淺析紅外測溫儀技術

姚文旭

摘要：紅外測溫儀技術在生產過程中，在產品質量控制和監測，設備在線故障診斷和安全保護以及節約能源等方面發揮了著重要作用。近20年來，非接觸紅外測溫儀在技術上得到迅速發展，性能不斷完善，功能不斷增強，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴大，市場占有率逐年增長。比起接觸式測溫方法，紅外測溫儀有著響應時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優點。非接觸紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列，并備有各種選件和計算機軟件，每一系列中 又有各種型號及規格，在不同規格的各種型號測溫儀中，正確選擇紅外測溫儀型號對用戶來說是十分重要的。

關鍵詞：紅外測溫;非接觸式;優點;規格型號

1 引言

在現代化工業生產中，需要進行溫度的測量和監控的場合越來越多。常規測溫法有許多缺點，這促進了測溫技術中新原理、新技術、新方法的發展。紅外檢測技術是“九五”國家科技成果重點推廣項目，紅外檢測是一種在線監測（不停電）式高科技檢測技術，它集光電成像技術、計算機技術、圖像處理技術于一身，通過接收物體發出的紅外線（紅外輻射），將其熱像顯示在熒光屏上，從而準確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準確、實時、快速等優點。任何物體由于其自身分子的運動，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，俗稱“熱像”。

2 紅外測溫儀的類別和特點

紅外測溫儀種類繁多，按測溫范圍可分為高溫測溫儀（700～3200C）、中溫測溫儀（100～700'C）和低溫測溫儀（<100'C），但通常是按工作原理將其分為三種類型。第-一類稱為全輻射測溫儀，它收集目標發出的全部輻射能量，而由黑體標定出目標溫度，其特點是結構簡單，使用方便，但靈敏度較低，誤差較大;第二二類是單色測溫儀，它利用單色濾光片，選擇單一的輻射光譜波段進行測量，以此來確定目標的溫度，其特點是結構簡單，使用方便，靈敏度較高，在高溫或低溫范圍內使用效果較好;第三類叫做比色測溫儀，它靠兩組不同的單色濾光片收集兩相近輻射波段下的輻射能量，通過電路進行比較，根據比值確定目標溫度，其特點是結構比較復雜，但靈敏度高，特別適用于中、高溫范圍的測量。紅外測溫儀一般由光學 系統、紅外探測器、電信號處理線路、溫度指示器及--些附屬設備組成，其附屬設備包括瞄準器、電源、整體機械結構等。光學系統分調焦式和固定焦點式，其中還包括濾光片和瞄準器，濾光片有通帶型、窄帶型和雙色型等幾種，光學系統的場鏡有反射式、折射式和干涉式等幾種類型。測溫儀的紅外探測器一般采用熱釋電探測器。電子線路可根據不同要求設計成多種結構，一般具 有放大、線性化處理、發射率調整、環境溫度補償、干擾信號和系統噪聲抑制、溫度指示信-號和計算機模擬信號產生以及電源供電系統等部分。

紅外測溫與傳統的接觸式測溫相比，具有如下優點：

（l）遠距離和非接觸測量。紅外測溫儀是通過測量物體的紅外輻射來確定物體的溫度，不需與被測物體接觸，并可遠距離測量，它特別適合于對高速運動體、旋轉體、帶電體和高溫高壓物體的溫度測量。

（2）響應速度快。紅外測溫儀不像熱電偶、溫度計那樣，需要與被測物體接觸并達到熱平衡，而只要接收到目標的紅外輻射即可定溫，其響應時間在毫秒甚至微秒數量級。

（3）靈敏度高。因物體溫度的微小變化就會引起輻射能量較大的變化，易于被探測器測出，故紅外測溫儀的可測溫差很小，可達零點幾攝氏度。

（4）準確度高。由于紅外測溫儀是非接觸測量，不破壞物體本身的溫度分布，因而所測溫度真實準確，測量精度可達0. 1°C以下。

（5）測溫范圍廣。紅外測溫儀可測的溫度范圍很廣，可從負幾十攝氏度到正幾千攝氏度。

3 紅外測溫儀的應用

紅外測溫儀的用途十分廣泛。在鋼鐵工業中，用于冶煉鋼，淬火等工序溫度的測量和控制，以及對爐壁和機械設備熱故障的檢測等。再機械工業中，用于測量各類馬達的傳動機構、齒輪和軸承的表面溫度。在動力和電力工業中，常用紅外測溫儀檢測動力設備、配電設備、電纜、電器接頭、高壓線等的溫度異常。在電子工業中，用于半導體生產工藝，對集成電路板、元器件的故障進行檢測。在鐵路運輸中，用于軸溫、掛瓦、套軸的溫度監控，以及內燃機排氣溫度的監測等。此外在紡織工業中、軍事上、煙草、茶葉加工過程中，在糧食烘干過程中，以及其他許多場合，紅外測溫儀均有許多應用。

下面舉若干應用實例：

（1）紅外測溫儀在火車熱軸探測上的應用

火車在高速運行中，車軸和軸瓦常會因摩擦而過熱，形成“熱軸”，這種情況如不及時發現，將造成嚴重后果。據統計，80%以 上的火車翻車事故是由引起的。過去是鐵路工人在火車停站時鉆到車箱底下去用手摸軸箱的方法發現異常現象，方法麻煩且失誤較多。現在采用紅外檢測技術將紅外測溫儀置于鐵軌兩旁，自動檢測“軸熱”情況，根據軸熱波形可分析和判斷軸箱的發熱程度，一旦發現異常便可及時采取措施。

（2）紅外測溫儀在電力工業的應用

在電力工業中，往往因輸出電網的電氣元部件出現松動、破裂、銹蝕等缺陷造成接觸電阻增加，導致溫度升高，導致事故的發生。因而，輸變電網的安全檢查十分重要。過去經常用大量人力進行檢查，既費時又費工，又不宜發現隱患。現在，由于紅外檢測技術的發展，電氣系統對：各種電氣設施故障的檢測可采用熱像儀或紅外測溫儀。與熱像儀相比，紅外測溫儀價格低廉，操作簡單，攜帶方便，在電力工業中的應用尤為廣泛。

（3）紅外測溫儀在鋼鐵工業中的應用

在鋼鐵工業中，撐握和控制溫度這一工藝參數十分重要，與鋼鐵產量和，質量的保證直接相關在現在鋼鐵生產中，過去采用熱電偶直接測溫的許多工藝部位現已逐漸被具有非接觸測溫功能的紅外測溫儀取代。在煉鐵生產中，紅外測溫儀可用測量熱風爐共頂的溫度，還可用它研究鐵水硅含量鐵水溫度之間的關系，以提高煉鐵質量，還可測量高爐渣流出溫度。

參考文獻：

[l]那彥.電子及通信畢業設計[M].西安：西安電子科技大學出版社，2008.

[2]程玉蘭.紅外診斷實用技術[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3]趙全利，肖興達.單片機原理及應用教程（第二版） [M].北京：機械工業出版社，2008.

[4]彭承琳. 生物醫學傳感器原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2000.

[5]何希才. 傳感器及其應用實例[M].北京：機械工業出版社，2004.

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