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影響紅外線測溫儀的輻射能量和發射率的因素
- 2020-08-19-

  影響紅外線測溫儀的輻射能量和發射率的因素


  了解紅外測溫儀的工作原理、技術指標、環境工作條件及操作和維修等是用戶正確地選擇和使用紅外測溫儀的基礎。紅外測溫儀由光學係統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學係統匯集其視場內的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上並轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路按照儀器內部的算法和目標發射率校正後轉變為被測目標的溫度值。除此之外,還應考慮目標和測溫儀所在的環境條件,如溫度、氣氛、汙染和幹擾等因素對性能指標的影響及修正方法。


  紅外線測溫儀黑體輻射定律:黑體是一種理想化的輻射體,它吸收所有波長的輻射能量,沒有能量的反射和透過,其表麵的發射率為1。應該指出,自然界中並不存在真正的黑體,但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規律,在理論研究中必須選擇合適,這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子,從而導出了普朗克黑體輻射的定律,即以波長表示的黑體光譜輻射度,這是一切紅外輻射理論的出發點,故稱黑體輻射定律。


  物體發射率對輻射測溫的影響:自然界中存在的實際物體,幾乎都不是黑體。所有實際物體的輻射量除依賴於輻射波長及物體的溫度之外,還與構成物體的材料種類、製備方法、熱過程以及表麵狀態和環境條件等因素有關。因此,為使黑體輻射定律適用於所有實際物體,必須引入一個與材料性質及表麵狀態有關的比例係數,即發射率。該係數表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度,其值在零和小於1的數值之間。根據輻射定律,隻要知道了材料的發射率,就知道了任何物體的紅外輻射特性。


  紅外測溫儀器主要有3種類型:紅外熱像儀、紅外熱電視、紅外測溫儀(點溫儀)。60年代我國研製成功頭一台紅外測溫儀,1990年以後又陸續生產小目標、遠距離、適合電業生產特點的測溫儀器,如西光IRT-1200D型、HCW-Ⅲ型、HCW-V型;YHCW-9400型;WHD4015型(雙瞄準,目標D 40mm,可達15 m)、WFHX330型(光學瞄準,目標D 50 mm,可達30 m)。美國生產的PM-20、30、40、50、HAS-201測溫儀;瑞典AGA公司TPT20、30、40、50等也有較廣泛的應用。DL-500 E可以應用於110~500 kV變電設備上,圖像清晰,溫度準確。紅外熱像儀,主要有日本TVS-2000、TVS-100,美國PM-250,瑞典AGA-THV510、550、570。近期,國產紅外熱像儀在昆明研製成功,實現了國產化。


  電子測量分為金屬電阻溫度計和半導體電阻溫度計,都是根據電阻值隨溫度的變化這一特性製成的。金屬溫度計主要有用鉑、金、銅、鎳等純金屬的及銠鐵、磷青銅合金的;半導體溫度計主要用碳、鍺等。電阻溫度計使用方便可靠,已廣泛應用。它的測量範圍為-260℃至600℃左右。


  紅外係統:紅外線測溫儀由光學係統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學係統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上並轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路,並按照儀器內療的算法和目標發射率校正後轉變為被測目標的溫度值。


  利用紅外線測溫儀導體電阻隨溫度變化而改變的性質而製成的測溫裝置。通常是把純鉑細絲繞在雲母或陶瓷架上,防止鉑絲在冷卻收縮時產生過度的應變。在某些特殊情況裏,可將金屬絲繞在待測溫度的物質上,或裝入被測物質中。在測極低溫的範圍時,亦可將碳質小電阻或滲有砷的鍺晶體,封入充滿氦氣的管中。將鉑絲線圈接入惠斯通電橋的一條臂,另一條臂用一可變電阻與兩個假負載電阻,來抵償測量線圈的導線的溫度效應。


  紅外線測溫儀影響發射率的主要因素在:材料種類、表麵粗糙度、理化結構和材料厚度等。


  當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其波段範圍內的紅外輻射量,然後由測溫儀計算出被測目標的溫度。單色測溫儀與波段內的輻射量成比例;雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。


  一切溫度高於零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布——與它的表麵溫度有著十分密切的關係。因此,通過對物體自身輻射的紅外能量的測量,便能準確地測定它的表麵溫度,這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。