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一、红外辐射测温原理

红外测温是一种非接触式测温方法。 测温元件无需与被测介质接触，利用热辐射原理进行温度测量。 了解红外测温仪的工作原理、技术指标、环境工作条件、使用维护等是用户正确选择和使用红外测温仪的基础。 红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器、信号处理、显示输出等部分组成。 光学系统收集其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学部件和位置决定。 红外能量聚焦到光电探测器上，转换成相应的电信号，根据仪器内部算法和目标发射率，经放大器和信号处理电路校正后，转换成被测目标的温度值. 此外，还应考虑目标和温度计的环境条件，如温度、大气、污染和干扰等因素对性能指标的影响和校正方法。

当物体在绝对零以上时，由于其内部带电粒子的运动，它以不同波长的电磁波形式辐射能量。 波长涉及紫外、可见光和红外光区，但主要集中在（0.8～15）μm红外区。 物体红外辐射能量按波长的分布与其表面温度有非常密切的关系。 因此，通过测量物体自身辐射的红外能量，可以准确地确定其表面温度，这是红外测温的客观依据。

二、红外辐射测温仪使用中的基本问题

由于红外测温快速、便携、安全等优点，红外测温技术在各个领域的应用越来越普及。 但是，不正确的温度测量方法会给被测物体的实际温度带来较大的误差。 那么，在使用红外测温仪进行测温时，应注意以下问题。

(1) 发射率

根据黑体辐射定律，能吸收所用波长的辐射能量而无能量反射和透射的物体称为黑体，其表面发射率为1。自然界中实际存在的物体几乎没有黑体的条件。 只有知道材料的发射率，才能知道物体的红外辐射特性。 影响发射率的主要因素：材料的种类、表面粗糙度、物理化学结构和材料的厚度等。下表列出了部分材料的发射率，仅供参考。

通常非金属材料的发射率是固定的，如布料、沥青、陶瓷塑料等（ε=0.95）。 一般情况下，可选用固定发射率的红外测温仪测量非金属物体的表面温度。 测量金属表面温度时应使用发射率可调的红外线温度计。 如果用固定发射率（ε=0.95）的红外线测量某些金属的温度，会出现较大的偏差。 在实际测量中，应根据被测物质的发射率选择相应的红外测温仪。

(2)确定测温范围

温度测量范围是温度计最重要的性能指标。 例如，雷泰（Raytek）产品的覆盖范围为-50°C~+3000°C，但这是一种红外测温仪无法做到的。 每种类型的温度计都有其特定的温度范围。 因此，用户的测量温度范围必须考虑准确、全面，既不能太窄也不能太宽。 根据黑体辐射定律，光谱短波段温度引起的辐射能量变化会超过发射率误差引起的辐射能量变化。 因此，测温时尽量使用短波为好。 一般来说，测温范围越窄，温度监测输出信号的分辨率越高，精度和可靠性容易解决。

(3) 确定目标尺寸

红外测温仪按原理可分为单色测温仪和双色测温仪（辐射比色测温仪）。 对于单色温度计，测量温度时，被测目标的面积应充满温度计的视野。 建议测量的目标尺寸超过视场的 50%。 如果目标尺寸小于视场，背景辐射能量会进入温度计的视觉和听觉符号，干扰温度测量读数，造成误差。 相反，如果目标大于测温仪的视野，则测温仪不会受到测量区域外背景的影响。 对于比色温度计，温度由两个独立波段的辐射能量之比确定。 因此，当被测目标较小，未充满视场，且测量路径上存在烟雾、灰尘、障碍物等衰减辐射能量时，不会对测量结果产生明显影响. 对于小型移动或振动目标，比色温度计是最佳选择。 这是由于光线的小直径及其在弯曲、阻塞和折叠通道上传输光辐射能的灵活性。

(4) 确定距离因子（光学分辨率）

距离系数由D:S之比决定，即测温仪探头到目标的距离D与被测目标直径之比。 如果温度计因环境条件必须安装在远离目标的位置，且必须测量较小的目标，则应选择光学分辨率高的温度计。 光学分辨率越高，即增加 D:S 比，高温计就越昂贵。 Raytek 红外测温仪 D:S 的范围从 2:1（低距离系数）到超过 300:1（高距离系数）。 如果测温仪距离目标较远，且目标较小，应选择距离系数大的测温仪。 对于固定焦距的高温计，光学系统的焦点是最小光斑位置，光斑离焦点近和远都会增加，有两个距离系数。 因此，为了准确地测量靠近和远离焦点的距离的温度，被测目标的尺寸应大于焦点处的光斑尺寸。 变焦测温仪有一个最小焦点位置，可以根据到目标的距离进行调整。 如果 D:S 增加，接收到的能量将减少。 如果不增大接收孔径，距离系数D:S就很难增大，会增加仪器的成本。

(5)确定波长范围

目标材料的发射率和表面特性决定了高温计的光谱响应波长。 对于高反射率合金材料，存在低或变化的发射率。 在高温区，测量金属材料的最佳波长为近红外红外辐射温度计，可选择（0.9-2.5）μm。 其他温区可选择1.6μm、2.2μm、3.9μm。 低温测量一般选用波长为（8～14）μm的红外测温仪。 并非所有使用的红外波长都适合测量温度。 可穿过大气层的红外辐射主要有3个波长范围：（0.9~2.5）μm、（3~5）μm、（8~14）μm。 通常这三个波长所在的范围称为红外测温仪的大气窗口。

通常，（8~14）μm红外测温仪所能达到的最佳温度上限为900℃红外辐射温度计，最高可达1200℃。 如果用于测量更高的温度，精度和稳定性只会降低。

(6) 响应时间

响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，定义为达到最终读数能量的95%所需的时间，与光电探测器、信号处理电路的时间常数有关和显示系统。 Raytek新型红外测温仪的响应时间可达1ms。 这比接触式温度测量方法快得多。 如果目标的移动速度很快或测量快速发热的目标时，应选择快速响应的红外测温仪，否则将无法获得足够的信号响应，从而降低测量精度。 然而，并非所有应用都需要快速响应的红外测温仪。 对于存在热惯性的静态或目标热过程，可以放宽高温计的响应时间。 因此，红外测温仪响应时间的选择应与被测目标的情况相适应。 确定响应时间主要是根据目标的移动速度和目标的温度变化速度。 对于静态目标或处于热惯性的目标参数，或现有控制设备的速度有限，温度计的响应时间可放宽要求。

(7) 环境条件

温度计的环境条件对测量结果影响很大，应予以考虑并妥善解决，否则会影响测温精度，甚至造成损坏。 当环境温度较高，存在粉尘、烟雾和蒸汽时，可选用厂家提供的防护罩、水冷、风冷系统、风机等附件。 这些附件可以有效解决环境影响并保护温度计以进行准确的温度测量。

(8) 红外测温仪的校准

红外测温仪必须经过有资质的计量检测部门的检测，才能更准确地测量温度。 对于测量精度要求高的用户，这是必不可少的步骤之一。

红外测温技术在产品质量控制与监测、设备在线故障诊断与安全保护、节能减排等方面发挥着重要作用。 近20年来，非接触式红外测温仪技术发展迅速，性能不断提高，功能不断增强，品种不断增加，应用范围也不断扩大。 只有掌握了正确的测量方法，才能发挥最大的作用。