如何选用红外测温仪

本文对红外测温仪的工作原理进行了阐述，并依据在计量部门从事捡定工作的经验，总结出了选用合适的红外线测温仪的方法。

一、红外测温仪的结构和原理

红外测温仪由光学系统、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，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内置的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

红外测温仪的测温原理是将物体(如钢水)发射的红外线具有的辐射能转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体(如钢水)本身的温度相对应，根据转变成电信号大小，可以确定物体(如钢水)的温度。

二、如何选择红外测温仪？

目前，红外测温技术在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥着重要作用。近20年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。在不同规格的各种型号测温仪中，正确选择红外测温仪对用户来说是十分重要的。

选择红外测温仪可分为3个方面：性能指标方面.如温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、响应时间等；环境和工作条件方面，如环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等；其他选择方面，如使用方便、维修和校准性能以及价格等，也对测温仪的选择产生一定的影响。

1、确定测温范围

测温范围是测温仪Z重要的一个性能指标。如TIME(时代)、Raytek(雷泰)产品覆盖范围为一50℃～+3000℃，但这不能由一种型号的红外测温仪来完成。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范丽。因此，用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全，既不要过窄，也不要过宽。根据黑体辐射定律，在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化，因此，测温时应尽量选用短波较好。

2、确定目标尺寸

红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪(辐射比色测温仪)。对于单色测温仪，在进行测温时，被测目标面积应充满测温仪视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小于视场，背景辐射能量就会进入测温仪的视场干扰测温读数，造成误差。相反，如果目标大于测温仪的视场，测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响。

对于双色测温仪，其温度是由两个独立的波长带内辐射能量的比值来确定的。因此，当被测目标很小，没有充满现场，测量通路上存在烟雾、尘埃阻挡，对辐射能量有衰减时，都不会对测量结果产生影响，甚至在能量衰减了95%的情况下，仍能保证要求的测温精度。对于目标细小，又处于运动或振动之中的目标，有时在视场内运动，或可能部分移出视场的目标，在此条件下，使用双色测温仪是Z佳选择。如果测温仪和目标之间不可能直接瞄准，测量通道弯曲、狭小、受阻等情况下，双色光纤测温仪是Z佳选择。这是由于其直径小，有柔性，可以在弯曲、阻挡和折叠的通道上传输光辐射能量，因此，可以测量难以接近、条件恶劣或靠近电磁场的目标。

3、确定光学分辨率

光学分辨率由D与S之比确定，即测温仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比。如果测温仪由于环境条件限制，必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温仪。光学分辨率越高，即增大D：S比值，测温仪的成本也越高。

4、确定波长范围

目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料，有低的或变化的发射率。在高温区，测量金属材料的Z佳波长是近红外，可选用0.18—1.0μm波长。其他温区可选用1.6μm、2.2μm和3.9μm波长。由于有些材料在一定波长是透明的，红外能量会穿透这些材料，对这种材料应选择特殊的波长。

如测量玻璃内部温度选用10μm、2.2μm和μm(被测玻璃要很厚，否则会透过)波长;测低温区选用8～14m波长为宜。再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长，聚酯类选用4.3μm或7.9mμm波长，厚度超过0.4mm选用8～14μm波长。又如测火焰中的CO2用窄带4.24~4.3μm波长，测火焰中的CO用窄带4.64μm波长，测量火焰中的N02用4.47μm波长。

5、确定响应时间

响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达Z后读数的95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。新型红外测温仪响应时间可达1ms，这比接触式测温方法快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外测温仪，否则达不到足够的信号响应，会降低测量精度。然而，并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪，对于静止的或目标存在热惯性时，测温仪的响应时间就可以放宽要求。因此，红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。

6、信号处理功能

鉴于离散过程(如零件生产)和连续过程不同，要求红外测温仪具有多信号处理功能(如峰值保持、谷值保持、平均值)可供选用，如为传送带上的瓶子测温时，就要用峰值保持，其温度的输出信号传送至控制器内。否则，测温仪读出瓶子之间的较低的温度值。若用峰值保持，设置测温仪响应时间稍长于瓶子之间的时间间隔，这样至少有一个瓶子总是处于测量之中。

7、环境条件

测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应予考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起损坏。当环境温度高，存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下，可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护测温仪，实现准确测温。在确定附件时，应尽可能要求标准化服务，以降低安装成本。当在烟雾、灰尘或其他颗粒降低测量能量信号时，光纤双色测温仪是Z佳选择。在噪声、电磁场、震动和难以接近的环境条件下，或其他恶劣条件时，宜选择光线比色测温仪。

在密封的或危险的材料应用中(如容器或真空箱)，测温仪通过窗口进行观测。材料必须有足够的强度并能通过所用测温仪的工作波长范围。还要确定操作工是否也需要通过窗口进行观察，因此，要选择合适的安装位置和窗口材料，避免相互影响。在低温测量应用中，通常用Ge或Si材料作为窗口，不透可见光，人眼不能通过窗口观察目标。如操作员需要通过窗口目标，应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料，如ZnSe或BaF2等作为窗口材料。

当测温仪工作环境中存在易燃气体时，可选用本征安全型红外测温仪，从而在一定浓度的易燃气体环境中进行安全测量和监视。

在环境条件恶劣复杂的情况下，可以选择测温头和显示器分开的系统，以便于安装和配置。可选择与现行控制设备相匹配的信号输出形式。

8、红外辐射测温仪的标定

红外测温仪必须经过标定才能使它正确地显示出被测目标的温度。如果所用的测温仪在使用中出现测温超差，则需退回厂家或维修ZX重新标定。