红外测温系统原理

1、红外测温 红外线辐射的简称。量子物理学知识告诉我们，自然界中任何物体每时每刻都在通过分子振动向外辐射能量，这种辐射能量是以“波”的形式出现的。“波”的传播速度是一个常数，即30万公里秒，而分子振动的频率却是各不相同的。红外线辐红外线辐根据（速度频率波长）可知，不同振动频率的分子发出的辐射波长是不一样的，可见光的辐射波长范围在0.360.72m，紫光波长最短0.36m，红光波长最长0.72m。比紫光波长更短的辐射称为紫外线，如光，射线等；比红光波长更长的辐射称为红外线，波长一般在0.70000m之间。 射线 X 射线 紫外线 可见光 热量 微波 无线电 .4 .7 2 6 8 15短波短波IR长

2、波长波IR波长，微米近近 IR 工业用红外测温仪的工作波长在工业用红外测温仪的工作波长在0.65至至14微米范围内微米范围内威廉赫谢尔爵士于1800年发现红外线绝对零度(-273)以上的物体都辐射红外能量William Herschel 1738 -1822123456 7 8 9 10 11 12 13 141500C 1000C542C 260C 20C 不同温度的不同温度的辐射辐射曲线永不会相交曲线永不会相交随温度增加，辐射随温度增加，辐射能能量增大而峰值波长减小，波长与温度成反比量增大而峰值波长减小，波长与温度成反比红外能量（温度红外能量（温度/热像）热像）波长（微米）波长（微米）10

3、2101110-110-210-310-40随发射率变化随发射率变化(非灰体非灰体)= 0.9 (灰体灰体)相对能量相对能量波长波长 (微米微米)= 1.0 (黑体黑体) 发射率发射率为物体的辐射度与和与该物体具有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相同温度的黑体的辐射度之比MM“理想黑体理想黑体”“实际物体实际物体”既是完全吸收体既是完全吸收体也是完全发射体也是完全发射体部分能量被反射部分能量被反射部分能量透过部分能量透过发射率发射率 =1=1发射率发射率 11IIIIRATEEEE材料种类材料种类表面状况表面状况( (抛光抛光, ,粗糙粗糙, ,氧化氧化, ,喷砂喷砂

4、) )表面几何形状表面几何形状( (平面平面, ,凹凹面面, ,凸面凸面) )表面理化结构状态（如表面理化结构状态（如沉积物，氧化膜，油膜沉积物，氧化膜，油膜等）等）透过率透过率 ( ( 例 如例 如塑料薄膜塑料薄膜) )测量温度测量温度测量角度测量角度世界上所有的物体都会产生红外线辐射。而辐射的能量则辐射的能量则与该物体的温度成比例与该物体的温度成比例，非接触式温度测量即是测量物体辐射能量的强弱，并由此得到一个与该物体温度成比例的信号。目标探测器信号处理和显示453CSP1 470CEMS .85大气窗大气窗口口滤波片和镜头大气中的水蒸气、二氧化碳等对某些红辐射波段不吸收大气中的水蒸气、二氧

5、化碳等对某些红辐射波段不吸收或极少吸收，有利于能量进行传输从而能被红外测温仪或极少吸收，有利于能量进行传输从而能被红外测温仪探测到探测到. .这样的特殊红外波段即为所谓这样的特殊红外波段即为所谓“大气窗口大气窗口”。 红外波段的选取要红外波段的选取要考虑考虑 “ “大气窗口大气窗口”的影响的影响普郎克通过量子理论普郎克通过量子理论推导出的波长、温度推导出的波长、温度与黑体辐射能量的关与黑体辐射能量的关系式，它定量的确定系式，它定量的确定了不同温度的黑体在了不同温度的黑体在各个波段中的辐射能各个波段中的辐射能量的大小，是红外测量的大小，是红外测温的理论基础。温的理论基础。 普郎克定律给出了以下几

6、点结论：普郎克定律给出了以下几点结论：物体的温度越高，其发出的辐射能量越大。这是单色（波段）测温仪的设计依据。2.在一定温度下，物体在不同波长处的辐射能量不同，存在一个辐射峰值波长，即在此波长处的物体辐射能量最大。3.随着物体温度升高，其辐射峰值波长向短波方向移动，移动规律遵守维恩位移定律。目标目标探头探头RTE反射率反射率, , 透射率透射率, , 发射率发射率环境温度环境温度II = 入射能量入射能量R=反射能量反射能量T=透射能量透射能量E=发射能量发射能量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，

7、则要确保目标至少是测量圆点大小的两。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倍最好最好 一般一般 差差探头探头目标大于测量视场目标大于测量视场目标等于测量视场目标小于测量视场目标小于测量视场实际测量时应注意：1.1.多次测量，尽量减少误差。多次测量，尽量减少误差。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。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。3.3.对于运动的目标和快速加热的目标响应速度快是必需的当温度变化对于运动的目标和快速加热的目标响应速度快是必需的当温度变化 缓慢时，响应速度快通常是不必要的缓慢时，响应速度快通常是不必要的4.4.近可能选择短的波长选择将反射，透射能量降到最低的波