紅外熱像儀與紅外測溫儀——非接觸式溫度測量參數(shù)解析

溫度是物質(zhì)中振動的原子和分子具有的動能的一種表現(xiàn)形式，動能可以通過各種間接現(xiàn)象來衡量，例如體積或壓力的變化、電阻、電磁力、電子表面電荷或者電磁輻射的發(fā)射。對于小尺寸、不斷運動或者無法接近的 物體、對于要求快速響應(yīng)的動態(tài)過程，以及對于溫度小于1000°C的應(yīng) 用，非接觸式溫度測量是首選技術(shù)。要為具體應(yīng)用選擇最適合的非接觸式溫度測量設(shè)備——如紅外熱像儀、紅外測溫儀，重要的是要了解溫度測量技術(shù)的基礎(chǔ)知識、溫度測量參數(shù)。

非接觸式溫度測量概念解析

紅外線輻射

紅外線是電磁波光譜中人眼可見光（藍色到紅色0.4 ~.75 μm）以外的一部分光譜，紅外線波長為0.75μm ~ 1000 μm，微波波長（雷達波）是該范圍的起始波長。由于紅外線輻射主要由熱量產(chǎn)生，因此稱它為熱輻射。對于輻射測溫法，只有部分紅外線光譜是重要的，該光譜通常劃分為多個“大氣窗區(qū)”，可提供穿透空氣中水汽的最大無損透射：0.7-1.3 μm、1.4-1.8 μm、2.0-2.5 μm、3.2-4.3 μm、4.8-5.3 μm、8-14 μm。

發(fā)射率

該特性確定的是與相同溫度的理想輻射體（黑體）發(fā)射的輻射量相比物體發(fā)射出的一部分輻射量。發(fā)射率部分程度上取決于材料類型及材料的表面 狀況，其變化范圍從接近零（反射性極強的鏡子）到幾乎達到1（黑體模擬器） 。發(fā)射率用來根據(jù)測量的亮度或光譜輻射強度計算物體的真實溫度。

由于物體的發(fā)射率也會隨波長變化，應(yīng)該為具體應(yīng)用選擇其光譜響應(yīng)與高發(fā)射區(qū)波段相符的輻射溫度計。發(fā)射率值在多種材料和光譜帶的資料中給出，或者也可以主要根據(jù)經(jīng)驗來確定發(fā)射率值。

用于低溫區(qū)測量選用8-14μm波長為宜

用于測量玻璃和/或穿透熱氣體(3.9 μm)，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

測量玻璃表面溫度選用5.0μm波長

用于測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長，聚酯類選用4.3μm或7.9μm波長，厚度超過0.4mm選用8-14μm波長

用于測量燃燒氣體（4.2、4.5、5.3 μm），測火焰中的CO2用窄帶4.24-4.3μm，CO用4.64μm，火焰中的NO2用4.47μm波長

輻射溫度計

這種非接觸式溫度計通過截取并測量物體發(fā)射的熱輻射來確定物體的表面溫度。

一、亮度/單色高溫計

這些設(shè)備測量并計算截取的熱輻射的強度或亮度。強度或更加廣泛地說光譜輻射在熱輻射光譜的 較窄波長帶內(nèi)測量。波長帶的選擇取決于溫度范圍以及待測量材料的類型。對于在紅外線區(qū)測量溫度比較敏感的儀器也叫做光譜輻射高溫計或者光譜輻射溫度計。Raytek雷泰Marathon MM系列高性能單色紅外測溫儀MMLTSSF3L：http://oznappies.com/MMLTSSF3L.html

二、比值/雙色高溫計

這種輻射溫度計以兩種（或多種）不連續(xù)的波長為基礎(chǔ)測量溫度，不同波長中亮度的比值對應(yīng)于可見光譜中的顏色。一直都在廣泛使用兩種明顯不同的可見顏色（通常為紅色和綠色）推斷色溫。比值測量法的優(yōu)勢在于溫度讀數(shù)在很大程度上與發(fā)射率波動和/或瞄準通道遮蔽物無關(guān)。這項技術(shù)通常用來測量白熾溫度（700°C，1300°F）以上的溫度，但也可以測量最低至200°C(400°F)的低溫。雷泰雙色測溫儀MR1SBSF：http://oznappies.com/MR1SBSF.html

紅外熱像儀與紅外測溫儀相關(guān)參數(shù)

測溫范圍

每種型號的熱像儀、測溫儀都有自己特定的測溫范圍，用戶的被測溫度范圍一定要考慮準確、周全，既不要過窄，也不要過寬。

目標尺寸

紅外熱像儀根據(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，在進行測溫時，被測目標面積應(yīng)充滿熱像儀視場。建議被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小于視場，背景輻射能量就會進入熱像儀的視聲符支干擾測溫讀數(shù)，造成誤差。相反，如果目標大于熱像儀的視場，熱像儀就不會受到測量區(qū)域外面的背景影響。

光學(xué)分辨率物距比D:S

光學(xué)分辨率由D與S之比確定，是熱像儀/紅外測溫儀到目標之間的距離D與測量光斑直徑S之比。若測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠離測量目標的地方，同時又要測量小目標，就應(yīng)選高光學(xué)分辨率的紅外線測溫儀。光學(xué)分辨率越高，即增大D：S比值，測溫儀的成本也越高。Fluke 566紅外測溫儀D:S=30:1、Fluke568紅外測溫儀D:S=50:1，雷泰Rayst60+測溫儀D:S=30:1、雷泰ST80+測溫儀D:S=50:1。

視場

視場(FOV)用立體角（度數(shù)）或弧度表示[如NEC R300SR熱像儀視場角：22°(H)×17°(V)、flir i7熱像儀視場角(FOV) 為25°×25°]，視場簡化了每個工作距離處最小目標尺寸的計算。一種方便的度量方式是距離目標比，例如20:1，表示在測量距離為20英寸處最小目標尺寸為1英寸。

發(fā)射率

物體的發(fā)射率隨波長變化，所以應(yīng)該為具體應(yīng)用選擇其光譜響應(yīng)與高發(fā)射區(qū)波段相符的輻射溫度計：
用于測量玻璃和/或穿透熱氣體(3.9 μm)
用于測量玻璃表面(5.0 μm)
用于測量燃燒氣體（4.2、4.5、5.3 μm）

響應(yīng)時間

響應(yīng)時間表示紅外熱像儀對被測溫物度變化的反應(yīng)速度，定義為到達最后讀數(shù)的95%能量所需要時間，其與光電探測器、信號處理電路及顯示系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān)。如被測物的運動速度很快或測量快速加熱的目標時，應(yīng)選用快速響應(yīng)紅外熱像儀，否則將無法達到足夠的信號響應(yīng)，這會導(dǎo)致測量的精度。

選擇在線式紅外測溫儀/熱像儀還是便攜式測溫儀

在線測溫儀儀器設(shè)備在線式紅外線測溫儀、在線紅外熱像儀通常用于不間斷的過程監(jiān)測和控制，有低溫和高溫型號，每種型號都有自己的工作規(guī)格。便攜式測溫儀更適合過程檢查、預(yù)防/預(yù)知保養(yǎng)、熱輻射測量、研發(fā)以及臨時溫度監(jiān)控。