红外测温工作原理新.ppt
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1、红外测温原理与选型,上海皇龙自动化工程有限公司吕江明,红外测温发展过程,1800年 赫胥尔发现红外线1828年 MSweeny第一个辐射温度计19世纪末 消隐光学高温计1901年 全辐射测温仪专利(Fery)1931年 商用全辐射测温仪问世(Leeds&Northrup company)60年代后 迅猛发展近二十年 双色、光纤、扫描等,红外测温的原理红外测温仪可捕捉从所有物体辐射出的红外能量。红外辐射是电磁频谱的一部分,电磁频谱中包括无线电波、微波、可见光、紫外线、伽玛射线和X光。,可见光,紫外光,红外光,X-射线,Gamma,Rays,无线电波,EHF SHF UHF VHF HF MF L
2、F VLF,0.1A,1A,1UA,100A,0.1,1,10,100,1cm,0.1cm,10cm,1m,100m,1km,10km,100km,波长,10m,30,20,15,10,8,6,4,3,2,1.5,1,0.8,0.6,0.4,波长(um),常用红外光谱范围,红外测温技术的基础绝对零度(-273)以上的物体都辐射红外能量,红外测温的几个重要概念,波长发射率距离系数,温度与辐射能量的关系黑体辐射光谱曲线的特性,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,1500C,1000C,542C,260C,20C,不同温度的辐射曲线永不会相交随温度增加,辐射能量增大而峰
3、值波长减小波长与温度成反比,红外能量(温度/热像),波长(微米),0,物体发射率,随发射率变化(非灰体),=0.9(灰体),相对能量,波长(微米),=1.0(黑体),发射率为物体的辐射度与和与该物体具有 相同温度的黑体的辐射度之比,物体红外能量的传播发射率决定了实际物体的红外辐射特性,“理想黑体”,“实际物体”,既是完全吸收体也是完全发射体,部分能量被反射部分能量透过,发射率=1,发射率 1,I,I,I,I,R,A,T,E,E,E,E,影响发射率的主要因素,材料种类表面状况(抛光,粗糙,氧化,喷砂)表面几何形状(平面,凹面,凸面)表面理化结构状态(如沉积物,氧化膜,油膜等),透过率(例如塑料薄
4、膜)测量温度测量角度,距离系数,探头到目标的距离,测量斑直径大小,2.50.1,7.50.3,140.6,210.8,331.3,mm英寸,00,251,502,763,1305,mm英寸,测斑直径,测量距离,=D:S,黑体辐射定率,普朗克定律:式中:第一辐射常数:第二辐射常数:,黑体辐射定律,斯藩-玻耳兹曼定率:维恩位移定率:A=2897.3 从此可看出波长与温度成反比,大气传输,环境,453,SP1 470,EMS?85,大气传输,部分波长可以 避开大气的吸收,波长(微米),相对透过率,实际物体的测温示意图,目标,探头,R,T,E,反射率,透射率,发射率,环境温度,I,I=入射能量R=反射
5、能量T=透射能量E=发射能量,背景能量的影响,当背景温度高于目标温度时应进行背景温度补偿(T-Ambient),背景温度,目标,目标与视场,要确保目标大于仪器所测圆点的大小。目标越小,则应离得越近。如果精度非常重要,则要确保目标至少是测量圆点大小的两倍,最好 一般 差,探头,目标大于测量视场,目标等于测量视场,目标小于测量视场,与“真实值”比较 当测量位置不同或使用不同仪器测同一物体时,精度非常重要 指相同条件下输出比较(距离、发射率、精度)建立当地“基准”,测量与基准的偏差工艺监控中实际起作用,“工艺精度”,需要精度还是重复性?,精度,重复性,响应速度分析,对于运动的目标和快速加热的目标响应
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