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紅外線測溫儀形成原理
發布時間:2014-05-08 16:25:52點擊數:
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”。紅外診斷技術正是通過吸收這種紅外輻射能量,測出設備表面的溫度及溫度場的分布,從而判斷設備發熱情況。目前應用紅外診技術的測試設備比較多,如紅外線測溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設備利用熱成像技術將這種看不見的“熱像”轉變成可見光圖像,使測試效果直觀,靈敏度高,能檢測出設備細微的熱狀態變化,準確反映設備內部、外部的發熱情況,可靠性高,對發現設備隱患非常有效。
紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統(目前先進的焦平面技術則省去了光機掃描系統)接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上,在光學系統和紅外探測器之間,有一個光機掃描機構(焦平面熱像儀無此機構)對被測物體的紅外熱像進行掃描,并聚焦在單元或分光探測器上,由探測器將紅外輻射能轉換成電信號,經放大處理、轉換或標準視頻信號通過電視屏或監測器顯示紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應;實質上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于信號非常弱,與可見光圖像相比,缺少層次和立體感,因此,在實際動作過程中為更有效地判斷被測目標的紅外熱分布場,常采用一些輔助措施來增加儀器的實用功能,如圖像亮度、對比度的控制,實標校正,偽色彩描繪等技術其實就是半導體等東西 測量出溫度.或改變電阻.用專用的電路計算出現在的溫度 最后就顯示在 溫度計的顯示器上面。
電子測量分為金屬電阻溫度計和半導體電阻溫度計,都是根據電阻值隨溫度的變化這一特性制成的。金屬溫度計主要有用鉑、金、銅、鎳等純金屬的及銠鐵、磷青銅合金的;半導體溫度計主要用碳、鍺等。電阻溫度計使用方便可靠,已廣泛應用。它的測量范圍為-260℃至600℃左右。
電阻溫度計
利用導體電阻隨溫度變化而改變的性質而制成的測溫裝置。通常是把純鉑細絲繞在云母或陶瓷架上,防止鉑絲在冷卻收縮時產生過度的應變。在某些特殊情況里,可將金屬絲繞在待測溫度的物質上,或裝入被測物質中。在測極低溫的范圍時,亦可將碳質小電阻或滲有砷的鍺晶體,封入充滿氦氣的管中。將鉑絲線圈接入惠斯通電橋的一條臂,另一條臂用一可變電阻與兩個假負載電阻,來抵償測量線圈的導線的溫度效應。電阻將按下列公式隨溫度發生變化:
R=R0(1+aθ)
式中R是θ℃的電阻,R0是0℃時的電阻,a是常數。比較精確的式子是:
R=R0(l+aθ+bθ2)
式中b是第二個常數。電阻溫度計在-260℃~+1200℃范圍內,可作極精確的測定。它適用范圍廣,遠遠超出水銀溫度計??勺鳒y溫的標準。
還有紅外線也可以測量溫度。
紅外測溫儀器主要有3種類型:紅外熱像儀、紅外熱電視、紅外測溫儀(點溫儀)。60年代我國研制成功第一臺紅外測溫儀,1990年以后又陸續生產小目標、遠距離、適合電業生產特點的測溫儀器,如西光IRT-1200D型、HCW-Ⅲ型、HCW-Ⅴ型;YHCW-9400型;WHD4015型(雙瞄準,目標D 40mm,可達15 m)、WFHX330型(光學瞄準,目標D 50 mm,可達30 m)。美國生產的PM-20、30、40、50、HAS-201測溫儀;瑞典AGA公司TPT20、30、40、50等也有較廣泛的應用。DL-500 E可以應用于110~500 kV變電設備上,圖像清晰,溫度準確。紅外熱像儀,主要有日本TVS-2000、TVS-100,美國PM-250,瑞典AGA- THV510、550、570。近期,國產紅外熱像儀在昆明研制成功,實現了國產化。
了解紅外測溫儀的工作原理、技術指標、環境工作條件及操作和維修等是用戶正確地選擇和使用紅外測溫儀的基礎。紅外線測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統匯集其視場內的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路按照儀器內部的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。除此之外,還應考慮目標和測溫儀所在的環境條件,如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對性能指標的影響及修正方法。
一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布——與它的表面溫度有著十分密切的關系。因此,通過對物體自身輻射的紅外能量的測量,便能準確地測定它的表面溫度,這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。
黑體輻射定律:黑體是一種理想化的輻射體,它吸收所有波長的輻射能量,沒有能量的反射和透過,其表面的發射率為1。應該指出,自然界中并不存在真正的黑體,但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規律,在理論研究中必須選擇合適的模型,這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型,從而導出了普朗克黑體輻射的定律,即以波長表示的黑體光譜輻射度,這是一切紅外輻射理論的出發點,故稱黑體輻射定律。
物體發射率對輻射測溫的影響:自然界中存在的實際物體,幾乎都不是黑體。所有實際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度之外,還與構成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態和環境條件等因素有關。因此,為使黑體輻射定律適用于所有實際物體,必須引入一個與材料性質及表面狀態有關的比例系數,即發射率。該系數表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度,其值在零和小于1的數值之間。根據輻射定律,只要知道了材料的發射率,就知道了任何物體的紅外輻射特性。
影響發射率的主要因紗在:材料種類、表面粗糙度、理化結構和材料厚度等。
當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其波段范圍內的紅外輻射量,然后由測溫儀計算出被測目標的溫度。單色測溫儀與波段內的輻射量成比例;雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。
紅外系統:紅外線測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路,并按照儀器內療的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。
紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統(目前先進的焦平面技術則省去了光機掃描系統)接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上,在光學系統和紅外探測器之間,有一個光機掃描機構(焦平面熱像儀無此機構)對被測物體的紅外熱像進行掃描,并聚焦在單元或分光探測器上,由探測器將紅外輻射能轉換成電信號,經放大處理、轉換或標準視頻信號通過電視屏或監測器顯示紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應;實質上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于信號非常弱,與可見光圖像相比,缺少層次和立體感,因此,在實際動作過程中為更有效地判斷被測目標的紅外熱分布場,常采用一些輔助措施來增加儀器的實用功能,如圖像亮度、對比度的控制,實標校正,偽色彩描繪等技術其實就是半導體等東西 測量出溫度.或改變電阻.用專用的電路計算出現在的溫度 最后就顯示在 溫度計的顯示器上面。
電子測量分為金屬電阻溫度計和半導體電阻溫度計,都是根據電阻值隨溫度的變化這一特性制成的。金屬溫度計主要有用鉑、金、銅、鎳等純金屬的及銠鐵、磷青銅合金的;半導體溫度計主要用碳、鍺等。電阻溫度計使用方便可靠,已廣泛應用。它的測量范圍為-260℃至600℃左右。
電阻溫度計
利用導體電阻隨溫度變化而改變的性質而制成的測溫裝置。通常是把純鉑細絲繞在云母或陶瓷架上,防止鉑絲在冷卻收縮時產生過度的應變。在某些特殊情況里,可將金屬絲繞在待測溫度的物質上,或裝入被測物質中。在測極低溫的范圍時,亦可將碳質小電阻或滲有砷的鍺晶體,封入充滿氦氣的管中。將鉑絲線圈接入惠斯通電橋的一條臂,另一條臂用一可變電阻與兩個假負載電阻,來抵償測量線圈的導線的溫度效應。電阻將按下列公式隨溫度發生變化:
R=R0(1+aθ)
式中R是θ℃的電阻,R0是0℃時的電阻,a是常數。比較精確的式子是:
R=R0(l+aθ+bθ2)
式中b是第二個常數。電阻溫度計在-260℃~+1200℃范圍內,可作極精確的測定。它適用范圍廣,遠遠超出水銀溫度計??勺鳒y溫的標準。
還有紅外線也可以測量溫度。
紅外測溫儀器主要有3種類型:紅外熱像儀、紅外熱電視、紅外測溫儀(點溫儀)。60年代我國研制成功第一臺紅外測溫儀,1990年以后又陸續生產小目標、遠距離、適合電業生產特點的測溫儀器,如西光IRT-1200D型、HCW-Ⅲ型、HCW-Ⅴ型;YHCW-9400型;WHD4015型(雙瞄準,目標D 40mm,可達15 m)、WFHX330型(光學瞄準,目標D 50 mm,可達30 m)。美國生產的PM-20、30、40、50、HAS-201測溫儀;瑞典AGA公司TPT20、30、40、50等也有較廣泛的應用。DL-500 E可以應用于110~500 kV變電設備上,圖像清晰,溫度準確。紅外熱像儀,主要有日本TVS-2000、TVS-100,美國PM-250,瑞典AGA- THV510、550、570。近期,國產紅外熱像儀在昆明研制成功,實現了國產化。
了解紅外測溫儀的工作原理、技術指標、環境工作條件及操作和維修等是用戶正確地選擇和使用紅外測溫儀的基礎。紅外線測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統匯集其視場內的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路按照儀器內部的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。除此之外,還應考慮目標和測溫儀所在的環境條件,如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對性能指標的影響及修正方法。
一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布——與它的表面溫度有著十分密切的關系。因此,通過對物體自身輻射的紅外能量的測量,便能準確地測定它的表面溫度,這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。
黑體輻射定律:黑體是一種理想化的輻射體,它吸收所有波長的輻射能量,沒有能量的反射和透過,其表面的發射率為1。應該指出,自然界中并不存在真正的黑體,但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規律,在理論研究中必須選擇合適的模型,這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型,從而導出了普朗克黑體輻射的定律,即以波長表示的黑體光譜輻射度,這是一切紅外輻射理論的出發點,故稱黑體輻射定律。
物體發射率對輻射測溫的影響:自然界中存在的實際物體,幾乎都不是黑體。所有實際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度之外,還與構成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態和環境條件等因素有關。因此,為使黑體輻射定律適用于所有實際物體,必須引入一個與材料性質及表面狀態有關的比例系數,即發射率。該系數表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度,其值在零和小于1的數值之間。根據輻射定律,只要知道了材料的發射率,就知道了任何物體的紅外輻射特性。
影響發射率的主要因紗在:材料種類、表面粗糙度、理化結構和材料厚度等。
當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其波段范圍內的紅外輻射量,然后由測溫儀計算出被測目標的溫度。單色測溫儀與波段內的輻射量成比例;雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。
紅外系統:紅外線測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路,并按照儀器內療的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。
