紅外測溫(wēn)技術在生產過程中,在產品質量控製和(hé)監測,設備在線故障診斷和安全保護以(yǐ)及節(jiē)約能源等方麵發(fā)揮了著重要作用。近20年來(lái),非接(jiē)觸(chù)紅外(wài)測溫儀(yí)在技術上(shàng)得到迅速發展,性(xìng)能(néng)不斷完善,功能不斷增強,品種不斷增多,適用範(fàn)圍也不斷擴大,*逐年增長。比起接觸式測溫方法,紅外測(cè)溫有著響應時間快、非接觸(chù)、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。非接觸紅外測溫儀包括便攜式、在(zài)線式和掃(sǎo)描式三大係列,並備有各種選件和計算機軟件,每一(yī)係列中又有各種型號及規格。在不同規格的各種型號測(cè)溫儀中,正確選擇紅外測溫儀型號(hào)對(duì)用戶來說是十分重要的。
紅外(wài)檢測技(jì)術是“九五"國家科(kē)技成果重點推(tuī)廣項目,紅外檢測是一(yī)種在線監測(不(bú)停電)式高科(kē)技檢測技術,它集光電成像技術、計算機技術、圖像處理技術於一身,通過接(jiē)收(shōu)物體發(fā)出的(de)紅外線(紅(hóng)外輻射),將(jiāng)其熱像顯示(shì)在熒光屏(píng)上,從而準確判斷物體表麵的溫度分布情況,具有準確、實(shí)時(shí)、快速等(děng)優點。任何物體由於其自身分子的(de)運動,不停地向外輻射紅外(wài)熱能,從而在物體表麵形成一定的溫度(dù)場,俗稱“熱像"。紅外診斷技術正是(shì)通過吸收這種紅外輻(fú)射能量,測出設備表(biǎo)麵的(de)溫度及溫度場的分布,從而判斷(duàn)設備發熱情況。目前(qián)應(yīng)用紅外診技術的測試設備比較多(duō),如紅外測溫儀、紅外熱電視(shì)、紅外熱像儀等等。像紅外熱電視(shì)、紅外熱像儀等設備利用熱成像技術將這種看不見的“熱像"轉(zhuǎn)變成可見光圖像,使測試效果直觀,靈敏度高,能檢測出設備細微的(de)熱狀(zhuàng)態變(biàn)化(huà),準確反映設備內部、外(wài)部的發熱情(qíng)況,可靠性高,對發現設備隱患非常有效。
紅外(wài)診斷技術對電氣設備的(de)早(zǎo)期故障缺陷及絕緣性能做出可靠的預(yù)測,使傳統電氣設備的預防性試驗(yàn)維修(預防試驗是50年代引進前蘇聯的標準)提高到預知狀態檢修,這也是(shì)現(xiàn)代電力企業發展的方向。特別(bié)是現在大機組、超(chāo)高電(diàn)壓(yā)的發展,對電(diàn)力係統的可靠運(yùn)行(háng),關係到電網的穩定,提出了越來越高的(de)要求。隨著(zhe)現代科(kē)學技(jì)術不斷發展成熟與日益完善,利用紅外狀態監測和診斷技術具有遠距離、不接觸、不取樣、不解體,又具有準確、快速、直觀等特點(diǎn),實時地在線監測和診斷(duàn)電氣設備大多數故障(幾乎可以覆蓋所有電氣設備各種故障的檢測)。它備受國內外電(diàn)力行業(yè)的重視(國外70年(nián)代(dài)後期普遍應(yīng)用的一種*狀態檢修(xiū)體(tǐ)製),並得到快速發展。紅(hóng)外檢測技術的應用,對提高(gāo)電氣設備的可靠性與有效性(xìng),提高運行經濟效益,降低維修成本都有很重要的意義。是目前在預知檢修領域中普遍推廣的一(yī)種很好手段,又能使維修水平和設備(bèi)的健康水平(píng)上一(yī)個台階。
采用紅外成像檢測技術可以對正在運行的設備進行非(fēi)接觸(chù)檢(jiǎn)測,拍攝其溫度場的分布、測量任何部位的溫度(dù)值,據此對各種外部及內部故障進行診斷,具有實時、遙測、直觀和定量測溫等優點,用來檢測發(fā)電廠、變電所和輸電線路的運轉(zhuǎn)設備和帶電設備非常方便、有效。
利用熱像儀檢測在(zài)線電氣設(shè)備的方(fāng)法(fǎ)是(shì)紅外溫度記錄法。紅外溫度記錄法是工業(yè)上用(yòng)來無損探測,檢測設備性(xìng)能和掌握其運行狀態的一(yī)項新技術。與傳統(tǒng)的測溫方式(如熱電偶、不同熔點的(de)蠟片等放置在被測物(wù)表麵或(huò)體內)相比,熱像儀可在一定距離(lí)內實時(shí)、定(dìng)量、在線檢測發熱點的溫度,通過掃描,還可以繪出設備在(zài)運行中的溫度梯度熱像圖,而(ér)且靈敏度高,不受電(diàn)磁場幹擾,便於現場使用。它可以(yǐ)在-20℃~2000℃的寬量程(chéng)內以0.05℃的(de)高分辨率檢測電氣設備的熱致故障(zhàng),揭示出如導線接頭或線夾發熱,以及電氣設(shè)備中的局部過熱點等等。
帶(dài)電設備的紅外診斷技術是(shì)一(yī)門新興的學科。它是利用帶電設備的致熱效應,采用設(shè)備獲取從(cóng)設備表麵發出(chū)的紅外輻射信息,進而(ér)判斷設(shè)備狀(zhuàng)況和缺陷性質的一門綜合技術。
2.紅外基礎理(lǐ)論
1672年(nián),人們發現太陽光(白光)是由各種顏色的光複合而(ér)成,同時,牛頓做出了單色光在性質上比白色光更簡單的結論。使用分光棱鏡就把太陽光(白(bái)光)分(fèn)解為紅、橙、黃、綠、青(qīng)、藍、紫等各色單色光。1800年,英國(guó)物理學家F. W. 赫胥爾從熱(rè)的觀(guān)點來研(yán)究各種色光時,發現了紅外線。他(tā)在研究各種色(sè)光的熱量時,有意地把暗室的*的窗戶用暗板堵住,並在板上開了一個矩形孔,孔內裝一個分光棱鏡。當太陽光通過(guò)棱鏡時,便被分(fèn)解為彩色光帶,並用溫度計去測量光(guāng)帶中不同顏色所含的熱(rè)量。為了與環境溫度進行比較,赫胥爾用在彩色(sè)光帶附近放(fàng)幾支作為比較(jiào)用的溫度計來測定(dìng)周圍環境溫度。試(shì)驗中,他偶然發現一個奇怪的現象(xiàng):放(fàng)在光帶紅光外的一支溫度(dù)計,比(bǐ)室內其他溫度(dù)的批示數值高。經過反複試驗,這個所謂熱量zui多的(de)高溫區,總是位於光(guāng)帶zui邊緣處(chù)紅光的外麵。於是他宣布太陽發出的輻射中除可見光線外,還有一種人眼看(kàn)不見的“",這種看不見的“"位於紅色光(guāng)外側,叫做紅(hóng)外線。紅外線是一種電磁(cí)波(bō),具有與無線電波及可見光(guāng)一(yī)樣(yàng)的本質,紅外線的發現是人類對自然認識的一(yī)次飛躍,對研究、利用和發展紅外技術(shù)領域(yù)開辟了一條全新(xīn)的廣闊道路。
紅(hóng)外線的波長在0.76~100μm之間,按波長的範圍(wéi)可分為近紅外、中紅外、遠紅外、極遠紅外(wài)四類,它在電磁波連續(xù)頻譜中的(de)位置是處(chù)於無線電波與可見光之間的區域。紅外線輻射是自然界存(cún)在的一種的電(diàn)磁(cí)波輻射,它是(shì)基於任何物體在常(cháng)規環境下都會產生自身的分子(zǐ)和原子無(wú)規則的運動,並不停地輻射出熱紅外能量,分子和原子的(de)運動愈劇烈,輻射的能量愈大(dà),反之,輻射(shè)的能量愈小。
溫度在零度以(yǐ)上的物體,都會因自身的分子運動而輻射出(chū)紅外線。通過紅外探測器將物體(tǐ)輻射的功率信號轉換成電信號後,成像裝置的輸出信號就可以*一一對應地模擬掃描物(wù)體表麵溫度的空間分(fèn)布,經電子係統處理,傳(chuán)至顯示屏上,得到與物體表麵熱分布相應的熱像圖。運用(yòng)這(zhè)一方法(fǎ),便能實現對目標進行遠距離熱狀態圖像成像和測(cè)溫並進行分析判斷。
2.1熱像儀原理
紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器、光學成像物鏡和光機掃描係(xì)統(目前*焦平麵技術(shù)則省(shěng)去了光機掃描係統)接受被測目標的紅外輻射能(néng)量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上(shàng),在光學係統和紅外探測器之間,有(yǒu)一個光機掃描機構(焦平麵熱像儀無此機構)對被測物體的紅外熱像進(jìn)行(háng)掃描,並聚焦在(zài)單元或分光(guāng)探測器上,由探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號,經放大處理、轉換或標準視頻信號通過電(diàn)視(shì)屏或監測器(qì)顯示紅外熱像圖。這種熱(rè)像圖與物(wù)體表麵的熱分布場(chǎng)相對應;實質上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖(tú)由於信號非常弱,與可(kě)見光圖像相比,缺少層(céng)次和立體感,因(yīn)此,在實際動作過程(chéng)中為更有效地判斷被測目標的紅外熱分布場,常采用一些輔助措施來增加(jiā)儀器(qì)的實(shí)用功能,如圖像亮度、對(duì)比度(dù)的控製,實標校正,偽(wěi)色彩描繪等技術
2.2熱像儀的發展(zhǎn)
1800年(nián),英國物理學家F. W. 赫胥爾發現了紅外線,從此開辟了人類應用紅外技術(shù)的(de)廣闊道路。在第二次世(shì)界大戰中,德國人用紅外變(biàn)像管作為光電轉換器件(jiàn),研製出了主動式夜視儀和紅外通信設備,為紅外技術的發展奠定了基(jī)礎。
二次世界大戰後,首先(xiān)由美國德克薩蘭儀器公司經過(guò)近(jìn)一年的探索,開發研製的*代用(yòng)於軍事領域的紅外成(chéng)像裝(zhuāng)置,稱之為紅外(wài)尋視係統(FLIR),它是利用光學機械(xiè)係統(tǒng)對(duì)被測目標的(de)紅外輻射掃描。由光子探測器接(jiē)收兩維(wéi)紅外輻射(shè)跡象,經光電(diàn)轉換(huàn)及一係列儀器處理,形(xíng)成視頻圖(tú)像信號。這種係統、原始的形式是一(yī)種非(fēi)實時的自動溫(wēn)度分布(bù)記錄儀,後來(lái)隨著五十年(nián)代銻化銦和鍺摻汞光子探測器的(de)發展,才開始出現高速掃描及(jí)實時顯示目標熱(rè)圖像的(de)係統。
六十年代早期(qī),瑞典AGA公司研製成功(gōng)第二代(dài)紅外成像裝置,它是在紅外尋視係統的基礎上以增加了測溫的功能,稱之(zhī)為紅(hóng)外熱像(xiàng)儀(yí)。
開始由於保(bǎo)密的(de)原因(yīn),在發達的國家中也於(yú)軍用,投入應用的熱成像裝置可的黑夜或濃厚幕雲霧中探測對方的(de)目標,探測偽裝(zhuāng)的目標和高速運動的目(mù)標。由於有國家經費的支撐,投入的研製開發(fā)費用很大,儀器的成本也很高。以後考慮到(dào)在工業生產發展中的實用性,結合工業紅外探(tàn)測的特點,采取壓(yā)縮(suō)儀器造(zào)價。降低生產(chǎn)成本並根據民用的要求,通過減小掃描速度來提高圖(tú)像分辨(biàn)率等措施逐漸發展到民用領域。
六十年代中(zhōng)期,AGA公司研製出*套工業用的實時成像係統(THV),該係統(tǒng)由液(yè)氮致冷,110V電源電壓(yā)供電,重約35公斤,因此使用中便攜性很差,經過(guò)對儀器的幾代改進,1986年研製的(de)紅外(wài)熱像(xiàng)儀(yí)已無需(xū)液氮或高壓氣,而以熱電(diàn)方式致冷,可用電池供電;1988年推出的全功能熱(rè)像儀,將(jiāng)溫度的測量、修改、分析、圖像采集、存儲合於一體,重量小於7公斤,儀器的功能、精度和可靠性都得到(dào)了顯著的提高。
九十年代中期,美國FSI公(gōng)司首先研(yán)製成功由軍用技術(FPA)轉民用並商品化的新一紅外熱像儀(CCD)屬焦平麵陣列式結構的一種凝成像裝置,技術功能更加*,現場測溫時隻需對準目標攝取圖像,並將上述信息存儲到機內的PC卡上,即(jí)完(wán)成全部操作,各種參數的設定可回到室內用軟件進行修改(gǎi)和分析(xī)數(shù)據,zui後直接得出檢測報(bào)告,由於(yú)技術(shù)的(de)改進和結構的(de)改變(biàn),取代了複(fù)雜的機械掃描,儀器重量已小於二公斤,使用中如同手持攝像機一樣,單手即可方便地操作(zuò)。
如今,紅外熱成像係統已經在電力、消防、石化以及醫療等領域(yù)得到了廣泛的應用。紅外熱像儀在世界經濟的發(fā)展中正發(fā)揮著(zhe)舉足(zú)輕(qīng)重的作用。
2.3熱像儀分類(lèi)
紅外熱像儀一般分光機(jī)掃描成像係統和(hé)非掃描成像係統。光機掃描成像係統采用單元或多元(元數有8、10、16、23、48、55、60、120、180甚至更多)光電導或光伏紅(hóng)外探測器(qì),用單(dān)元探測器時速度慢,主要是幀幅(fú)響應的時間不夠快(kuài),多(duō)元陣列探測器可做成高(gāo)速實時熱像(xiàng)儀。非掃描成(chéng)像的熱像儀(yí),如近幾年推出(chū)的陣列式凝視成像的焦平麵熱像儀,屬新(xīn)一代的熱成像裝(zhuāng)置,在性能上大大優於光機掃描式熱像(xiàng)儀,有逐步取代光機掃描式熱像儀(yí)的趨勢。其(qí)關鍵技術(shù)是探(tàn)測器由(yóu)單片集成電路組成(chéng),被測目(mù)標(biāo)的整個視野都聚焦在上麵,並且圖像更加清(qīng)晰,使用更(gèng)加(jiā)方便,儀器非常小巧輕便(biàn),同時具(jù)有(yǒu)自動調焦圖像凍結(jié),連(lián)續放大,點溫、線溫、等溫和語音注釋圖像等功能,儀器采用PC卡,存儲容量可(kě)高達500幅(fú)圖像。
紅外熱電視(shì)是(shì)紅外熱像儀的一種。紅外熱電視是(shì)通過熱釋電攝像管(PEV)接受被測目(mù)標物體的表麵紅外輻射,並把目標內熱輻射分布的不(bú)可見熱圖像轉變成視頻信號,因此,熱(rè)釋電攝像管是紅外(wài)熱電視的(de)光鍵器件,它是一種實時成像,寬譜成像(對(duì)3~5μm及8~14μm有較好的頻(pín)率響應)具有中等分辨率的熱(rè)成像器件,主要由透鏡、靶麵和電子槍三部分組成。其技術功能是將(jiāng)被測目標的紅外輻射線通(tōng)過透鏡聚(jù)焦成像到熱釋電攝像(xiàng)管(guǎn),采用常(cháng)溫熱電(diàn)視探測器和電子(zǐ)束掃描及靶麵成像(xiàng)技術來實現(xiàn)的。熱像儀的主要參數有:
2.3.1工作(zuò)波段(duàn);工作(zuò)波段是指紅外熱像儀(yí)中(zhōng)所選擇(zé)的紅外探測器的響應波長區域,一般是3~5μm或8~12μm。
2.3.2探測器類型;探測器類型是(shì)指使用的一種紅外器件。是采用單元或多(duō)元(元數8、10、16、23、48、55、60、120、180等)光(guāng)電導或光伏紅外(wài)探測器,其采用的元素有硫(liú)化鉛(PbS)、硒化鉛(PnSe)、碲化銦(InSb)、碲鎘(gé)汞(HgCdTe)、碲錫鉛(qiān)(PbSnTe)、鍺摻雜(Ge:X)和矽摻雜(Si:X)等。
2.3.3掃描製式;一般為我國標準電視製式,PAL製式。
2.3.4顯示方式;指屏幕顯示是黑白顯示還是(shì)偽彩顯示。
2.3.5溫度(dù)測定範圍;指測定溫度的zui低限與zui高限的溫度值的範圍。
2.3.6測溫準確度;指紅外熱像儀測溫的zui大誤差與儀器量程之比的百分數。
2.3.7zui大工作時間;紅外熱像儀允(yǔn)許連(lián)續的工作時間。
3.紅外測溫
3.1紅外測溫儀器(qì)的種類
紅外測溫儀器主要有3種類型:紅外熱像儀(yí)、紅(hóng)外熱電視、紅外測溫儀(點溫儀)。60年代我國研製成功*台紅外測溫儀,1990年以後又陸續生產小目標、遠距離、適(shì)合電業(yè)生產特點的測溫儀(yí)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(kě)達30 m)。美國生產的(de)PM-20、30、40、50、HAS-201測溫儀(yí);瑞典AGA公司TPT20、30、40、50等也有較廣泛的應(yīng)用。DL-500 E可以應用於110~500 kV變電設備上(shàng),圖像清晰,溫度準確。紅外熱像儀(yí),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。
3.2紅外(wài)測溫儀工作原理
了解紅外測溫儀的(de)工作原理、技術指標、環境工作條件及操(cāo)作和維修等是用戶正確地選(xuǎn)擇和使用紅外測溫儀的基礎。紅外測溫儀由光學係統(tǒng)、光電探測器、信號(hào)放大器及信號處理、顯示輸出等部分組(zǔ)成。光學係統匯集其視場內的目標紅外輻(fú)射能量,視(shì)場的大小由測溫儀的光學零件以及位置決定。紅(hóng)外能量聚焦在光電探測儀上並轉變為相應的電信號(hào)。該信號經過放(fàng)大器和信號處理(lǐ)電路按照儀器(qì)內部的算法和目標發(fā)射率校正後轉變(biàn)為被測目標的溫度值。除此(cǐ)之外,還應考慮目標和測溫儀所在的環境(jìng)條件,如溫度、氣氛、汙染和(hé)幹擾等因素(sù)對性能指(zhǐ)標的影(yǐng)響(xiǎng)及修(xiū)正方法。
一切(qiē)溫度高(gāo)於(yú)零度的物體都(dōu)在不停地向周圍空間發出紅外輻(fú)射能量。物體的紅外輻射能量的(de)大小及其按波長的分布——與它的(de)表麵溫度有著十分密切的關係。因此,通(tōng)過對物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量,便能準確地(dì)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(chǔ)。
黑體輻射定律:黑(hēi)體是一種理想化的輻(fú)射體,它吸收所有波長的輻射能量,沒有能量的反(fǎn)射和透過,其表麵(miàn)的發射率為1。應該指出(chū),自(zì)然界中並不(bú)存(cún)在真正的黑體,但是為了弄(nòng)清和獲得紅(hóng)外輻射分布規律,在理論研究中必須選擇合適的模型,這就是普朗克提(tí)出的體腔輻(fú)射的量子化振(zhèn)子模型,從而導出了普朗克(kè)黑體輻射的定律,即以波長(zhǎng)表示的黑體光譜輻射度,這是一切紅外輻射理(lǐ)論的(de)出發點,故稱黑體輻射(shè)定律。
物體發射率對(duì)輻射測溫(wēn)的影響:自然界中存在的(de)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(wù)體的溫度之(zhī)外,還與(yǔ)構成物體的材料(liào)種類(lèi)、製備方法、熱過程(chéng)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(jì)物體,必須引入一個(gè)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(shè)與黑體輻射的接近程(chéng)度,其(qí)值在零(líng)和小於1的(de)數值之間。根據輻射定律,隻要知道(dào)了材料的發射率,就知道了任何物體的紅外輻射特性。
影響發射率的主要因紗在(zài):材料種類、表麵粗糙度、理化結構和材料厚度等。
當(dāng)用紅外輻射測(cè)溫儀測量目(mù)標的(de)溫度(dù)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(cè)目標的溫度。單色測溫儀(yí)與波段內的輻(fú)射量成比例(lì);雙色(sè)測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。
紅外係統:紅外測溫儀由光學係統、光電探(tàn)測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部(bù)分(fèn)組成。光(guāng)學係統匯聚其視場內的目標(biāo)紅外(wài)輻(fú)射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確(què)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(zhào)儀器內療的算法和目標發射率校正後轉變為被測目標(biāo)的溫度值。
3.3紅外測溫儀性能
紅外測溫儀是通過接收目標物體發(fā)射、反射和傳導的能量(liàng)來測(cè)量其表麵溫度。測溫儀內的探測元件將(jiāng)采(cǎi)集的(de)能量信息輸送到微處理器中進行處理,然後轉換成溫度讀數顯(xiǎn)示。在帶激光瞄(miáo)準(zhǔn)器的型號中,激光瞄準器隻做瞄準使用。其性能說明如表1。
測溫範圍 -32℃--400℃ 顯示分辯率 0.1℃(<199.1℃時 )
精度 23 ℃時(shí)±1% 工作環(huán)境溫度範(fàn)圍 0--50 ℃
重複(fù)性 23 ℃時±1% 相(xiàng)對(duì)濕度 30 ℃時 10—95%
響應時間 500ms 電源 9V
響(xiǎng)應光譜 7 -18micron 尺寸 137 × 41 × 196mm
zui大值顯示 Have 重量 270g
發射率 0.95Preset 防水 根據消防*要求特殊製作
表1紅外測溫儀性能
為了獲得的溫度(dù)讀(dú)數,測溫儀與測試目標之間的距離必須在合適的範圍之內,所謂“光點尺寸"(spot size)就(jiù)是測溫儀(yí)測量點的麵積。您距離目標越遠,光點尺(chǐ)寸就(jiù)越大。右圖所示為距(jù)離與光點尺寸的比率,或稱D:S。在激光瞄準器型測(cè)溫儀上,激(jī)光點在目標中心的上方,有12mm(0.47英寸)的偏置距離。
測量(liàng)距離與光點尺寸
在定測量(liàng)距離時,應確保目標直徑等於(yú)或大於受測的光點尺寸。右(yòu)圖所標示的“1號物體"(object 1 )與(yǔ)測量儀(yí)之間的距離(lí)正,因為目標比被測(cè)光點尺(chǐ)寸略大一些。而“2號物體(tǐ)"距(jù)離太遠,因為目標小於受測(cè)的光點(diǎn)尺寸,即測溫儀(yí)同在測量背景物體,從而降低了讀數的性。
4.紅外測溫儀正確選擇
選擇紅外測溫儀可(kě)分為3個方麵:
(1)性能指標方麵,如溫度(dù)範圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、窗口、顯示和輸出、響應時間、保護(hù)附件等;
(2)環境和(hé)工作(zuò)條(tiáo)件方麵,如環境溫度、窗口、顯示和輸出、保護附件(jiàn)等;
(3)其他選擇方麵,如使用方便、維修和校準性能以及價格等,也對測溫儀的選擇產生一定的影響。
隨著(zhe)技術和不(bú)斷發展,紅外測溫儀(yí)*設計和新進展為用戶提供了各種功能和多用(yòng)途的儀器,擴大了選擇餘地。其他選擇方麵,如(rú)使(shǐ)用方便、維修和校準性能以及價格等(děng)。在選擇測(cè)溫儀型號時(shí)應首先確定測量要求,如被測目標溫度(dù),被測(cè)目標大小,測量距離,被測目標材料,目標所處環境,響應速度,測量精度,用便攜式還是在線式等等;在現有各種型號的測溫(wēn)儀對比中,選(xuǎn)出能夠(gòu)滿足上述要求的儀器型號;在諸多能夠滿足上述要求的型號中選擇出在性能、功能和價格方麵的*搭配。
4.1確定測溫範圍
確定(dìng)測(cè)溫範圍:測溫範圍是測溫儀zui重要的一個性能指標。如Raytek(雷泰)產品覆蓋範圍為-50℃- +3000℃,但這(zhè)不能由一(yī)種型號的紅外測(cè)溫儀來完成。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫範圍。因(yīn)此,用戶的被測(cè)溫度範圍一定要考慮準確、周全,既不要過窄(zhǎi),也不要過寬(kuān)。根據黑體(tǐ)輻射定律,在光譜的短波段由(yóu)溫度引起的輻射能量的變化將超過由發射率誤差所引起的輻射能量的變(biàn)化,因此,測溫時應盡量選用短波較好。一般來說,測溫範(fàn)圍越窄(zhǎi),監控溫度的輸出(chū)信(xìn)號分辨(biàn)率越高,精度可靠性容(róng)易解決。測溫範圍過寬,會降低測溫精度。例如(rú),如果被測目標溫度為1000攝氏度,首先確(què)定在線(xiàn)式還是便攜式,如果是便(biàn)攜式。滿足這一溫度的型號很多,如3iLR3,3i2M,3i1M。如果測量精(jīng)度是主要的,選用2M或1M型號的,因為(wéi)如果選用3iLR型,其測溫範圍很寬,則高溫測量性能便差一些;如果用戶(hù)除測量1000攝氏度的目標外,還要照(zhào)顧低溫目標,那隻好(hǎo)選擇(zé)3iLR3。
4.2確(què)定(dìng)目標尺寸
紅外測溫(wēn)儀根據原理可(kě)分為單色測溫儀和雙色測溫儀(輻射比色測溫(wēn)儀)。對於單(dān)色測溫儀,在進行測(cè)溫時,被測目標麵積應充滿(mǎn)測溫儀視場(chǎng)。建(jiàn)議被測目標尺寸超過視場大(dà)小的(de)50%為好。如果(guǒ)目標尺寸小於視場,背景輻射能量就會進(jìn)入測溫儀的視聲符支幹擾測溫讀(dú)數,造成誤差。相反,如果目標大於測溫儀的視(shì)場,測溫(wēn)儀就不會受到測量區域外麵的背景影響(xiǎng)。對(duì)於比色(sè)測溫儀,其溫度是由兩個獨立的(de)波長帶內輻射能(néng)量的(de)比值來確(què)定的。因(yīn)此當被測目標很小,不充滿視場,測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋,對(duì)輻射能量有衰減(jiǎn)時(shí),都不對測(cè)量(liàng)結果產生重大影響。對於細小而又處於運動或震(zhèn)動之中的目標,比色(sè)測溫儀是*選(xuǎn)擇。這(zhè)是由於(yú)光線直徑小,有柔性,可以在彎(wān)曲、阻擋和折疊(dié)的通道上傳輸光輻射能量(liàng)。
對於(yú)Raytek(雷(léi)泰)雙色測溫儀(yí),其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的(de)。因此當被測(cè)目標很小,沒有充滿現場,測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋對輻射能量有衰減時(shí),都不會對測(cè)量結果產生影(yǐng)響。甚至在(zài)能量衰(shuāi)減了95%的情況下,仍能保證要求的測溫(wēn)精度。對於目標細小(xiǎo),又處於運動或振動之中的目標;有時在視場內運動,或可能(néng)部分移出視場的目標,在此條件下,使用雙色測溫(wēn)儀是*選擇。如果測溫儀和目標之間不可能直接瞄準,測量通道彎曲(qǔ)、狹小、受阻等情況下,雙色(sè)光纖測溫儀是*選擇。這是由於其直徑小,有柔性,可以(yǐ)在彎曲、阻(zǔ)擋和折疊的通道上傳(chuán)輸光輻射能量(liàng),因此(cǐ)可(kě)以測量難以接(jiē)近(jìn)、條件(jiàn)惡劣或靠近電磁場的目標。
4.3確定距離係數(光學分辨率)
距(jù)離係(xì)數由D:S之比確定,即測溫儀探頭到目標之間的(de)距離D與被測目標直徑之比。如果測溫儀由於環境條件限製必須安裝在遠離目標之處,而又要測量小的目標,就應選擇高光學分辨(biàn)率(lǜ)的測溫儀(yí)。光(guāng)學分辨率越(yuè)高,即增大D:S比值,測溫儀的成本也越高(gāo)。Raytek紅外測(cè)溫儀D:S的範圍從2:1(低距離係數)到高於300:1(高距離係數)。如果測溫儀遠離目標,而目標又小,就應選(xuǎn)擇高距離係數的測溫儀。對於固定焦距的測溫儀,在光學係統焦點處為光斑zui小位置,近於和遠(yuǎn)於(yú)焦點位置光斑都會增大。存在兩個距離係數。因此,為了能在接近和遠離焦點的距離上準確測溫,被(bèi)測目標尺寸應大於焦點處光(guāng)斑尺寸,變焦測溫(wēn)儀有一個zui小焦點位置,可根據到目標的距離進(jìn)行調(diào)節(jiē)。增大D:S,接收(shōu)的(de)能(néng)量就減少,如不增大接收口(kǒu)徑,距(jù)離係數D:S很難做大,這就要(yào)增加儀器成本。
4.4確定波長範圍
目標材料的發射率和表麵特性決定測溫儀的光譜相應(yīng)波長對於高反射率合金材(cái)料,有低的或變化的發射率。在高(gāo)溫區,測量金屬(shǔ)材料的(de)*波長是近紅外,可選用0.8~1.0μm。其他溫區可(kě)選用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由(yóu)於有些材(cái)料在一定波長上是透明的,紅外能量會穿透這些(xiē)材料,對這種材料應選擇特殊的波長。如測量玻璃(lí)內部溫度選用1.0μm,2.2μm和3.9μm(被測玻璃(lí)要很厚,否則(zé)會(huì)透過)波長;測玻璃(lí)表麵溫度選用5.0μm;測低溫區選用8~14μm為(wéi)宜。如測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm,聚酯類選用4.3μm或7.9μm,厚度超(chāo)過0.4mm的選用8-14μm。如測火焰中的CO用窄帶4.64μm,測火焰中的NO2用4.47μm。
4.5確(què)定響應時間
響應時間表示紅外測溫(wēn)儀對被測溫度變化的反應速度,定(dìng)義為到達zui後讀數的95%能量所需(xū)要時間,它與光電探測器、信號處理電路及顯(xiǎn)示(shì)係統的時間常數有關。Raytek(雷泰)新型紅外(wài)測溫儀響應(yīng)時間可(kě)達1ms。這要(yào)比接觸式測溫方法(fǎ)快得多。如果目(mù)標的運動速度(dù)很快(kuài)或(huò)測量快(kuài)速加熱的目標時,要選用快速響(xiǎng)應(yīng)紅外測溫儀,否則達不到足夠的信號響應,會降低測量精度。然(rán)而,並不是所有應用都要求快(kuài)速響應的紅外測溫儀(yí)。對於靜(jìng)止的或目標熱過程存在熱慣性時,測溫儀的響應時間就可以放寬(kuān)要求了。因此,紅外測溫儀響應(yīng)時間的選擇要和被測目標的情況(kuàng)相適應。確定響應時間,主要根據目標的運動速度和目(mù)標的溫度變化速度。對於靜止的目標或目標參在熱慣(guàn)性,或現有控製設備的速度受到限(xiàn)製,測溫儀的響應時間就(jiù)可以放(fàng)寬要求了。
4.6信號(hào)處理功能
鑒於離散過程(如零件生產)和連續過程不同,所以要求紅外測(cè)溫儀(yí)具(jù)有多信號處理功能(如峰值保持、穀值保持、平均值)可(kě)供選用,如(rú)測溫傳送帶上的瓶子時,就(jiù)要用峰(fēng)值保持,其溫度的(de)輸出信號傳送至控製器(qì)內。否則測溫儀讀出瓶子之間的較(jiào)低的溫(wēn)度值。若用峰值保持,設置測溫儀響應時間稍長於瓶子之間的時間(jiān)間隔,這樣至少(shǎo)有一個瓶子總是處於測量之中。
4.7環境條件考慮
測溫儀所處的環境條(tiáo)件對測量結果有很(hěn)大影響,應予考慮並適當解決,否則會影響測溫精度甚至引起損壞。當環境溫度高,存在灰塵、煙霧和(hé)蒸汽的條件下,可選用廠商提供的(de)保護套、水(shuǐ)冷卻、空氣冷(lěng)卻係統、空氣吹掃器等附件。這(zhè)些附(fù)件(jiàn)可有效地解決環境影響並保護測溫儀,實現準確測溫。在確定附件時,應(yīng)盡可能要求標準化服務,以降低安裝成本。當(dāng)在噪聲、電磁場(chǎng)、震動或難以接近環境條件下,或其他惡(è)劣條件下,煙霧、灰塵或其他顆粒降低測量能(néng)量信信號(hào)時,光纖雙色測溫儀是*選擇。比(bǐ)色測溫儀是*選擇。在噪聲、電磁場(chǎng)、震動和難(nán)以接近的環境條件下,或其他惡劣條(tiáo)件時,宜選擇光線比色測溫儀(yí)。
在密封(fēng)的或危險的材料應用中(如容器或真空箱(xiāng)),測溫儀通過窗口進行觀(guān)測。材料必須(xū)有足夠的(de)強度並能通過所用測溫儀的工作波(bō)長範圍。還要確定操作工是否也需要通過窗口進行(háng)觀察,因此要選擇合適的安裝位置和窗口材(cái)料,避(bì)免(miǎn)相互影響。在低溫測量應(yīng)用中,通常用Ge或Si材料(liào)作為窗(chuāng)口,不透可見光,人眼不能通過窗口觀察目(mù)標。如操作員需要通(tōng)過窗口目標,應采用既透紅外輻射又透過可見光(guāng)的光學材料,如應采用(yòng)既透紅外輻射又透過可見光的光學材料,如ZnSe或BaF2等作為窗口材料。
當測溫儀工作環(huán)境中存在易燃氣體時(shí),可選用本(běn)征安(ān)全型紅外測溫儀,從(cóng)而在一定濃度(dù)的(de)易燃氣(qì)體環境中進行安全測量和監視。
在環境條件惡劣(liè)複雜的情(qíng)況下,可以選(xuǎn)擇測溫頭和顯示器分開的係統,以(yǐ)便於安裝和配置。可選擇與現行控製設備相匹配的信號輸(shū)出形(xíng)式。
4.8紅外輻射測溫儀的標定(dìng)
紅外測溫儀必須經過標定才能使它正(zhèng)確地顯(xiǎn)示出(chū)被測目標的溫度。如果所用(yòng)的測溫儀在使用中出現測溫超差,則需退回廠家或維修中(zhōng)心重新標定。