影响红外测温系统精度的主要因素及解决方法浅析

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1、影响红外测温系统精度的主要因素及解决方法浅析影响红外测温系统精度的主要因素及解决方法浅析(2007/04/1910:22)目录：技术论坛浏览字体：大　中　小摘要本文主要针对现各化工企业中所使用的红外测温系统在操作中易忽视的影响精度测量的几个方面进行阐述，目的是为了进一步提高测量的精度，并且针对这些影响因素提出了解决的方法。关键词红外测温系统辐射衰减发射率背景噪声强制对流1前言随着科学技术的进一步发展和普及,红外热像仪,作为热成像系统进行非接触温度测量的重要工具,已越来越广泛地应用于电气设备、石化设备和其它工业设备的状态监测。用红外热像仪对各类设备进行状态监测,除了要

2、得到良好的红外图像,更重要和更具有意义地是要做到精确地测量。只有精确地测量,才能准确地反应设备的运行状态,为工艺的改进提供可靠的数据；也只有精确地测量,才能避免各类事故的发生,为各生产厂减少不必要的经济损失。发展到目前的热成像系统已是现代半导体技术、精密光学机械、微电子学、特殊红外工艺、新型红外光学材料与系统工程的产物,是一个利用红外传感器接收被测目标的红外线信号,经放大和处理后送至显示器上,形成该目标温度分布的二维可视图像的装置。2正文红外线波长范围是0.78μm到100μm。然而,红外辐射自目标发射出来,总是要在大气中传播一段距离才能到达观测仪器,除几何发散外,

3、红外辐射在大气中传播会有很大衰减,主要因素是大气中各种气体对辐射的吸收。组成大气的主要气体是氮气.氧气.氩气,它们占99%以上。有幸的是，它们不吸收15μm以下的红外线,否测红外技术在野外就无法使用。能引起红外吸收的气体是水汽,二氧化碳,臭氧(O3),它们在不同波段针对红外线形成吸收带，再加上甲烷,一氧化碳等吸收作用,造成了红外辐射的衰减。通过1μm到15μm的红外辐射通过一海里长度的大气透射比试验,证明只有处于红外吸收带之间的红外辐射能够透过大气向远处传输,其中有三个透过大气的红外波段，1-2.5μm,3-5μm,8-13μm，这三个波段被称作”大气窗口”，红外测

4、温系统常常在这三个窗口内工作.3-5μm,8-13μm两个波段的范围都有不同特性的控制可选用。这两个波段分别称为”短波”和”长波”窗口。从原理上计,这两个窗口都敏感,但大多数设计者都选择了短波段,原因是该波段范围中,能在较宽的范围内提供最佳功能,达到良好的测温要求；而长波窗口则更多地用于低温及远距离的检查(AGENA570就有此功能)。只有对热成像系统的原理及构成有了一定的了解后,才能实现对热像仪的正确操作,从而进一步实现对温度的精确测量。由于热像仪测温是利用探测器输出的视频信号进行处理后得出的，根据公式:Us∝(wσT5/π)∫ε(λT)τα(λ)R(λ)dλ式中

5、:Us---探测器输出视频信号的幅度λ1,λ2---热像仪工作波长范围w---热像仪瞬时视场角.σ---辐射常数T---被测目标温度ε(λT)---被测目标光谱辐射率τα(λ)---大气透过率R(λ)---热像仪总光谱响应可见,测温精度与很多因素有关,如目标特性,热像仪特性,测量距离等。为了实现所需的温度测量和便于操作,目前使用的大多数热像仪（如PM290）已在系统中实现了以下三方面的精度补偿:(1)热像仪内部的飘移和增溢补偿.(2)不同操作温度下的补偿.如夏天和冬天.(3)镜头视场外的辐射补偿.其它如发射率,环境温度,距离,湿度等最基本的参数则要求用户根据实际情况

6、自行设置,以保证测温精度的可靠性。下面我们以美国红外测量公司(Inframetrics)生产的PM290型红外热像仪为例,来说明在实际监测过程中,如何做到精确测量。开机后,在设置菜单1中,可见到以下几项要求用户进行设置的项目.a被测目标发射率b背景温度c环境温度d湿度e距离因此，实际测温过程中的影响因素主要有以下四方面.A辐射系数的影响B背景噪声C光路上的吸收与散射D红外测温仪的稳定性上述因素的影响程度随测量条件的不同而变化,为了保证测量的可靠性,必须尽可能准确地进行校准,也就是说,要想得到精确的温度值,检测人员必须尽可能在系统设置项中准确地设定各参数的值。2．1发

7、射率不同的物体辐射能力不同,理想黑体具有最大的辐射能力,而其它物体辐射能力的衡量引入了一个参量,即光谱发射率ε,又称辐射系数。ε系指在相同温度及条件下,实际辐射体与黑体的辐出度之比值。发射率表明了辐射和吸收的能力,它是材料的固有性质.测温时选用ε值的大小直接影响测温结果。然而,它随表面条件、形状、波长和温度等因素的影响而变化，为了测量真实温度，需要精确的设定发射率值。以下四幅图是用PM290拍摄的盛有热水的红外热像图。相邻热像图之间的拍摄间隔为2秒，因此，因时间造成的误差可以忽略。根据有关手册查得玻璃在20℃～100℃时的发射率为0.94～0.91,试验取值为0