红外温度计的原理及应用

红外温度计的原理及其应用

点击次数:509次发布日期:2015/2/8

红外温度计的工作原理及应用

摘要:红外测温的物理基础是黑体辐射定律。其特点是非接触测温，测量结果快速准确。

同时，也存在一些需要注意的问题。目前，它已经在许多领域得到了应用。关键词:红外；辐射；温度计

1.概观

1800年，英国物理学家赫胥黎从热的角度研究各种颜色的光时，发现了红外线。当时他称之为“不可见光”。此后，人们花了100多年的时间来理解红外辐射的电磁性质，建立了热辐射的基本规律，为红外技术的应用奠定了理论基础。随着光学技术、半导体技术、电子技术的不断发展，红外技术越来越完善。其中，红外测温技术也形成了完整的理论，并已成功应用于医学、工农业、矿业等领域。

2.红外测温的理论基础

(1)红外辐射(红外线、红外线)

红外是电磁波谱中波长在0.76微米至1000微米范围内的电磁辐射，位于红外光和无线电波之间。它与可见光的反射、折射、干涉、衍射和偏振具有相同的特性。同时具有粒子性质。它对人眼不敏感，只能被对红外敏感的探测器接收。红外辐射的本质是热辐射。热辐射包括紫外光和可见光辐射，但红外辐射的热效应zui在0.76μm~40μm范围内较大。

自然界中所有温度高于零度的生物和无生命的物体一直在不断辐射红外线。辐射量主要由物体的温度和材料本身的性质决定。特殊热辐射的强度和光谱组成取决于辐射器的温度。

(2)黑体辐射定律

黑体红外辐射的基本规律揭示了黑体发出的红外辐射与温度和波长之间的定量关系。黑体是一个理想的物体。不管黑体的具体成分和形状如何，它们都在相同的温度下发射相同的电磁波谱。斯特凡和玻尔兹曼通过实验和计算得到黑体辐射定律:

40)(TTMs=

式中::(0tm)-当温度为t时，每单位时间黑体单位面积辐射的总辐射能称为总辐射率；S1-斯特凡玻尔兹曼常数；t1-物体温度。

以上公式是黑体的热辐射定律。实际物体(非黑体)的辐射定律通常很复杂，需要借助黑体辐射定律进行研究。

当被测物体的温度为T时，总辐射率M等于温度为FT时黑体的总辐射率Mo，即:

44

0，TTMMF

ess==

简化

4

1

e

FTT=

其中，E是发射率，不同物体的发射率是不同的。特定材料的电子值可以通过查阅表格或实验获得。t是待测物体的辐射温度。因此，如果要测量的物体的温度和温度是已知的，就可以计算出物体的实际温度。

3.红外温度测量系统

红外测温系统由光学系统、光电探测器、信号放大器、信号处理、显示输出等部分组成。其工作流程如下图所示。被测物体辐射的红外线首先进入温度计的光学系统，光学系统的任务是收集人们发出的红外线，使能量更加集中；收集的红外线输入光电探测器，探测器的关键部件是红外传感器，其任务是将光信号转换成电信号；光电探测器输出的电信号通过电子线发送到信号放大器进行处理，以将电信号降低到温度值。醉后，显示屏给出被测物体的温度。

红外测温方法可分为两种:全场分析和逐点分析。全场分析的方法是利用红外成像镜头在传感器阵列上成像物体的温度分布图像，从而获得物体空间温度场的全场分布。全场分布检测系统被称为热像仪。逐点分析将物体局部区域的热辐射聚焦在单个探测器上，并通过了解物体的发射率将辐射功率转换成温度。逐点分析系统通常被称为红外温度计。

由于被测对象、测量范围和应用场合不同，红外温度计的外观设计和内部结构也不同，但基本结构大体相似，主要包括红外光学系统、红外探测器、电信号处理系统等部分。如图2所示，其中光学系统聚焦目标物体的辐射能。

红外温度计的发展方向是实现小型化和小型化。近年来，由衍射光学聚焦镜、薄膜红外探测器和谐振压电调制器组成的红外测温系统只有大功率晶体管那么大，实现了小型化的目标。在今年猪流感爆发期间，手持红外温度计被用来测量体温。没有。

被测物体的光学系统

光电探测器

信号放大器

信号处理器

显示输出

与人体接触不会造成任何伤害，并且起着重要作用。

4.红外温度计的优点

由于红外温度测量使用被测物体的红外辐射来确定其温度，这种温度测量方法具有其他温度测量方法无法比拟的优势。主要有:

(1)红外温度测量是非接触测量。因此，它可用于高温或低温、高压和高速运输的地区。

旋转机械测温，测量器不需要靠近这些危险环境。

(2)红外测温反应速度快。因为它不像往常一样在温度计中等待温度测量物质和被测量物质温度计

物体达到热平衡，但只需要接收被测物体的红外线。反应时间通常在毫秒到微秒的数量级。

(3)红外测温灵敏度高。根据40)(

TTMs=，一个物体的辐射能与温度的4次方成正比，所以只要温度稍有变化，辐射能就会明显变化。

(4)高红外温度测量。由于是非接触测量，测量过程不会改变被测物体的温度，因此测量结果真实可靠。

(5)红外测温范围大。红外测温原理决定了其测温范围大于正常值温度计。现在实用了

红外温度计通常分为三种类型:高、中和低。温度测量范围为700℃以上、100℃ ~ 700℃以下。

5.

红外温度计的缺点及注意事项

(1)缺点:

(1)易受环境因素(环境温度、空气中的灰尘等)影响。)。(2)对光亮或抛光金属表面的测温读数有很大影响。

(3)它只限于测量物体外部的温度，这对于测量物体内部的温度和存在障碍物时是不方便的。(2)使用注意事项:

(1)必须准确确定被测物体的发射率。(2)避免高温物体对周围环境的影响。

(3)对于透明材料，环境温度应低于被测物体的温度。

(4)温度计应与被测物体表面垂直对齐，在任何情况下，角度不应超过30℃。(5)不能应用于光或抛光的金属表面温度测量，温度测量不能通过玻璃进行。

⑥如果红外温度计突然处于20℃或更高的环境温差下，测量数据将会不准确，温度平衡后将会取测量温度值。

因为普通的红外温度计只限于测量物体外部的温度，所以在存在障碍物的情况下测量物体内部的温度是不方便的，所以可以在其检测头上增加一段光纤，并且可以在其前端安装具有小视角的透镜，从而被测物体的辐射能通过透镜到达光纤内部。它通过光纤内部的多次反射传输到检测器。因为光纤可以自由弯曲，使辐射能自由转动，这就解决了测量物体内部温度的问题，并且可以测量角落和其他被障碍物阻挡的地方的温度。

6.红外测温系统的应用

近年来，红外测温技术从一维测量发展到二维测量，并已应用于医疗、工业等领域。(1)医学领域。当人体生病时，全身或局部的热平衡被破坏，这反映在相应部位的皮肤温度上。红外热成像可用于白血病、雷诺病和肿瘤的早期诊断，尤其是浅表乳腺癌和皮肤癌的早期诊断。此外，使用红外温度计测量儿童和精神病人的体温可以省去很多麻烦。

(2)工业领域。红外测温可用于列车轴温检测。列车轴箱将因高温“烧轴”而发生事故。当红外线温度计安装在铁路两侧时，当汽车过时时，车轮的轴箱一个接一个地扫过探测器的视野，从而产生一系列脉冲输出。如果某轴箱温度允许限制，可以采取措施，检测精度在95%以上。另一个例子是，在高压输电线路的许多接头中，由于某些原因，一些接头由于加热而变成热接头。红外温度计可用于快速连续的非接触测量。此外，还可用于炉温检测、轧制钢板的温度分布测量等。

7.结束语

红外辐射的普遍性决定了红外测温应用的普遍性。目前，红外测温技术在世界范围内的应用方兴未艾。不同的需求将促使更多类型的红外温度计被生产出来。随着微型计算机和光纤的广泛应用，红外温度计的性能将逐步提高。

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