紅外熱像儀與紅外測(cè)溫儀——非接觸式溫度測(cè)量參數(shù)解析

溫度是物質(zhì)中振動(dòng)的原子和分子具有的動(dòng)能的一種表現(xiàn)形式，動(dòng)能可以通過(guò)各種間接現(xiàn)象來(lái)衡量，例如體積或壓力的變化、電阻、電磁力、電子表面電荷或者電磁輻射的發(fā)射。對(duì)于小尺寸、不斷運(yùn)動(dòng)或者無(wú)法接近的 物體、對(duì)于要求快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，以及對(duì)于溫度小于1000°C的應(yīng) 用，非接觸式溫度測(cè)量是首選技術(shù)。要為具體應(yīng)用選擇最適合的非接觸式溫度測(cè)量設(shè)備——如紅外熱像儀、紅外測(cè)溫儀，重要的是要了解溫度測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、溫度測(cè)量參數(shù)。

非接觸式溫度測(cè)量概念解析

紅外線輻射

紅外線是電磁波光譜中人眼可見(jiàn)光（藍(lán)色到紅色0.4 ~.75 μm）以外的一部分光譜，紅外線波長(zhǎng)為0.75μm ~ 1000 μm，微波波長(zhǎng)（雷達(dá)波）是該范圍的起始波長(zhǎng)。由于紅外線輻射主要由熱量產(chǎn)生，因此稱它為熱輻射。對(duì)于輻射測(cè)溫法，只有部分紅外線光譜是重要的，該光譜通常劃分為多個(gè)“大氣窗區(qū)”，可提供穿透空氣中水汽的最大無(wú)損透射：0.7-1.3 μm、1.4-1.8 μm、2.0-2.5 μm、3.2-4.3 μm、4.8-5.3 μm、8-14 μm。

發(fā)射率

該特性確定的是與相同溫度的理想輻射體（黑體）發(fā)射的輻射量相比物體發(fā)射出的一部分輻射量。發(fā)射率部分程度上取決于材料類型及材料的表面 狀況，其變化范圍從接近零（反射性極強(qiáng)的鏡子）到幾乎達(dá)到1（黑體模擬器） 。發(fā)射率用來(lái)根據(jù)測(cè)量的亮度或光譜輻射強(qiáng)度計(jì)算物體的真實(shí)溫度。

由于物體的發(fā)射率也會(huì)隨波長(zhǎng)變化，應(yīng)該為具體應(yīng)用選擇其光譜響應(yīng)與高發(fā)射區(qū)波段相符的輻射溫度計(jì)。發(fā)射率值在多種材料和光譜帶的資料中給出，或者也可以主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定發(fā)射率值。

用于低溫區(qū)測(cè)量選用8-14μm波長(zhǎng)為宜

用于測(cè)量玻璃和/或穿透熱氣體(3.9 μm)，測(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選用1.0μm、2.2μm和3.9μm（被測(cè)玻璃要很厚，否則會(huì)透過(guò)）波長(zhǎng)

測(cè)量玻璃表面溫度選用5.0μm波長(zhǎng)

用于測(cè)量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長(zhǎng)，聚酯類選用4.3μm或7.9μm波長(zhǎng)，厚度超過(guò)0.4mm選用8-14μm波長(zhǎng)

用于測(cè)量燃燒氣體（4.2、4.5、5.3 μm），測(cè)火焰中的CO2用窄帶4.24-4.3μm，CO用4.64μm，火焰中的NO2用4.47μm波長(zhǎng)

輻射溫度計(jì)

這種非接觸式溫度計(jì)通過(guò)截取并測(cè)量物體發(fā)射的熱輻射來(lái)確定物體的表面溫度。

一、亮度/單色高溫計(jì)

這些設(shè)備測(cè)量并計(jì)算截取的熱輻射的強(qiáng)度或亮度。強(qiáng)度或更加廣泛地說(shuō)光譜輻射在熱輻射光譜的 較窄波長(zhǎng)帶內(nèi)測(cè)量。波長(zhǎng)帶的選擇取決于溫度范圍以及待測(cè)量材料的類型。對(duì)于在紅外線區(qū)測(cè)量溫度比較敏感的儀器也叫做光譜輻射高溫計(jì)或者光譜輻射溫度計(jì)。Raytek雷泰Marathon MM系列高性能單色紅外測(cè)溫儀MMLTSSF3L：http://m.oznappies.com/MMLTSSF3L.html

二、比值/雙色高溫計(jì)

這種輻射溫度計(jì)以兩種（或多種）不連續(xù)的波長(zhǎng)為基礎(chǔ)測(cè)量溫度，不同波長(zhǎng)中亮度的比值對(duì)應(yīng)于可見(jiàn)光譜中的顏色。一直都在廣泛使用兩種明顯不同的可見(jiàn)顏色（通常為紅色和綠色）推斷色溫。比值測(cè)量法的優(yōu)勢(shì)在于溫度讀數(shù)在很大程度上與發(fā)射率波動(dòng)和/或瞄準(zhǔn)通道遮蔽物無(wú)關(guān)。這項(xiàng)技術(shù)通常用來(lái)測(cè)量白熾溫度（700°C，1300°F）以上的溫度，但也可以測(cè)量最低至200°C(400°F)的低溫。雷泰雙色測(cè)溫儀MR1SBSF：http://m.oznappies.com/MR1SBSF.html

紅外熱像儀與紅外測(cè)溫儀相關(guān)參數(shù)

測(cè)溫范圍

每種型號(hào)的熱像儀、測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍，用戶的被測(cè)溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全，既不要過(guò)窄，也不要過(guò)寬。

目標(biāo)尺寸

紅外熱像儀根據(jù)原理可分為單色測(cè)溫儀和雙色測(cè)溫儀（輻射比色測(cè)溫儀）。對(duì)于單色測(cè)溫儀，在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿熱像儀視場(chǎng)。建議被測(cè)目標(biāo)尺寸超過(guò)視場(chǎng)大小的50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場(chǎng)，背景輻射能量就會(huì)進(jìn)入熱像儀的視聲符支干擾測(cè)溫讀數(shù)，造成誤差。相反，如果目標(biāo)大于熱像儀的視場(chǎng)，熱像儀就不會(huì)受到測(cè)量區(qū)域外面的背景影響。

光學(xué)分辨率物距比D:S

光學(xué)分辨率由D與S之比確定，是熱像儀/紅外測(cè)溫儀到目標(biāo)之間的距離D與測(cè)量光斑直徑S之比。若測(cè)溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離測(cè)量目標(biāo)的地方，同時(shí)又要測(cè)量小目標(biāo)，就應(yīng)選高光學(xué)分辨率的紅外線測(cè)溫儀。光學(xué)分辨率越高，即增大D：S比值，測(cè)溫儀的成本也越高。Fluke 566紅外測(cè)溫儀D:S=30:1、Fluke568紅外測(cè)溫儀D:S=50:1，雷泰Rayst60+測(cè)溫儀D:S=30:1、雷泰ST80+測(cè)溫儀D:S=50:1。

視場(chǎng)

視場(chǎng)(FOV)用立體角（度數(shù)）或弧度表示[如NEC R300SR熱像儀視場(chǎng)角：22°(H)×17°(V)、flir i7熱像儀視場(chǎng)角(FOV) 為25°×25°]，視場(chǎng)簡(jiǎn)化了每個(gè)工作距離處最小目標(biāo)尺寸的計(jì)算。一種方便的度量方式是距離目標(biāo)比，例如20:1，表示在測(cè)量距離為20英寸處最小目標(biāo)尺寸為1英寸。

發(fā)射率

物體的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化，所以應(yīng)該為具體應(yīng)用選擇其光譜響應(yīng)與高發(fā)射區(qū)波段相符的輻射溫度計(jì)：
用于測(cè)量玻璃和/或穿透熱氣體(3.9 μm)
用于測(cè)量玻璃表面(5.0 μm)
用于測(cè)量燃燒氣體（4.2、4.5、5.3 μm）

響應(yīng)時(shí)間

響應(yīng)時(shí)間表示紅外熱像儀對(duì)被測(cè)溫物度變化的反應(yīng)速度，定義為到達(dá)最后讀數(shù)的95%能量所需要時(shí)間，其與光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。如被測(cè)物的運(yùn)動(dòng)速度很快或測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時(shí)，應(yīng)選用快速響應(yīng)紅外熱像儀，否則將無(wú)法達(dá)到足夠的信號(hào)響應(yīng)，這會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的精度。

選擇在線式紅外測(cè)溫儀/熱像儀還是便攜式測(cè)溫儀

在線測(cè)溫儀儀器設(shè)備在線式紅外線測(cè)溫儀、在線紅外熱像儀通常用于不間斷的過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制，有低溫和高溫型號(hào)，每種型號(hào)都有自己的工作規(guī)格。便攜式測(cè)溫儀更適合過(guò)程檢查、預(yù)防/預(yù)知保養(yǎng)、熱輻射測(cè)量、研發(fā)以及臨時(shí)溫度監(jiān)控。