辐射温度计的基础知识
本节介绍辐射温度计的基本知识、选用方法和使用要点。
什么是辐射温度计?
数字红外温度传感器FT系列
当你把手掌靠近脸颊时，你的脸颊会感到温暖，因为脸颊的皮肤会感受到手掌发出的红外线。
所有的物体都发射红外线，物体的温度越高，它发射的红外线就越强。
辐射温度计使用这些红外线来测量温度。
什么是红外线?
红外线是人们通常用眼睛看到的可见光的一种，也被称为红外(IR)。
但是，由于波长比可见光长(频率比可见光低)，所以肉眼无法看到。
波长约为0.7 ~ 400 μm。
红外线是由英国天文学家赫歇尔爵士于1800年发现的。
辐射温度计的特点
使用辐射温度计有以下两个优点。
- 温度可在高速下测量。
- 温度可以用非接触方式测量。
辐射温度计适用于测量移动/旋转物体和接触传感器时表面温度发生变化的物体(热容量小的物体)的温度。
另一方面，它们也有一些缺点，如无法测量气体的温度或物体内部的温度。还需要根据目标物体设置辐射温度计的发射率。
辐射温度计的原理
物体辐射出的红外线被一个透镜收集到一个叫做“热堆”的传感元件中。
热堆是一种传感元件，它吸收物体发出的红外线，并被吸收后加热，根据温度产生电信号。
这些信号被放大，发射率被修正以显示温度。
- 一个
- 热电偶冷端
- B
- 热电偶热接点
- C
- 红外吸收膜(右上)
如上所示，辐射温度计配置有多个串联的热电偶。
热电偶的热接点集中在中心，冷接点集中在外围。
因为镜片收集的红外线只照射到热结，所以只有热结被加热。
塞贝克效应产生了热和冷节点之间的电压差，从而可以进行温度测量。
(辐射温度计有一个内置的热敏电阻来测量冷结的温度。)
发射率是多少?
物体发出的红外线的量是不同的，即使它们有相同的温度，这取决于它们的材料和表面条件。
当使用辐射温度计测量温度时，您需要根据目标物体修正辐射的比例。
这个比率叫做“发射率”。
“发射率”是一个常数，它取决于每个物体，一个完美的黑体的发射率为“1”，而一个完全反射或可穿透红外线(如空气)的物体，与黑体相反，其发射率为“0”。
这意味着所有物体的发射率都在0和1之间。
当光入射到物体表面时，能量被物体吸收，被物体表面反射，或穿透物体。
假设入射能量为“1”，建立如下公式:
1 =吸收率+反射率+渗透率
同样，根据基尔霍夫定律，吸收的能量等于从物体放射出的能量。因此，建立了以下公式。
吸收率=发射率
从上面的公式可以看出，物体对入射能量的吸收率越高(或反射率或渗透率越小)，其发射率就越高。
黑体是什么?
当谈到辐射率时，你需要理解什么是“黑体”。
“黑体”吸收所有入射到表面的光，不论波长如何，既不反射也不渗透。因此，黑体是辐射温度计的理想对象。
由于其反射率和渗透率均为“0”，因此其吸收率为“1”，因此其发射率也为“1”。
如何确定发射率
当辐射率已知时
如果一个物体的发射率被描述为一个物理常数在任何参考或其他材料，使用它的值。
通过考虑发射率被测量的条件(例如物体的表面状况)来确定发射率。
当发射率未知时
实际测量一个物体的温度，并使用辐射温度计上显示的值。
- 方法采用接触式温度计
使用两个接触式温度计(如辐射温度计和热电偶)测量物体的温度，并设置发射率，使显示在它们上的值相匹配。 - 黑体喷雾法(胶带法)
这种喷雾是用来获得物体的发射率的。
- 步骤1
- 在物体的部分喷涂黑体喷雾剂。
- 步骤2
- 使用设定在黑体发射率的辐射温度计，测量应用黑体喷雾的零件的温度。
- 步骤3
- 测量未喷涂黑体的零件的温度，并设置发射率，使其与步骤2中显示的值相对应。
- 步骤4
- 确定步骤3中设置的发射率作为该物体的发射率。
如何选择辐射温度计
根据使用方法进行选择
辐射温度计一般分为以下两类。
手持型
一种辐射温度计，其中探测器和转换器不是分离的，而是集成在一起的。由于它体积小巧，重量轻，你可以把它拿在手里测量温度。
数字红外温度传感器FT系列
安装类型
一种辐射温度计，其中探测器和转换器分开构造，并通过连接电缆电耦合。
当测量温度时，温度计是固定的。
你可以看到“表面温度”与非接触式测量!数字红外温度传感器FT系列
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选择基于对象大小和测量距离
辐射温度计有一个特定的测量范围(称为光斑直径)和测量距离。
为了准确测量温度，需要使用指定的光斑直径和测量距离。
上图显示了辐射温度计的光斑直径和测量距离之间的关系。
选择辐射温度计时，请确保光斑直径小于目标物体。
使用辐射温度计的要点
发射率设定
当发射率的设置与目标物体的发射率不同时，测量误差就会发生。
由于发射率与物体温度之间的关系不是线性的，所以在不同条件下测得的温度不能在以后修改或修正。
(发射率设置的1%差异并不一定会产生1%的温度差异。)
发射率设定误差与温度测量误差的关系(典型例子)
| 物体的温度 | 发射率设置误差(°C/°F) | ||
|---|---|---|---|
| 1％ | 5％ | 10％ | |
| 0°C(32°F) | 0.5°C(0.9°F) | 1.5°C(2.7°F) | 2.5°C(4.5°F) |
| 100°C(212°F) | 0.6°C(1.08°F) | 3.0°C(5.4°F) | 6.0°C(10.8°F) |
| 200°C(392°F) | 1.5°C(2.7°F) | 6.5°C(1.7°F) | 12.0°C(21.6°F) |
| 300°C(572°F) | 2.0°C(3.6°F) | 9.5°C(17.1°F) | 18.0°C(32.4°F) |
光斑直径与目标物体
为了稳定地测量物体的温度，请确保大约1.5倍的光斑直径适合物体内部。
在高温测量
当测量一个热的物体时，物体发出的红外线会加热辐射温度计，这不仅会妨碍温度的准确显示，而且在最坏的情况下可能会损坏温度计。在这种情况下，屏蔽不需要测量的红外线，如下图所示。
给仪器(记录器)接线
测量4至20毫安输出
使用配备4至20毫安输入的仪器进行测量的方法
满足“4 ~ 20ma输出的最大负载电阻> 4 ~ 20ma输入的负载电阻”的关系。
如果不满足这种关系，就会产生测量误差。
用分流电阻将电流转换为电压的一种测量方法
流过分流电阻的电流通过欧姆定律(E = I × R)转换为电压。
转换后的电压可以用具有电压输入范围的仪器测量。
满足“最大负载电阻4 ~ 20ma输出的分流电阻>电阻值”的关系。
如果不满足这种关系，就会产生测量误差。
一种信号转换器的使用方法
通过使用一个信号转换器，您可以测量4至20 mA的输出与一个具有电压输入范围的仪器。
是否有可能将4到20 mA的输出并联?
是的，这是可能的。
采用电压输入的测量方法
当4至20 mA的目标输出设备连接到另一个4至20 mA的输入设备时，可以直接使用具有电压范围的仪器进行测量。
测量通过负载电阻的另一个4到20 mA输入设备的电流转换成的电压。
方法采用配备4至20毫安输入的仪器
同时测量可以通过串联布线实现。
必须满足“4 ~ 20ma输出的最大负载电阻>两个4 ~ 20ma输入的总负载电阻”的关系。还要注意，由于负载电阻是串联的，每个输入端的−端子之间会出现电位差。即使有电位差，也要确保电路没有问题。
模拟电压输出测量
测量可以通过直接连接。
根据输出电压调节输入范围。
