紅外測溫系統(tǒng)

紅外測溫系統(tǒng)第一頁，共十三頁，編輯于2023年，星期五2023/6/241.引言溫度是工業(yè)生產(chǎn)中很普遍、很重要的一個(gè)熱工參數(shù)，許多生產(chǎn)工藝過程均要求對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)視和控制，特別是在化工、食品等行業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。傳統(tǒng)的接觸式測溫儀表如熱電偶、熱電阻等，因要與被測物質(zhì)進(jìn)行充分的熱交換，需經(jīng)過一定的時(shí)間后才能達(dá)到熱平衡，存在著測溫的延遲現(xiàn)象，故在使用過程中存在一定的使用局限。紅外測溫儀屬于非接觸的實(shí)時(shí)測溫裝置。第二頁，共十三頁，編輯于2023年，星期五2023/6/242.紅外測溫儀的原理一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)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(guān)系。因此，通過對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。第三頁，共十三頁，編輯于2023年，星期五2023/6/24根據(jù)斯特藩—玻耳茲曼定理黑體的輻出度Pb(Τ)與溫度Τ的四次方成正比，即：

式中，Pb(T)—溫度為T時(shí)，單位時(shí)間從黑體單位面積上輻射出的總輻射能，稱為總輻射度；σ—斯特藩—玻耳茲曼常量；T—物體溫度。式（2）中黑體的熱輻射定律正是紅外測溫技術(shù)的理論基礎(chǔ)。如果在條件相同情況下，物體在同一波長范圍內(nèi)輻射的功率總是小于黑體的功率，即物體的單色輻出度Pb(Τ)小于黑體的單色黑度ε(λ)，即實(shí)際物體接近黑體的程度。ε(λ)=P(T)/Pb(T)考慮到物體的單色黑度ε(λ)是不隨波長變化的常數(shù)，即ε(λ)=ε，稱此物體為灰體。它是隨不同物質(zhì)而值不同，即使是同一種物質(zhì)因其結(jié)構(gòu)不同值也不同，只有黑體ε=1，而一般灰體0<ε<1，由式(2)可得：所測物體的溫度為：

式(4)正是物體的熱輻射測溫的數(shù)學(xué)描述。第四頁，共十三頁，編輯于2023年，星期五2023/6/24

3.紅外測溫儀工作原理

工作原理為輻射體發(fā)出的紅外輻射，進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)制器把紅外輻射調(diào)制成交變輻射，由探測器轉(zhuǎn)變成為相應(yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過放大器和信號(hào)處理電路，并按照儀器內(nèi)的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值，并顯示在液晶屏上。第五頁，共十三頁，編輯于2023年，星期五2023/6/244.紅外測溫儀的光學(xué)系統(tǒng)紅外測溫儀的光學(xué)系統(tǒng)由菲涅爾光學(xué)透鏡和濾光片組成。將該光學(xué)透鏡置于紅外熱釋電傳感器上。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)被測物從透鏡前經(jīng)過時(shí)，發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。

第六頁，共十三頁，編輯于2023年，星期五2023/6/24熱釋電探測器

熱釋電紅外探測器的結(jié)構(gòu)通常由熱釋電晶體、氧化膜、濾光鏡片、結(jié)型場效應(yīng)管FET和電阻等部分組成。當(dāng)交變的紅外線照射到晶體表面時(shí)，晶體溫度迅速變化，這時(shí)才發(fā)生電荷的變化，從而形成一個(gè)明顯的外電場，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。采用雙探測元熱釋電紅外傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖所示。該傳感器將兩個(gè)特性相同的熱釋電晶體逆向串聯(lián)，用來防止其他紅外光引起傳感器誤動(dòng)作。另外，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，兩個(gè)晶體的參數(shù)會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，這樣可以相互抵消，避免出現(xiàn)檢測誤差。該傳感器使用時(shí)，D端（漏極）接電源正極，G端（柵極）接電源負(fù)極，s端（源極）為信號(hào)輸出。第七頁，共十三頁，編輯于2023年，星期五2023/6/245.紅外測溫儀的電路設(shè)計(jì)

熱釋電傳感器與溫度儀的連接框圖：將傳感器的D、S、E分別與測量電路中標(biāo)的D、S、E連接起來即可。

第八頁，共十三頁，編輯于2023年，星期五2023/6/24

測量電路D、S、E端分別對(duì)應(yīng)了熱釋電探測器的D、S、G，其中D為場效應(yīng)管漏極接+12V的電源，S為經(jīng)過熱釋電探測器轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)輸出，E為場效應(yīng)管的負(fù)極接地。由S端輸入的信號(hào)經(jīng)過A1放大電路，A2濾波電路，A3積分電路，通過輸出端口輸入后續(xù)的積分顯示電路。第九頁，共十三頁，編輯于2023年，星期五2023/6/24積分顯示電路顯示部分由多位液晶顯示驅(qū)動(dòng)器ICL7106和標(biāo)準(zhǔn)段式液晶顯示屏EDS801及其他一些元器件組成。經(jīng)過測量電路處理過的信號(hào)，經(jīng)過輸入端口進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路，ICL7106進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再與標(biāo)準(zhǔn)段的EDS801顯示屏顯示出被測物的溫度。第十頁，共十三頁，編輯于2023年，星期五2023/6/24電源電路該系統(tǒng)電源電路如圖所示。該系統(tǒng)采用12V直流電源供電。將220V交流電通過變壓器T降壓，全橋U整流，C10濾波，為系統(tǒng)提供12V直流電壓。第十一頁，共十三頁，編輯于2023年，星期五2023/6/246.總結(jié)

紅外測溫技術(shù)隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展日趨完善,以其非接觸和快