图解红外线温度测量理论及其应用

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1、图解红外线温度测量理论及其应用　　在非接触式温度测量中使用的红外线温度计是发展成熟的传感器，它们在工业加工与研究中应用广泛。本文以非数学化的语言介绍了这种测量技术的基本理论，以及如何应用该理论处理目标用户遇到的各种各样的应用参数。　　引言　　红外线温度计通过探测所有温度在绝对零度（开氏0˚）以上的材料发射的红外线能量来测量温度。较基本的设计包括将透镜和探测器，透镜将红外线(IR)能量聚焦到探测器上，而探测器将该能量转换成电信号，并经过对环境温度变化进行补偿后以温度单位显示。这种结构方便了无需与被测量物体接触的远距离温度测量。因此，在由于各种原因热电偶或其它探

2、头类传感器无法使用或者不能产生精确数据的情况下，可以使用红外线温度计来测量温度。常见的这类情况如下：待测量物体在运动；物体周围是电磁场（例如在感应加热中）；物体在真空或其它受控气氛中；需要快速响应的应用。　　自从19世纪末红外线温度计(IRT)的设计就已经存在，费氏的各种概念由CharlesA.Darling(1)在其1911年出版的书”测高温学”中进行了论述。　　然而，将这些概念转变成实用测量仪器的技术直到20世纪30年代才出现。自此，这种设计有了长足的发展，大量测量和应用专门技术应运而生。如今，这项技术已经得到普遍接受，并且在工业与研究广泛使用。　　　　

3、　　测量原理　　如前所述，红外线能量是由所有温度高于0˚K的材料发射的。红外线辐射是电磁波频谱的一部分，其频率在可见光与无线电波之间。光谱中红外线部分的波长在0.7微米~1000微米(micron)之间。图1。在此波段内，只有波长在0.7微米~20微米的频率用于实际的日常温度测量。这是因为目前工业中使用的红外线探测器灵敏度不足，无法检测到20微米以外波长上的极少量能量。　　虽然人眼看不到红外线辐射，但是在研究测量理论以及考虑应用时想像可以看见红外线辐射是有帮助的，因为在许多方面，红外线的表现与可见光一样。辐射源放射的红外线能量沿直线传播，可被传播路径上材料的

4、表面反射和吸收。对于人眼无法看透的大多数固体，碰到物体表面的一部分红外线能量将被吸收，一部分将被反射。在物体吸收的能量中，一部分将被再次发射出来，一部分将在内部反射。眼睛能看透的透明材料也是如此，例如玻璃、气体以及透明的薄塑料等。但是，此外，一些红外线能量将穿透物体。上述内容如图2所示。这些现象综合起来构成了所谓的物体或材料的反射率。　　既不反射也不透射任何红外线能量的材料称为黑体，我们知道自然界中不存在黑体。然而，在进行理论计算时，给真正黑体赋予值1.0。在现实中，较接近黑体发射率1.0的近似值可以在图3中所示的、带有小管状入口并且红外线无法透过的球形空腔

5、中得到。这种球体内表面的发射率为0.998。　　不同种类的材料与气体有着不同的发射率，因此将在给定温度发射出不同强度的红外线。材料或气体的发射率是其分子结构和表面特性的函数。一般而言，发射率并不是颜色的函数，除非颜色