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技術(shù)專題

紅外測溫儀正確選擇注意事項

發(fā)布日期:2014-07-08 點擊:1809

紅外測溫儀正確選擇注意事項 
      選擇
紅外測溫儀可分為3個方面:
  (1)性能指標(biāo)方面,如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、窗口、顯示和輸出、響應(yīng)時間、保護(hù)附件等;
  (2)環(huán)境和工作條件方面,如環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等;
 ?。?)其他選擇方面,如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價格等,也對測溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。

    在密封的或危險的材料應(yīng)用中(如容器或真空箱),測溫儀通過窗口進(jìn)行觀測。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過所用測溫儀的工作波長范圍。還要確定操作工是否也需要通過窗口進(jìn)行觀察,因此要選擇合適的安裝位置和窗口材料,避免相互影響。在低溫測量應(yīng)用中,通常用Ge或Si材料作為窗口,不透可見光,人眼不能通過窗口觀察目標(biāo)。如操作員需要通過窗口目標(biāo),應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料,如應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料,如ZnSe或BaF2等作為窗口材料。
  當(dāng)測溫儀工作環(huán)境中存在易燃?xì)怏w時,可選用本征安全型紅外測溫儀,從而在一定濃度的易燃?xì)怏w環(huán)境中進(jìn)行安全測量和監(jiān)視。
  在環(huán)境條件惡劣復(fù)雜的情況下,可以選擇測溫頭和顯示器分開的系統(tǒng),以便于安裝和配置??蛇x擇與現(xiàn)行控制設(shè)備相匹配的
信號輸出形式。
  隨著技術(shù)和不斷發(fā)展,紅外測溫儀更佳設(shè)計和新進(jìn)展為用戶提供了各種功能和多用途的儀器,擴(kuò)大了選擇余地。其他選擇方面,如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價格等。在選擇測溫儀型號時應(yīng)首先確定測量要求,如被測目標(biāo)溫度,被測目標(biāo)大小,測量距離,被測目標(biāo)材料,目標(biāo)所處環(huán)境,響應(yīng)速度,測量精度,用便攜式還是在線式等等;在現(xiàn)有各種型號
的測溫儀對比中,選出能夠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、功能和價格方面的更佳搭配。
1.確定目標(biāo)尺寸
  紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀(輻射比色測溫儀)。對于單色測溫儀,在進(jìn)行測溫時,被測目標(biāo)面積應(yīng)充滿測溫儀視場。建議被測目標(biāo)尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場,背景輻射能量就會進(jìn)入測溫儀的視聲符支干擾測溫讀數(shù),造成誤差。相反,如果目標(biāo)大于測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區(qū)域外面的背景影響。對于比色測溫儀,其溫度是由兩個獨立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。因此當(dāng)被測目標(biāo)很小,不充滿視場,測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋,對輻射能量有衰減時,都不對測量結(jié)果產(chǎn)生重大影響。對于細(xì)小而又處于運動或震動之中的目標(biāo),比色測溫儀是更佳選擇。這是由于光線直徑小,有柔性,可以在彎曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量。

2.確定距離系數(shù)(光學(xué)分辨率)
   距離系數(shù)由D:S之比確定,即測溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離D與被測目標(biāo)直徑之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處,而又要測量小的目標(biāo),就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測溫儀。光學(xué)分辨率越高,即增大D:S比值,測溫儀的成本也越高。時代紅外測溫儀D:S的范圍從8:1(低距離系數(shù))到高于80:1(高距離系數(shù))。如果測溫儀遠(yuǎn)離目標(biāo),而目標(biāo)又小,就應(yīng)選擇高距離系數(shù)的測溫儀。對于固定焦距的測溫儀,在光學(xué)系統(tǒng)焦點處為光斑最小位置,近于和遠(yuǎn)于焦點位置光斑都會增大。存在兩個距離系數(shù)。因此,為了能在接近和遠(yuǎn)離焦點的距離上準(zhǔn)確測溫,被測目標(biāo)尺寸應(yīng)大于焦點處光斑尺寸,變焦測溫儀有一個最小焦點位置,可根據(jù)到目標(biāo)的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。增大D:S,接收的能量就減少,如不增大接收口徑,距離系數(shù)D:S很難做大,這就要增加儀器成本。
3.確定波長范圍
   目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜相應(yīng)波長對于高反射率合金材料,有低的或變化的發(fā)射率。在高溫區(qū),測量金屬材料的更佳波長是近紅外,可選用0.8~1.0μm。其他溫區(qū)可選用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由于有些材料在一定波長上是透明的,紅外能量會穿透這些材料,對這種材料應(yīng)選擇特殊的波長。如測量玻璃內(nèi)部溫度選用1.0μm,2.2μm和3.9μm(被測玻璃要很厚,否則會透過)波長;測玻璃表面溫度選用5.0μm;測低溫區(qū)選用8~14μm為宜。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.確定響應(yīng)時間
   響應(yīng)時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應(yīng)速度,定義為到達(dá)最后讀數(shù)的95%能量所需要時間,它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān)。時代新型紅外測溫儀響應(yīng)時間可達(dá)200ms。這要比接觸式測溫方法快得多。如果目標(biāo)的運動速度很快或測量快速加熱的目標(biāo)時,要選用快速響應(yīng)紅外測溫儀,否則達(dá)不到足夠的信號響應(yīng),會降低測量精度。然而,并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外測溫儀。對于靜止的或目標(biāo)熱過程存在熱慣性時,測溫儀的響應(yīng)時間就可以放寬要求了。
因此,紅外測溫儀響應(yīng)時間的選擇要和被測目標(biāo)的情況相適應(yīng)。確定響應(yīng)時間,主要根據(jù)目標(biāo)的運動速度和目標(biāo)的溫度變化速度。
對于靜止的目標(biāo)或目標(biāo)參在熱慣性,或現(xiàn)有控制設(shè)備的速度受到限制,測溫儀的響應(yīng)時間就可以放寬要求了。
5.信號處理功能
   鑒于離散過程(如零件生產(chǎn))和連續(xù)過程不同,所以要求紅外測溫儀具有多信號處理功能(如峰值保持、谷值保持、平均值)可供選用,如測溫傳送帶上的瓶子時,就要用峰值保持,其溫度的輸出信號傳送至控制器內(nèi)。否則測溫儀讀出瓶子之間的較低的溫度值。若用峰值保持,設(shè)置測溫儀響應(yīng)時間稍長于瓶子之間的時間間隔,這樣至少有一個瓶子總是處于測量之中。
6.環(huán)境條件考慮
   測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結(jié)果有很大影響,應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決,否則會影響測溫精度甚至引起損壞。當(dāng)環(huán)境溫度高,存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下,可選用廠商提供的保護(hù)套、水冷卻、空氣冷卻系統(tǒng)、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環(huán)境影響并保護(hù)測溫儀,實現(xiàn)準(zhǔn)確測溫。在確定附件時,應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù),以降低安裝成本。當(dāng)在噪聲、電磁場、震動或難以接近環(huán)境條件下,或其他惡劣條件下,煙霧、灰塵或其他顆粒降低測量能量信信號時,光纖雙色測溫儀是更佳選擇。比色測溫儀是更佳選擇。在噪聲、電磁場、震動和難以接近的環(huán)境條件下,或其他惡劣條件時,宜選擇光線比色測溫儀。

7.確定測溫范圍
   確定測溫范圍:測溫范圍是測溫儀重要的一個性能指標(biāo)。如時代TI210產(chǎn)品覆蓋范圍為-20℃- +1200℃,但這不能由一種型號的紅外測溫儀來完成。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。因此,用戶的被測溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全,既不要過窄,也不要過寬。根據(jù)黑體輻射定律,在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過由發(fā)射
率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,測溫時應(yīng)盡量選用短波較好。一般來說,測溫范圍越窄,監(jiān)控溫度的輸出信號分辨率越高,精度可靠性容易解決。測溫范圍過寬,會降低測溫精度。例如,如果被測目標(biāo)溫度為1000攝氏度,首先確定在線式還是便攜式,如果是便攜式。滿足這一溫度的型號很多,如TI130、TI120、TI200等。如果測量精度是主要的,更好選用TI200型號。

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