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        技術專題

        紅外測溫儀正確選擇注意事項

        發布日期: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、響應時間、保護附件等;
          (2)環境和工作條件方面,如環境溫度、窗口、顯示和輸出、保護附件等;
          (3)其他選擇方面,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。

            在密封的或危險的材料應用中(如容器或真空箱),測溫儀通過窗口進行觀測。材料必須有足夠的強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。如操作員需要通過窗口目標,應采用既透紅外輻射又透過可見光的光學材料,如應采用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。
          當測溫儀工作環境中存在易燃氣體時,可選用本征安全型紅外測溫儀,從而在一定濃度的易燃氣體環境中進行安全測量和監視。
          在環境條件惡劣復雜的情況下,可以選擇測溫頭和顯示器分開的系統,以便于安裝和配置。可選擇與現行控制設備相匹配的
        信號輸出形式。
          隨著技術和不斷發展,紅外測溫儀更佳設計和新進展為用戶提供了各種功能和多用途的儀器,擴大了選擇余地。其他選擇方面,如使用方便、維修和校準性能以及價格等。在選擇測溫儀型號時應首先確定測量要求,如被測目標溫度,被測目標大小,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.確定目標尺寸
          紅外測溫儀根據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,被測目標面積應充滿測溫儀視場。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測溫儀的視聲符支干擾測溫讀數,造成誤差。相反,如果目標大于測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區域外面的背景影響。對于比色測溫儀,其溫度是由兩個獨立的波長帶內輻射能量的比值來確定的。因此當被測目標很小,不充滿視場,測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋,對輻射能量有衰減時,都不對測量結果產生重大影響。對于細小而又處于運動或震動之中的目標,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(光學分辨率)
           距離系數由D:S之比確定,即測溫儀探頭到目標之間的距離D與被測目標直徑之比。如果測溫儀由于環境條件限制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率的測溫儀。光學分辨率越高,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)到高于80:1(高距離系數)。如果測溫儀遠離目標,而目標又小,就應選擇高距離系數的測溫儀。對于固定焦距的測溫儀,在光學系統焦點處為光斑最小位置,近于和遠于焦點位置光斑都會增大。存在兩個距離系數。因此,為了能在接近和遠離焦點的距離上準確測溫,被測目標尺寸應大于焦點處光斑尺寸,變焦測溫儀有一個最小焦點位置,可根據到目標的距離進行調節。增大D:S,接收的能量就減少,如不增大接收口徑,距離系數D:S很難做大,這就要增加儀器成本。
        3.確定波長范圍
           目標材料的發射率和表面特性決定測溫儀的光譜相應波長對于高反射率合金材料,有低的或變化的發射率。在高溫區,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,對這種材料應選擇特殊的波長。如測量玻璃內部溫度選用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.確定響應時間
           響應時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應速度,定義為到達最后讀數的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的時間常數有關。時代新型紅外測溫儀響應時間可達200ms。這要比接觸式測溫方法快得多。如果目標的運動速度很快或測量快速加熱的目標時,要選用快速響應紅外測溫儀,否則達不到足夠的信號響應,會降低測量精度。然而,并不是所有應用都要求快速響應的紅外測溫儀。對于靜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要求了。
        因此,紅外測溫儀響應時間的選擇要和被測目標的情況相適應。確定響應時間,主要根據目標的運動速度和目標的溫度變化速度。
        對于靜止的目標或目標參在熱慣性,或現有控制設備的速度受到限制,測溫儀的響應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)和連續過程不同,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。否則測溫儀讀出瓶子之間的較低的溫度值。若用峰值保持,設置測溫儀響應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.環境條件考慮
           測溫儀所處的環境條件對測量結果有很大影響,應予考慮并適當解決,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、煙霧和蒸汽的條件下,可選用廠商提供的保護套、水冷卻、空氣冷卻系統、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環境影響并保護測溫儀,實現準確測溫。在確定附件時,應盡可能要求標準化服務,以降低安裝成本。當在噪聲、電磁場、震動或難以接近環境條件下,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。如時代TI210產品覆蓋范圍為-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確、周全,既不要過窄,也不要過寬。根據黑體輻射定律,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射
        率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,測溫時應盡量選用短波較好。一般來說,測溫范圍越窄,監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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