淺析紅外測(cè)溫儀技術(shù)

姚文旭

摘要：紅外測(cè)溫儀技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)，設(shè)備在線(xiàn)故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。近20年來(lái)，非接觸紅外測(cè)溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)占有率逐年增長(zhǎng)。比起接觸式測(cè)溫方法，紅外測(cè)溫儀有著響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。非接觸紅外測(cè)溫儀包括便攜式、在線(xiàn)式和掃描式三大系列，并備有各種選件和計(jì)算機(jī)軟件，每一系列中 又有各種型號(hào)及規(guī)格，在不同規(guī)格的各種型號(hào)測(cè)溫儀中，正確選擇紅外測(cè)溫儀型號(hào)對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是十分重要的。

關(guān)鍵詞：紅外測(cè)溫;非接觸式;優(yōu)點(diǎn);規(guī)格型號(hào)

1 引言

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，需要進(jìn)行溫度的測(cè)量和監(jiān)控的場(chǎng)合越來(lái)越多。常規(guī)測(cè)溫法有許多缺點(diǎn)，這促進(jìn)了測(cè)溫技術(shù)中新原理、新技術(shù)、新方法的發(fā)展。紅外檢測(cè)技術(shù)是“九五”國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，紅外檢測(cè)是一種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)（不停電）式高科技檢測(cè)技術(shù)，它集光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身，通過(guò)接收物體發(fā)出的紅外線(xiàn)（紅外輻射），將其熱像顯示在熒光屏上，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速等優(yōu)點(diǎn)。任何物體由于其自身分子的運(yùn)動(dòng)，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫.度場(chǎng)，俗稱(chēng)“熱像”。

2 紅外測(cè)溫儀的類(lèi)別和特點(diǎn)

紅外測(cè)溫儀種類(lèi)繁多，按測(cè)溫范圍可分為高溫測(cè)溫儀（700～3200C）、中溫測(cè)溫儀（100～700'C）和低溫測(cè)溫儀（<100'C），但通常是按工作原理將其分為三種類(lèi)型。第-一類(lèi)稱(chēng)為全輻射測(cè)溫儀，它收集目標(biāo)發(fā)出的全部輻射能量，而由黑體標(biāo)定出目標(biāo)溫度，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但靈敏度較低，誤差較大;第二二類(lèi)是單色測(cè)溫儀，它利用單色濾光片，選擇單一的輻射光譜波段進(jìn)行測(cè)量，以此來(lái)確定目標(biāo)的溫度，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，靈敏度較高，在高溫或低溫范圍內(nèi)使用效果較好;第三類(lèi)叫做比色測(cè)溫儀，它靠?jī)山M不同的單色濾光片收集兩相近輻射波段下的輻射能量，通過(guò)電路進(jìn)行比較，根據(jù)比值確定目標(biāo)溫度，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但靈敏度高，特別適用于中、高溫范圍的測(cè)量。紅外測(cè)溫儀一般由光學(xué) 系統(tǒng)、紅外探測(cè)器、電信號(hào)處理線(xiàn)路、溫度指示器及--些附屬設(shè)備組成，其附屬設(shè)備包括瞄準(zhǔn)器、電源、整體機(jī)械結(jié)構(gòu)等。光學(xué)系統(tǒng)分調(diào)焦式和固定焦點(diǎn)式，其中還包括濾光片和瞄準(zhǔn)器，濾光片有通帶型、窄帶型和雙色型等幾種，光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)鏡有反射式、折射式和干涉式等幾種類(lèi)型。測(cè)溫儀的紅外探測(cè)器一般采用熱釋電探測(cè)器。電子線(xiàn)路可根據(jù)不同要求設(shè)計(jì)成多種結(jié)構(gòu)，一般具 有放大、線(xiàn)性化處理、發(fā)射率調(diào)整、環(huán)境溫度補(bǔ)償、干擾信號(hào)和系統(tǒng)噪聲抑制、溫度指示信-號(hào)和計(jì)算機(jī)模擬信號(hào)產(chǎn)生以及電源供電系統(tǒng)等部分。

紅外測(cè)溫與傳統(tǒng)的接觸式測(cè)溫相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（l）遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)量。紅外測(cè)溫儀是通過(guò)測(cè)量物體的紅外輻射來(lái)確定物體的溫度，不需與被測(cè)物體接觸，并可遠(yuǎn)距離測(cè)量，它特別適合于對(duì)高速運(yùn)動(dòng)體、旋轉(zhuǎn)體、帶電體和高溫高壓物體的溫度測(cè)量。

（2）響應(yīng)速度快。紅外測(cè)溫儀不像熱電偶、溫度計(jì)那樣，需要與被測(cè)物體接觸并達(dá)到熱平衡，而只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可定溫，其響應(yīng)時(shí)間在毫秒甚至微秒數(shù)量級(jí)。

（3）靈敏度高。因物體溫度的微小變化就會(huì)引起輻射能量較大的變化，易于被探測(cè)器測(cè)出，故紅外測(cè)溫儀的可測(cè)溫差很小，可達(dá)零點(diǎn)幾攝氏度。

（4）準(zhǔn)確度高。由于紅外測(cè)溫儀是非接觸測(cè)量，不破壞物體本身的溫度分布，因而所測(cè)溫度真實(shí)準(zhǔn)確，測(cè)量精度可達(dá)0. 1°C以下。

（5）測(cè)溫范圍廣。紅外測(cè)溫儀可測(cè)的溫度范圍很廣，可從負(fù)幾十?dāng)z氏度到正幾千攝氏度。

3 紅外測(cè)溫儀的應(yīng)用

紅外測(cè)溫儀的用途十分廣泛。在鋼鐵工業(yè)中，用于冶煉鋼，淬火等工序溫度的測(cè)量和控制，以及對(duì)爐壁和機(jī)械設(shè)備熱故障的檢測(cè)等。再機(jī)械工業(yè)中，用于測(cè)量各類(lèi)馬達(dá)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪和軸承的表面溫度。在動(dòng)力和電力工業(yè)中，常用紅外測(cè)溫儀檢測(cè)動(dòng)力設(shè)備、配電設(shè)備、電纜、電器接頭、高壓線(xiàn)等的溫度異常。在電子工業(yè)中，用于半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，對(duì)集成電路板、元器件的故障進(jìn)行檢測(cè)。在鐵路運(yùn)輸中，用于軸溫、掛瓦、套軸的溫度監(jiān)控，以及內(nèi)燃機(jī)排氣溫度的監(jiān)測(cè)等。此外在紡織工業(yè)中、軍事上、煙草、茶葉加工過(guò)程中，在糧食烘干過(guò)程中，以及其他許多場(chǎng)合，紅外測(cè)溫儀均有許多應(yīng)用。

下面舉若干應(yīng)用實(shí)例：

（1）紅外測(cè)溫儀在火車(chē)熱軸探測(cè)上的應(yīng)用

火車(chē)在高速運(yùn)行中，車(chē)軸和軸瓦常會(huì)因摩擦而過(guò)熱，形成“熱軸”，這種情況如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將造成嚴(yán)重后果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%以 上的火車(chē)翻車(chē)事故是由引起的。過(guò)去是鐵路工人在火車(chē)停站時(shí)鉆到車(chē)箱底下去用手摸軸箱的方法發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，方法麻煩且失誤較多?，F(xiàn)在采用紅外檢測(cè)技術(shù)將紅外測(cè)溫儀置于鐵軌兩旁，自動(dòng)檢測(cè)“軸熱”情況，根據(jù)軸熱波形可分析和判斷軸箱的發(fā)熱程度，一旦發(fā)現(xiàn)異常便可及時(shí)采取措施。

（2）紅外測(cè)溫儀在電力工業(yè)的應(yīng)用

在電力工業(yè)中，往往因輸出電網(wǎng)的電氣元部件出現(xiàn)松動(dòng)、破裂、銹蝕等缺陷造成接觸電阻增加，導(dǎo)致溫度升高，導(dǎo)致事故的發(fā)生。因而，輸變電網(wǎng)的安全檢查十分重要。過(guò)去經(jīng)常用大量人力進(jìn)行檢查，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)工，又不宜發(fā)現(xiàn)隱患。現(xiàn)在，由于紅外檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，電氣系統(tǒng)對(duì)：各種電氣設(shè)施故障的檢測(cè)可采用熱像儀或紅外測(cè)溫儀。與熱像儀相比，紅外測(cè)溫儀價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，攜帶方便，在電力工業(yè)中的應(yīng)用尤為廣泛。

（3）紅外測(cè)溫儀在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用

在鋼鐵工業(yè)中，撐握和控制溫度這一工藝參數(shù)十分重要，與鋼鐵產(chǎn)量和，質(zhì)量的保證直接相關(guān)在現(xiàn)在鋼鐵生產(chǎn)中，過(guò)去采用熱電偶直接測(cè)溫的許多工藝部位現(xiàn)已逐漸被具有非接觸測(cè)溫功能的紅外測(cè)溫儀取代。在煉鐵生產(chǎn)中，紅外測(cè)溫儀可用測(cè)量熱風(fēng)爐共頂?shù)臏囟龋€可用它研究鐵水硅含量鐵水溫度之間的關(guān)系，以提高煉鐵質(zhì)量，還可測(cè)量高爐渣流出溫度。

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河南工學(xué)院電纜工程學(xué)院 河南 新鄉(xiāng) 453003