汽需要一個防水的高溫計及帶軸向間隙噴嘴，用于視窗的自由吹氣，因為溫度的處理需要SPS機，所以一般的儀器帶有發(fā)射率的修正就可。

3、陶瓷工業(yè)

為了陶瓷材料的生產(chǎn)，在燃燒過程中需要知道溫度的變化過程，以便達到同樣質(zhì)量的產(chǎn)品

，避廢品產(chǎn)生，同時為了節(jié)約能源，必需把溫度控制在最小值內(nèi)，至今以來都是用溫度計測量溫度，它得到的是室溫，對此高溫計就有優(yōu)勢，它能直接測量物體表面的溫度，而且是在很短的時間內(nèi)，這樣就能準確地測量并保持燃燒溫度。

4、冶金工業(yè)

在冶金工業(yè)行業(yè)中，紅外溫度測量更是應用于各個領域。例如各種爐體的內(nèi)壁缺陷診斷、冷卻壁損壞的診斷、工藝參數(shù)的控制等等。通過紅外溫度測量可以準確地監(jiān)控設備的狀況，提高設備使用壽命，節(jié)約能源，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

由此可知，傳統(tǒng)的溫度計將是淘汰的時代產(chǎn)品，它將隨時間而消失或損壞，以致需要不斷的更換，而高溫計不具有磨損件，因而理論上，它的使用壽命是無限的，因此它的較貴些的投資成本在短期內(nèi)即可贏回。高溫計即可在側邊，或在頂上安裝，避免傾斜的對準，以免高溫計只被抓信邊緣，軸向間隙噴嘴應避免放在高溫計的鏡頭上，在較高環(huán)境溫度時，需要一個附加的冷卻裝置。

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