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紅外光電探測器在測溫方面的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間： 2016-12-23　　點(diǎn)擊次數(shù)： 2439次

一、工作原理
一切溫度高于零度（-273℃）的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布——與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。　
　　物體發(fā)射率對輻射測溫的影響：自然界中存在的實(shí)際物體，幾乎都不是黑體。所有實(shí)際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度之外，還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實(shí)際物體，必須引入一個(gè)與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小于1的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。
影響發(fā)射率的主要因素在：材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。
當(dāng)用紅外輻射測溫儀測量目標(biāo)的溫度時(shí)首先要測量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測溫儀計(jì)算出被測目標(biāo)的溫度。單色測溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例；雙色測溫儀與兩個(gè)波段的輻射量之比成比例。
紅外測溫儀由以下四個(gè)部分組成，即光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理和顯示輸出。光學(xué)系統(tǒng)收集目標(biāo)的輻射能，并將它聚焦在探測器上（探測器置于光學(xué)系統(tǒng)的象平面上），視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路按照儀器內(nèi)部的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。


紅外測溫儀方塊圖
探測器類型的選擇與測溫儀的工作波段有關(guān)。選擇工作波段的原則是：在所選工作波段內(nèi)目標(biāo)輻射功率大、發(fā)射率較高、大氣吸收小、有合適的高靈敏度的探測器等。一般用于高溫測量（800℃以上）時(shí)，選擇波長短、光譜帶寬很窄的波段范圍，這就是亮度測溫儀，低于800℃的目標(biāo)，則選波長較長，光譜帶寬很寬的工作波段，通常稱寬波段的測溫儀為部分輻射測溫儀。亮度測溫儀可選擇光電探測器；部分輻射測溫儀和全輻射測溫儀可采用熱電探測器或光電探測器。
二、確定紅外測溫儀波長范圍
目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定紅外測溫儀的光譜相應(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zui*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(huì)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(huì)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。
玻璃行業(yè)：溫度段：150℃-1800℃；     波段：5um
薄膜塑料行業(yè)：溫度段：10℃-800℃；       波段：7.9um
其他行業(yè)：溫度段：600℃-3000℃；     波段：1um
          溫度段：200℃-1800℃       波段：1.6um

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