非接觸式溫度傳感器的選擇和使用

1、    非接觸式溫度傳感器的選擇和使用在選擇和使用非接觸式溫度傳感器時(shí)，將會(huì)遇到三大難題：填充視場克服物體透明度問題實(shí)現(xiàn)正確的發(fā)射率調(diào)整視場物體的熱輻射“體現(xiàn)”出了其表面的溫度，這一點(diǎn)與無線電信標(biāo)非常相似。不同之處在于在IRT測量中，熱輻射來自于物體表面上的一個(gè)已知大小的斑點(diǎn)。您需要捕獲所有輻射，而不能讓任何輻射在沿途上被阻隔。在一段特定距離上的斑點(diǎn)直徑（也就是一段給定距離上的“視錐”的橫截面面積）由器件的光學(xué)特性來決定。一般來說在選擇和使用非接觸式溫度傳感器時(shí)，將會(huì)遇到三大難題： 填充視場 克服物體透明度問題 實(shí)現(xiàn)正確的發(fā)射率調(diào)整視場 物體的熱輻射“體

2、現(xiàn)”出了其表面的溫度，這一點(diǎn)與無線電信標(biāo)非常相似。不同之處在于在IRT測量中，熱輻射來自于物體表面上的一個(gè)已知大小的斑點(diǎn)。您需要捕獲所有輻射，而不能讓任何輻射在沿途上被阻隔。在一段特定距離上的斑點(diǎn)直徑（也就是一段給定距離上的“視錐”的橫截面面積）由器件的光學(xué)特性來決定。一般來說，距傳感器越遠(yuǎn)，斑點(diǎn)的直徑就越大。斑點(diǎn)尺寸常常用一個(gè)比值來表示，比如50:1或10:1。這意味著最小的目標(biāo)斑點(diǎn)直徑為傳感器至感興趣物體間距離的1/50或1/10（圖2）。 圖2、在一段給定距離上的斑點(diǎn)直徑由傳感器的光學(xué)特性來決定，并被定義為一個(gè)比值；通常，目標(biāo)距傳感器越遠(yuǎn)，斑點(diǎn)就越大。如果物體具有一個(gè)圓形橫截面

3、（圖3），而且唯一的視野沿著直徑，則需確定所測量的嚴(yán)重彎曲的表面的大小是被觀察物體的一小部分。換句話說就是斑點(diǎn)直徑應(yīng)為曲面有效直徑的25%或更小。 圖3、當(dāng)不得不在曲面上進(jìn)行測量時(shí)，應(yīng)確定斑點(diǎn)直徑不大于曲面有效直徑的25%。還要保證視錐角內(nèi)無障礙，否則檢測器將無法接收到進(jìn)行有效測量所需的全部輻射。如果位置斑點(diǎn)大于物體，或者視錐角被部分阻斷，則測得的溫度將低于真實(shí)溫度。如果不能確實(shí)地填充斑點(diǎn)直徑或保持視錐的暢通，則不妨考慮采用雙色或比例式IRT。這樣做可能會(huì)使準(zhǔn)確度稍有損失，還可能影響響應(yīng)速度，費(fèi)用支出也將會(huì)小幅增加，但是，這些器件是專用于視距路徑被部分阻塞、視錐發(fā)生改變，或者有物體移

4、入和移出視野的場合中的。它們對于發(fā)射率比值的變化非常敏感，不過這不在本文的討論范圍之內(nèi)。透明度問題 大多數(shù)（但不是全部）有機(jī)材料和建筑材料（比如磚塊、木材、金屬、瀝青、巖石和礦石等）都是不透明的。但是，許多塑料在IR光譜中是半透明的，因此需要采用特殊的波段，以使相其對于傳感器來說是基本不透明。Ircon公司提供了一些有關(guān)塑料和玻璃測量的非常有益的應(yīng)用指南，可登錄Ircon公司 網(wǎng)址瀏覽。其他會(huì)帶來透明度問題的物質(zhì)包括半導(dǎo)體材料（硅、砷化鎵）、某些涂料、一些光學(xué)材料（如氯化銀、藍(lán)寶石、石英、氯化鈉、鍺）以及許多特殊的晶體產(chǎn)品。發(fā)射率校正如果有人試圖告訴您這是一個(gè)微不足道的問題，請千萬不要信以為真

5、。雖然這并非小事一樁，但一旦將它分解成三種您有可能遇到的情形，那么處理起來就變得相當(dāng)容易了： 感興趣的物體處于或非常接近周圍環(huán)境溫度。 物體的溫度高于環(huán)境溫度。 物體的溫度低于環(huán)境溫度。物體的光學(xué)性質(zhì)（發(fā)射率為其中之一）在這里開始起作用。如果目標(biāo)是半透明的，那么您將有可能需要幫助；如果它是不透明的，則或許您可以自行處理發(fā)射率的校正工作。我們來看一下各種場合的具體實(shí)例。場合一 如果物體的溫度與其環(huán)境溫度大致相同，而且其表面不是鏡面的，則其表面反射率將對發(fā)射率起到補(bǔ)償作用，而且無需進(jìn)行發(fā)射率校正。實(shí)施發(fā)射率校正將得到一個(gè)高于真實(shí)溫度的溫度讀數(shù)。場合二 如果物體的溫度高于其環(huán)境溫度，則需要進(jìn)行發(fā)射率

6、校正以獲得準(zhǔn)確的溫度讀數(shù)。發(fā)射率會(huì)是一種難以捉摸且變化不定的光學(xué)性質(zhì)，但它通常只在表面上的某種東西有所改變時(shí)才會(huì)發(fā)生變化，比如出現(xiàn)焦化、氧化，或者熔化。如果把發(fā)射率控制在1.00，則可在該場合中獲得“輻射亮度溫度”。盡管該數(shù)值將低于真實(shí)溫度，但在物體的發(fā)射率（雖然是未知的）未發(fā)生非常大的變化的情況下，它是可重復(fù)的。那么，多大才是“非常大”呢？這個(gè)問題提得很好，由于篇幅所限，這里無法回答，不過，如果物體在視覺上沒有變化，則光譜發(fā)射率未發(fā)生改變的可能性相當(dāng)大。不能保證，只是存在可能性。場合三 這是一種難對付的情形。當(dāng)目標(biāo)的溫度低于環(huán)境溫度時(shí)，最簡單易行的解決方案就是變更測量的位置。例如，如果目標(biāo)的

7、溫度低于它正在進(jìn)入的烤箱或熔爐的溫度，不要試圖在入口處或內(nèi)部（當(dāng)它正在加熱時(shí)）測量其溫度。應(yīng)將溫度測量的位置移至出口處，在物體完成了其加熱程序并離開烤箱時(shí)（此刻其溫度有可能高于其環(huán)境溫度）進(jìn)行測量。該場合具有一種“隱性”形式，就是當(dāng)物體受到陽光照射、或者具有很高的溫度（它仍有可能低于環(huán)境溫度）或亮度水平的時(shí)候?？梢酝ㄟ^在表面上投射臨時(shí)性的陰影、并把IRT對準(zhǔn)該陰影的方法來對這些條件進(jìn)行測試。在諸如金屬、玻璃、塑料等溫度較低的網(wǎng)狀產(chǎn)品進(jìn)入烘箱或熔爐的加工生產(chǎn)線上，應(yīng)當(dāng)嘗試把IRT對準(zhǔn)在產(chǎn)品與其所經(jīng)過的輥?zhàn)又g形成的“楔形物”（圖4），特別是在其改變方向的情況下（即具有一個(gè)25%或更大的包角）。這可能是一種“實(shí)際場合”，因?yàn)檩佔(zhàn)拥谋砻嫱ǔ＞哂蟹瓷湫?，并生成物體的鏡像。實(shí)際上，它被某些與其自身溫度相近的物體所包圍。圖4、針對因目標(biāo)的溫度低于環(huán)境溫度而引起的發(fā)射率問題（如對于網(wǎng)狀產(chǎn)品），一種解決方案是把IRT對準(zhǔn)由輥?zhàn)雍彤a(chǎn)品所形成的“楔