手持式紅外測溫儀

紅外光也叫紅外線，它是一位英國科學家發現的。1800年，赫胥爾在研究太陽光時，讓光通過稜鏡分解為彩色光帶，他用溫度計去測量光帶中不同顏色所含的熱量。試驗中，他偶然發現一個奇怪的現象：放在光帶紅光外的一支溫度計，比室內其他溫度的指示數值高。

基本介紹

• 中文名：手持式紅外測溫儀
• 外文名：Infrared Radiation Thermometer
• 發現者：赫胥爾
• 發現日期：1800年

發現

經過反覆試驗，這個所謂熱量最多的高溫區，總是位於光帶最邊緣處紅光的外面。於是他宣布太陽發出的輻射中除可見光線外，還有一種人眼看不見的“熱線”，這種人的肉眼看不見的“熱線”位於紅色光外側，叫做紅外線。(不過，要說明的是，事實上太陽發出的能量以波長580nm的綠光最強。)

紅外線是一種電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的本質。紅外線的波長在0.76～100μm之間，位於無線電波與可見光之間。任何物體，只要它的溫度比零下273度高，就無一例外地發射出紅外線。

原理

在自然界中，一切溫度高於絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量。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係。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。

光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上並轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路，並按照儀器內置的算法和目標發射率校正後轉變為被測目標的溫度值。除此之外，還應考慮目標和測溫儀所在的環境條件，如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對性能指標的影響及修正方法。

黑體定律

黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發射率為1。應該指出，自然界中並不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發點，故稱黑體輻射定律。

物體發射率對輻射測溫的影響：自然界中存在的實際物體，幾乎都不是黑體。所有實際物體的輻射量除依賴於輻射波長及物體的溫度之外，還與構成物體的材料種類、製備方法、熱過程以及表面狀態和環境條件等因素有關。因此，為使黑體輻射定律適用於所有實際物體，必須引入一個與材料性質及表面狀態有關的比例係數，即發射率。根據輻射定律，只要知道了材料的發射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。

影響發射率的主要因素：材料種類、表面粗糙度、理化結構和材料厚度等。

當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其波段範圍內的紅外輻射量，然後由測溫儀計算出被測目標的溫度。單色測溫儀與波段內的輻射量成比例；雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。

手持測儀

手持式紅外測溫儀又名攜帶型紅外測溫儀，是一種小巧，便於攜帶的紅外測溫儀。

手持式紅外測溫儀

選擇

可分為三個方面：

性能指標方面,如溫度範圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、回響時間等;環境和工作條件方面,如環境溫度、視窗、顯示和輸出、保護附屬檔案等;其他選擇方面,如使用方便、維修和校準性能以及價格等,也對測溫儀的選擇產生一定的影響。隨著技術和不斷發展,紅外測溫儀最佳設計和新進展為用戶提供了各種功能和多用途的儀器,擴大了選擇餘地。

1確定測溫範圍

測溫範圍是測溫儀最重要的一個性能指標。如產品覆蓋範圍為-50℃-+3000℃,但這不能由一種型號的紅外測溫儀來完成。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫範圍。因此,用戶的被測溫度範圍一定要考慮準確、周全,既不要過窄,也不要過寬。根據黑體輻射定律,在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過由發射率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,測溫時應儘量選用短波較好。一般來說，測溫範圍越窄，監控溫度的輸出信號解析度越高，精度可靠性容易解決。測溫範圍過寬，會降低測溫精度。例如，如果被測目標溫度為1000℃，首先確定線上式還是攜帶型，如果是攜帶型。滿足這一溫度的型號很多，如Ti315，Ti213等。

2確定目標尺寸

紅外測溫儀根據原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀(輻射比色測溫儀)。對於單色測溫儀,在進行測溫時,被測目標面積應充滿測溫儀視場。建議被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小於視場,背景輻射能量就會進入測溫儀的視聲符支幹擾測溫讀數,造成誤差。相反,如果目標大於測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區域外面的背景影響。對於雙色測溫儀,其溫度是由兩個獨立的波長帶內輻射能量的比值來確定的。因此當被測目標很小,沒有充滿現場,測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋對輻射能量有衰減時,都不會對測量結果產生影響。甚至在能量衰減了95%的情況下,仍能保證要求的測溫精度。對於目標細小,又處於運動或振動之中的目標;有時在視場內運動,或可能部分移出視場的目標,在此條件下,使用雙色測溫儀是最佳選擇。如果測溫儀和目標之間不可能直接瞄準,測量通道彎曲、狹小、受阻等情況下,雙色光纖測溫儀是最佳選擇。這是由於其直徑小,有柔性,可以在彎曲、阻擋和摺疊的通道上傳輸光輻射能量,因此可以測量難以接近、條件惡劣或靠近電磁場的目標。

3確定光學解析度

光學解析度由D與S之比確定,是測溫儀到目標之間的距離D與測量光斑直徑S之比。例如紅外時代的手持式紅外測溫儀Ti213，距離係數為80：1，如果距目標80厘米遠，那么測量範圍的直徑是1厘米。如果測溫儀由於環境條件限制必須安裝在遠離目標之處,而又要測量小的目標,就應選擇高光學解析度的測溫儀。光學解析度越高,即增大D:S比值,測溫儀的成本也越高。

4確定波長範圍

目標材料的發射率和表面特性決定測溫儀的光譜回響或波長。對於高反射率合金材料,有低的或變化的發射率。在高溫區,測量金屬材料的最佳波長是近紅外,可選用0.18-1.0μm波長。其他溫區可選用1.6μm、2.2μm和3.9μm波長。由於有些材料在一定波長是透明的,紅外能量會穿透這些材料,對這種材料應選擇特殊的波長。如測量玻璃內部溫度選用10μm、2.2μm和3.9μm(被測玻璃要很厚,否則會透過)波長;測量玻璃內部溫度選用5.0μm波長;測低區區選用8-14μm波長為宜;再如測量聚乙烯塑膠薄膜選用3.43μm波長,聚醋類選用4.3μm或7.9μm波長。厚度超過0.4mm選用8-14μm波長;又如測火焰中的C02用窄帶4.24-4.3μm波長,測火焰中的C0用窄帶4.64μm波長,測量火焰中的N02用4.47μm波長。

5確定回響時間

回響時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應速度,定義為到達最後讀數的95%能量所需要時間,它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統的時間常數有關。新型紅外測溫儀回響時間可達1ms。這要比接觸式測溫方法,快得多。如果目標的運動速度很快或測量快速加熱的目標時,要選用快速回響紅外測溫儀,否則達不到足夠的信號回響,會降低測量精度。然而,並不是所有套用都要求快速回響的紅外測溫儀。對於靜止的或目標熱過程存在熱慣性時,測溫儀的回響時間就可以放寬要求了。因此,紅外測溫儀回響時間的選擇要和被測目標的情況相適。

6信號處理功能

鑒於離散過程（如零件生產）和連續過程不同，所以要求紅外測溫儀具有多信號處理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）可供選用，如測溫傳送帶上的瓶子時，就要用峰值保持，其溫度的輸出信號傳送至控制器內。否則測溫儀讀出瓶子之間的較低的溫度值。若用峰值保持，設定測溫儀回響時間稍長於瓶子之間的時間間隔，這樣至少有一個瓶子總是處於測量之中。

7環境條件考慮

測溫儀所處的環境條件對測量結果有很大影響，應予考慮並適當解決，否則會影響測溫精度甚至引起損壞。當環境溫度高，存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下，可選用廠商提供的保護套、水冷卻、空氣冷卻系統、空氣吹掃器等附屬檔案。

這些附屬檔案可有效地解決環境影響並保護測溫儀，實現準確測溫。在確定附屬檔案時，應儘可能要求標準化服務，以降低安裝成本。當在噪聲、電磁場、震動或難以接近環境條件下，或其他惡劣條件下，煙霧、灰塵或其他顆粒降低測量能量信信號時，光纖雙色測溫儀是最佳選擇。在噪聲、電磁場、震動和難以接近的環境條件下，或其他惡劣條件時，宜選擇光纖比色測溫儀。

在密封的或危險的材料套用中（如容器或真空箱），測溫儀通過視窗進行觀測。材料必須有足夠的強度並能通過所用測溫儀的工作波長範圍。還要確定操作工是否也需要通過視窗進行觀察，因此要選擇合適的安裝位置和視窗材料，避免相互影響。在低溫測量套用中，通常用Ge或Si材料作為視窗，不透可見光，人眼不能通過視窗觀察目標。如操作員需要通過視窗目標，應採用既透紅外輻射又透過可見光的光學材料，如應採用既透紅外輻射又透過可見光的光學材料，如ZnSe或BaF2等作為視窗材料。

當測溫儀工作環境中存在易燃氣體時，可選用本徵安全型紅外測溫儀，從而在一定濃度的易燃氣體環境中進行安全測量和監視。

在環境條件惡劣複雜的情況下，可以選擇測溫頭和顯示器分開的系統，以便於安裝和配置。可選擇與現行控制設備相匹配的信號輸出形式。

套用

紅外測溫技術在生產過程中，在產品質量控制和監測，設備線上故障診斷和安全保護以及節約能源等方面發揮了著重要作用。近20年來，非接觸紅外測溫儀在技術上得到迅速發展，性能不斷完善，功能不斷增強，品種不斷增多，適用範圍也不斷擴大，市場占有率逐年增長。國產的優勢在與性價比高，相對進口的價格低，售後方便快捷。比起接觸式測溫方法，紅外測溫有著回響時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優點。非接觸紅外測溫儀包括攜帶型、線上式和掃描式三大系列，並備有各種選件和計算機軟體，每一系列中又有各種型號及規格。在不同規格的各種型號測溫儀中，正確選擇紅外測溫儀型號對用戶來說是十分重要的。

非接觸紅外測溫儀和傳統的接觸類測溫儀有何不同

非接觸紅外測溫儀	接觸類測溫儀
1.非接觸測溫對物體無影響	1．接觸測溫對被測物溫度場有影響
2.檢測物體表面溫度	2．不適合測瞬態溫度
3.反應速度快，可測運動中的物體和瞬態溫度	3．不便於測運動中的物體
4.測量範圍寬	4．測量範圍不夠寬，且耗材
5.測量精度高，解析度小	5．不適合測量有毒、高壓等危險場合
6.可對小面積測溫	使用
7.可同時對點，線，面測溫
8.可測絕對溫度，也可測相對溫度

套用案例

熱風爐拱頂溫度的測量：

熱風爐拱頂是一種特殊的場合，拱頂溫度的測量既要解決被測目標的高溫、高壓問題、又要適應一年四季露天環境變化的要求。我們經過反覆實踐改進，設計了一套帶有密封窗的專用保護裝置。其使用方法是將裝有保護裝置的紅外探頭，固定安裝在拱頂上原來插熱電偶的位置上，使探頭能通過密封視窗和熱電偶插孔，瞄準熱風爐內部，測得熱風爐拱頂的溫度，探頭信號經電纜送至安裝於控制櫃上的儀表箱處理後，顯示溫度值，並輸出4-20mA標準電流信號，送記錄儀或計算機進行處理。由於本系統的紅外探頭不接觸高溫目標，故具有穩定可靠，使用壽命長的特點，通常可以連續運行五年以上，可以減小熱電偶消耗，大大降低設備運行成本和維護工作量。

熱風管道內部溫度的測量：

本系統的測溫裝置與拱頂測溫系統基本相似，將配有保護裝置的紅外探頭安裝在熱風管道原來熱電偶的插孔上，將紅外探頭透過保護裝置的密封窗，再經原電偶的插孔，瞄準熱風管道內部，從而測得熱風管道內部的溫度。由於本系統的測溫探頭安裝在密封窗外邊，整個測溫系統與管內熱風完全隔離，故本系統在調換探頭或其它維護工作都可以在不影響管內熱風工作狀態的情況下進行。而原來常用的熱電偶必須在休風狀態下調換，加上熱電偶屬易耗品，損壞較頻繁。本測溫系統能減少熱電偶消耗，降低設備的運行成本。

爐前鐵水溫度的測量：

亞泰光電紅外測溫儀測量爐前鐵水的方法是：將裝有吹風套的紅外測溫探頭固定安裝在距鐵水5-15米的支架上，並且瞄準鐵水溝，對每爐鐵水進行連續掃瞄測量，其探頭測得的溫度信號接記錄儀列印溫度曲線或送計算機進行數據處理。本系統最大的優點就是能對每爐鐵水溫度進行自動連續測量，能有效避免人工插入測溫法帶來人為因素的影響。通過分析記錄的溫度曲線或其它計算機處理信息，能較真實地反映出每爐鐵水溫度的變化趨勢，直觀地讀出每爐的最高溫度，為生產管理和工藝改進提供有力的依據。該系統已有鄂鋼、首鋼等單位使用，並取得用戶的好評。

技術參數

紅外測溫儀的主要參數有距離係數，測溫範圍，測量精度，回響波長，瞄準方式等。如下圖：

型號	TI213
測量範圍	-25℃ --1200℃
測量精度	讀數值的±1%或±1℃
重複精度	±0.5%或±0.5℃
距離係數	80：1
顯示解析度	1℃或1℉
顯示方式	4位LCD
功能	最大值/最小值/平均值/溫差值， 顯示保持，欠壓指示，; 上下限報警
發射率	0.1—1.00
回響時間	小於200ms/
瞄準方式	同軸雷射瞄準
工作波段	8—14μm
環境等級	Ip65
環境溫度	-10℃-- +60℃
相對濕度	10% RH -90%RH 不冷凝
電源	9V電池
儀器體積	185×170×50
儀器重量	500g

使用注意

1、只測量表面溫度，不能測量內部溫度。

2、不可以透過玻璃進行測溫，不能精確紅外溫度讀數。但是可以通過紅外視窗測溫。紅外測溫儀最好

不用於光亮的或拋光的金屬表面的測溫（不鏽鋼、鋁等）。

3、定位熱點，要發現熱點，儀器瞄準目標，然後作上下掃描運動,直至確定熱點。

4、注意環境條件：蒸汽、塵土、煙霧等。

5、環境溫度，如果測溫儀突然暴露在環境溫差為20℃或更高的情況下，儀器在20分鐘內調節到新的環境溫度。

定義

手持式紅外測溫儀，所使用的原理是將物體發射的紅外線具有的輻射能轉變成電信號，紅外線輻射能的大小與物體本身的溫度相對應，根據轉變成電信號大小，可以確定物體（如鋼水）的溫度。手持紅外測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。手持紅外測溫儀便捷、精確、安全，在醫療、設備故障診斷中的套用較為廣泛。選購紅外測溫儀是應關注性能指標（如溫度範圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、回響時間等）、使用方便、維修和校準性能以及價格等因素。

套用範圍

生產的專業型手持式非接觸紅外線測溫儀，使用簡易，設計堅實，測量準確度高，測溫量程範圍寬等特點。它具有雷射瞄準，帶背光源顯示器,最大值，最小值，平均值，差值，數據保持，高低溫報警，發射率可調及自動關機功能。該手持式非接觸紅外線測溫儀可用於測量那些不適合使用傳統接觸式測量方法來測量物體的表面溫度（例如移動物體，帶電錶面和難以接觸到的物體）。 特徵： 非接觸式精確測溫 高的光學測量距離與物體目標比（D：S） 測溫量程範圍寬 獨特新式的機殼設計 內置雷射瞄準器 自動數值保持 ℃/℉ 轉換按鍵 發射率調整從 0.10 到 1.0  MAX,MIN,DIF, AVG 溫度顯示 帶背光源 LCD顯示屏 自動選擇量程，解析度為 0.1ºC(0.1ºF)  高低溫報警設定

紅外測溫儀

技術指標

型號	-6289
溫度範圍	-50 ~ 1600 oC (-58 ~2912℉)
解析度	0.1 oC(0.1℉)
測量距離： 物體目標	50:1
精確度	環境操作溫度在：23 ~ 25 oC (73 ~ 77℉)時測量; -50 ~ -20℃(-58~ -4℉): ±5 oC(±9℉); -20 ~ 200℃(-4 ~ 392℉): ± 1.5% 的讀數 + 2℃(±3.6℉); 200~ 538℃ (392 ~ 1000℉): ± 2.0% 的讀數 +2℃(±3.6℉); 538 ~ 1600℃(1000~ 2912℉): ± 2.0% 的讀數 ± 2℃(±3.6℉)
回響時間	小於1秒、
光譜回響	8~14um
發射率	數位調整從 0.10 到 1.0
超出量程提示	LCD 將顯示 “-0L”,”0L”
極性顯示	自動 （正極無顯示）; (-) 表明負極
二極體雷射器	輸出 <1mW,波長 630~670nm, Class 2(II)雷射產品
操作溫度	0 ~ 50℃(32~ 122℉)
存儲溫度	–20~ 60℃ (-4 ~ 140℉)
相對濕度	10%~90%RH （操作）, <80%RH （存儲）
電源	9V 電池， NEDA 1604A 或 IEC 6LR61, 或其他同規格電池
重量及生產廠商	290g (10. 2 oz.) 生產廠商：上海舒佳電氣有限公司
尺寸	120 x 53 x 230mm
安全設計標準	符合歐洲CE安全規範

套用範圍

紅外測溫儀必須經過標定才能使它正確地顯示出被測目標的溫度。如果所用的測溫儀在使用中出現測溫超

為了測溫，將儀器對準要測的物體，按觸發器在儀器的LCD上讀出溫度數據，保證安排好距離和光斑尺寸之比，和視場。用紅外測溫儀時有幾件重要的事要記住：

只測量表面溫度，紅外測溫儀不能測量內部溫度。不能透過玻璃進行測溫，玻璃有很特殊的反射和透過特性，不允許精確紅外溫度讀數。但可通過紅外視窗測溫。紅外測溫儀最好不用於光亮的或拋光的金屬表面的測溫（不鏽鋼、鋁等）。定位熱點，要發現熱點，儀器瞄準目標，然後在目標上作上下掃描運動,直至確定熱點。注意環境條件：蒸汽、塵土、煙霧等。它阻擋儀器的光學系統而影響精確測溫。環境溫度，如果測溫儀突然暴露在環境溫差為20度或更高的情況下，允許儀器在20分鐘內調節到新的環境溫度。TIH系列先進的全數位化設計 l 多種模擬和數位訊號輸出方式

l 重複測量誤差小於±1℃

l 先進的光學結構

l 8-14μm光譜回響

l 1%的目標溫度測量精度

l 0.1℃解析度

l 500ms回響時間或更短

l 全溫度標定和補償

l 寬的工作環境溫度

l 安裝簡便,易於維護,成本低廉

性能參數

測溫範圍：-20~1000/200-1200°C

分 辯 率 ：0.1°C典型

精 度 ：±1.0%

重 復 性 ：±0.5—1°C（全測量溫度範圍）

光譜回響 ：8～14μm

距離係數 ：3:1、5:1、8:1、10:1、12:1

環境溫度 ：0~75°C（若帶空氣冷卻或水冷卻罩,會使範圍更寬）

存儲溫度 ：-20～85°C

相對濕度 ：10~90%( 無凝露)

回響時間 ：100～500ms

發 射 率 ：預設0.95（0.01~1.00 可定製）

測量距離 ：0~15 m據被測物直徑大小定

產品外殼 ：鋁金屬材料,IP65級防護,最大長度86mm,最大直徑25mm

供電要求 ：+5VDC、+7.5VDC、+9VDC、+12VDC、+24VDC和+18～+30VDC,

以及+2.7VDC、+3VDC或+3.3VDC（只在SPI 、PWM 和I2C輸出方式下）

模擬輸出 ：標準: 4～20mA,可選: 0～5 V

數字輸出 ：標準產品為SPI 、UART、RS485、RS232、其它輸出可定製