如何提高紅外測溫儀的測量準(zhǔn)確度
溫度是度量物體冷熱程度的一個物理量，是工業(yè)生產(chǎn)中很普遍、很重要的一個熱工參數(shù)，許多生產(chǎn)工藝過程要求對溫度進行監(jiān)視和控制。某些設(shè)備的運行狀態(tài)是否正常會在溫度方面有明顯的反映，從而根據(jù)溫度值的變化可以了解機電設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)及其故障。而溫度不能直接測量，必須借助物體的某些物理性質(zhì)來間接地測量。表1列出常用的測溫方法和特點，其中紅外測溫作為一種常用的測溫技術(shù)具有很明顯的優(yōu)勢。
1紅外測溫儀的特點紅外測溫是一種非接觸式測溫技術(shù)，它具有以下特點：(1)非接觸測量；(2)反應(yīng)時間快，十分之幾秒； (3)靈敏度高，0．1℃的溫度分辨率和毫米級的空間分辨率；(4)測溫范圍廣，零下幾十度到上千度。由于測量時無需接觸被測物體，因此可**地檢測難以接觸的物體的溫度，并且對被測物體無污染和損壞。便攜式紅J’I,N溫儀由于隨身攜帶方便，操作簡便，能用于多方面的目標(biāo)溫度檢測，被廣泛應(yīng)用于設(shè)備故障診斷、暖通、鐵路、石油、化工、冶金、玻璃、金屬加工等領(lǐng)域。本文從紅外測溫的基本原理出發(fā)，重點談?wù)勅绾翁岣呒t外測溫儀的準(zhǔn)確性。
2紅外測溫的基本原理紅外線是一種不可見光，它具有很強的熱效應(yīng)。自然界里任何物體，只要它的溫度高于**零度(一273~C)都能輻射紅外線。利用物體的紅外輻射來測量物質(zhì)溫度就是紅外測溫。紅外測溫遵循的基本原理和依據(jù)為斯蒂芬一彼爾茲曼定律。該定律給出了物質(zhì)溫度與輻射能量之間的關(guān)系式中：E一物體的輻射功率(W／m)； 仃一材料的比輻射率；s一斯蒂芬一彼爾茲曼常數(shù)(5．67 X 10 W／(m·K))；卜物體的**溫度(K)。由上式可知：根據(jù)物體發(fā)射的輻射功率(探測器測量出)和它的比輻射率(查表或?qū)嶒灥玫?，按照上面的公式就可求出它的溫度。3如何提高紅外測溫儀的準(zhǔn)確性
3．1確定測溫范圍測溫范圍是*重要的一個性能指標(biāo)。如Raytek(雷泰)產(chǎn)品覆蓋范圍為一5O℃一3000℃，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，用戶對待測溫度應(yīng)大致有一定了解，然后才能決定選擇使用什么型號的測溫儀。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。測溫儀測溫范圍越窄，監(jiān)控溫度的輸出信號分辨率越高，**度越高，測溫就更準(zhǔn)確。測溫范圍過寬，會降低測溫精度，誤差較大。常見材料發(fā)射率
常見物體發(fā)射率對照表
材料名稱
規(guī)格
發(fā)射率
鋁
氧化
0.20-0.40
人體皮膚
0.98
拋光
0.02-0.04
石墨
0.20-0.60
銅
0.40-0.80
塑膠
透明度
＞0.5mm
0.95
0.02-0.05
黃金
0.01-0.10
橡膠
鐵
0.60-0.09
0.85-0.95
鋼
0.70-0.90
混凝土
石棉
水泥
0.96
石膏
0.80-0.90
土壤
0.90-0.98
瀝青
灰泥
0.89-0.91
陶器
磚
0.93-0.96
木材
0.90-0.95
大理石
0.94
木炭
粉末
紡織品
各種
0.90
漆器
0.80-0.95
紙
顏色
無光澤
0.97
碳膠
沙子
肥皂泡
0.75-0.80
泥土
0.92-0.96
水
0.93
沙礫
餐具
雪
0.83-0.90
玻璃
0.85-0.92
冰
0.96-0.98
3．2確定被測物體的發(fā)射率發(fā)射率反應(yīng)了一個物體輻射紅外光線的能力。因此要根據(jù)設(shè)定的發(fā)射率來補償不同物體因發(fā)射率不同而導(dǎo)致的對測量溫度的影響。影響發(fā)射率的主要因數(shù)有：材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。圖1列出了常見材料的發(fā)射率，以方便使用查閱。工程上一些其它物體的發(fā)射率也能在有關(guān)文獻(xiàn)中查到。對于未知發(fā)射率的物體，可先用接觸式測溫儀測量物體表面，再用紅外測溫儀測量物體表面。同時調(diào)整發(fā)射率，使得測量到的溫度與接觸式測溫儀的溫度一致，此時的發(fā)射率即為測量物體的發(fā)射率。銀粉常作為設(shè)備外殼的防腐，似漆非漆，它由鋅粉配以調(diào)和劑配置而成，不同與一般油漆。它的發(fā)射率資料上很少介紹，可以用以下方法測出其發(fā)射率：在實驗室加溫，用熱電阻器件測出銀粉表面溫度，然后通過調(diào)整發(fā)射率，當(dāng)測溫儀溫度與熱電阻器件測出溫度相近時，該發(fā)射率即為待測發(fā)射率。實際上，很多單位還在使用無法調(diào)整發(fā)射率的便攜式測溫儀，測溫時，不能根據(jù)物體材料調(diào)整相應(yīng)發(fā)射率，誤差過大。
3．3了解光學(xué)分辨率(距離系數(shù))，注意測量距離光學(xué)分辨率由D與S之比確定，是測溫儀到目標(biāo)之間的距離D與測量靶點直徑S之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處使用，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。反之，則選擇低光學(xué)分辨率的紅外測溫儀。因為光學(xué)分辨率越高，即D：S比值越大，測溫儀的成本也越高。實際使用中，許多人忽略了測溫儀的光學(xué)分辨率。不管被測目標(biāo)點直徑s大小，打開激光束對準(zhǔn)測量目標(biāo)就測試。實際上他們忽略了該測溫儀的D：S值的要求，這樣測出的溫度誤差可能很大。比如，用測量距離與目標(biāo)直徑D：S=8：1的測溫儀，測量距離應(yīng)滿足圖2要求，也就是表2的要求。測量時應(yīng)盡量使測量目標(biāo)充滿測溫儀的整個視場，以確保測量結(jié)果的有效性和準(zhǔn)確性。圖2所示測溫儀的激光束與中心有1．2innl的距離，所以用激光束瞄準(zhǔn)較小目標(biāo)時應(yīng)考慮這個偏差。
3．4環(huán)境條件的影響紅外測溫儀的探測器是在環(huán)境溫度下工作的，它對紅外輻射能量的接收，會受到工作環(huán)境溫度的影響。每種測溫儀有自己的正常工作條件，因此在使用中，我們應(yīng)盡量使其達(dá)到工作要求。具D：S≈尉2體條件可參考有關(guān)說明書。被測目標(biāo)表面紅外輻射能量是經(jīng)大氣傳輸?shù)郊t外測溫儀里的，這就會受到大氣中的水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳等氣體分子的吸收而衰減和空氣中懸浮微粒的散射而衰減。輻射能量傳輸?shù)乃p隨距離的增大而增加，使得儀器顯示出來的溫度低于被測目標(biāo)點的實際溫度值，從而造成誤診斷。由此可見，檢測距離增大，大氣影響將會越來越大。如要獲得目標(biāo)溫度準(zhǔn)確性，必須采取如下對策：盡量選擇在環(huán)境大氣比較干燥、潔凈的時節(jié)進行檢測；在不影響**的條件下盡可能縮短檢測距離，還要對溫度測量結(jié)果進行合理的距離修正，以便測得實際溫度值。例如，對戶外電力設(shè)備進行檢測時，紅外測溫儀接收的紅外輻射除了包括受檢設(shè)備相應(yīng)部位自身發(fā)射的輻射以外，還會包括設(shè)備其他部位和背景的反射，以及直接射人太陽輻射。這些輻射都將對設(shè)備待測部位的溫度造成干擾，對故障檢測帶來誤差。因此盡可能選擇在陰天或者在傍晚日落無光照時問進行。影響測溫準(zhǔn)確性的環(huán)境因素比較多，大家使用時，可針對具體精度要求，采取相應(yīng)的措施。
3．5清潔鏡頭和測溫儀的標(biāo)定測溫儀使用一段時問后，鏡頭上會積留灰塵，這一點易被忽視?？捎们鍧嵡虼等ケ砻鎵m埃或使用潔凈的棉簽沾少許水清潔鏡頭表面。否則會造成測溫儀所示的溫度低于被測目標(biāo)的實際溫度。紅外測溫儀必須定期標(biāo)定，這樣才能使它正確地顯示出被測目標(biāo)的溫度。如果所用的測溫儀在使用中出現(xiàn)測溫超差，則需退回廠家或維修中心重新標(biāo)定。
4 結(jié)論紅外測溫技術(shù)是一種非常有效的在線監(jiān)測手段。它不但可以通過在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)缺陷，而且還能與其它試驗方法相結(jié)合，對故障進行定位，給檢修帶來很大方便。但是不完善的測量會造成測溫誤差過大，起不到監(jiān)測作用。目前紅外在線診斷技術(shù)還在經(jīng)驗發(fā)展階段。這就要求紅外監(jiān)測工作者通過各種設(shè)備內(nèi)部故障特性、圖譜的研究和實踐的積累，來不斷地積累經(jīng)驗，提高診斷準(zhǔn)確性。
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