紅外線測溫儀

溫度、壓力、電流、電壓等都是人們所熟悉的基本物理量。在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、全工藝流程控制等影響很大，這些基本物理量中，對(duì)溫度的測量和標(biāo)定相比之下難度要大的多。這是因?yàn)闇囟认到y(tǒng)本身的“絕熱” 和“熱量傳輸”的影響是十分復(fù)雜的，這就造成了溫度測量標(biāo)定統(tǒng)體積大，所需要的穩(wěn)定時(shí)間長，精度很難提高等。并非象壓力系統(tǒng)那樣只要提高/增加壓力傳輸管路泄漏就可以提高/增加內(nèi)外壓力互不影響，這樣就很容易實(shí)現(xiàn)壓力的快速傳輸，穩(wěn)定時(shí)間只需幾毫秒而測量精度很容易達(dá)到萬分之幾以上。

再來看看一個(gè)高精度和高穩(wěn)定度的溫度測量系統(tǒng)，提高/增加其“絕熱”也就是說完全阻止熱傳輸是不可能的。人們通常使一個(gè)足夠大的體積在其達(dá)到熱平衡的條件下，認(rèn)為其內(nèi)部質(zhì)量中心處某一小體積的溫場梯度足夠均衡，這就是為什么溫度校準(zhǔn)源體積龐大的重要原因之一。另外，一個(gè)溫度系統(tǒng)的熱傳輸也是十分復(fù)雜的，常常熱的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射來完成，可以想象，一下子使其溫度突變并達(dá)到熱平衡幾乎是不可能的，這就是常規(guī)溫度標(biāo)定源為了提高/增加一定的溫場均勻性，器體積大，升、降溫時(shí)間長，造成工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)溫度測量系統(tǒng)的檢查、維修和標(biāo)定，費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢和由于多次拆裝溫度探頭而影響系統(tǒng)的可靠性。

工業(yè)領(lǐng)域希望能有一種小型輕巧象壓力校驗(yàn)儀一樣的便攜式溫度校正源（恒溫槽），然而這種小型便攜的溫度校驗(yàn)儀，必須克服由于體積減小而造成的溫場均勻性不良和穩(wěn)定性差的弊端，要使溫度升降在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，必然要有加溫和冷卻的密切配合，都能使升溫降溫時(shí)間減少，在小型化恒溫槽內(nèi)冷卻和加溫又影響到溫場均勻性，所以綜合各方面的因素，達(dá)到超小體積而具有一定準(zhǔn)確度，快速升降溫的便攜式溫度校正儀，是溫度測量技術(shù)領(lǐng)域中多年探索研制渴望得到的現(xiàn)場應(yīng)用儀器。

紅外檢測技術(shù)是“九五”科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，紅外檢測是一種在線監(jiān)測(不停電)式高科技檢測技術(shù)，它集光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身，接收物體發(fā)出的紅外線(紅外輻射)，將其熱像顯示在熒光屏上，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速等優(yōu)點(diǎn)。任何物體由于其自身分子的運(yùn)動(dòng)，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場，俗稱“熱像”。紅外診斷技術(shù)正是吸收這種紅外輻射能量，測出設(shè)備表面的溫度及溫度場的分布，從而判斷設(shè)備發(fā)熱情況。應(yīng)用紅外診技術(shù)的測試設(shè)備比較多，如紅外測溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設(shè)備利用熱成像技術(shù)將這種看不見的“熱像”轉(zhuǎn)變成可見光圖像，使測試效果直觀，靈敏度高，能檢測出設(shè)備細(xì)微的熱狀態(tài)變化，準(zhǔn)確反映設(shè)備內(nèi)部、外部的發(fā)熱情況，可靠性高。

紅外診斷技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備的早期故障缺陷及絕緣性能做出可靠的預(yù)測，使傳統(tǒng)電氣設(shè)備的防范性試驗(yàn)維修(防范試驗(yàn)是50年代引進(jìn)前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn))提高到預(yù)知狀態(tài)檢修，這也是現(xiàn)代電力企業(yè)發(fā)展的方向。特別是大機(jī)組、超高電壓的發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定，提出了越來越高的要求。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展成熟與日益完善，利用紅外狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、不接觸、不取樣、不解體，又具有準(zhǔn)確、快速、直觀等特點(diǎn)，實(shí)時(shí)地在線監(jiān)測和診斷電氣設(shè)備大多數(shù)故障(幾乎可以覆蓋所有電氣設(shè)備各種故障的檢測)。它備受國內(nèi)外電力行業(yè)的重視(國外70年代后期普遍應(yīng)用的一種先進(jìn)狀態(tài)檢修體制)，并得到快速發(fā)展。紅外檢測技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)提高電氣設(shè)備的可靠性，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，降低維修成本都有很重要的意義。是在預(yù)知檢修領(lǐng)域中普遍推廣的一種很好手段，又能使維修水平和設(shè)備的健康水平上一個(gè)臺(tái)階。

1）到被測地點(diǎn)，從箱中取出紅外測溫儀；

2）右手握住測溫儀手柄，食指扣動(dòng)一下開關(guān)，將聽到 “BI-BI”的聲音，電源接通，屏幕將顯示你正對(duì)物體的溫度，測量時(shí)要注意距離系數(shù)K，本機(jī)K=D:S=12:1，通俗理解為測量范圍為12m遠(yuǎn)時(shí)，被測物體面積為直徑1米的圓，如果大于12m處存在一個(gè)1m直徑的物體，測量的物體溫度將不準(zhǔn)確。

3）要測量物體，將鏡頭正對(duì)被測物體，按住開關(guān)將進(jìn)行測 量，這時(shí)屏幕左上側(cè)將出現(xiàn)掃描（SCAN）符號(hào)，表示正在測量，松開開關(guān)，屏幕左上側(cè)將出現(xiàn)保持（HOLD）符號(hào)，這是屏幕上顯示的即是被測物體溫度。

4）在視線不清或者黑暗的環(huán)境中使用該儀器，先松開電源 開關(guān)按鈕，然后按一下鐳射/背光燈（LASER/BACKLIT）按鍵，這是屏幕上將顯示鐳射/背光燈符號(hào)，這是按下開關(guān)測量，將會(huì)看到被測物體上出現(xiàn)紅色小點(diǎn)，表明正在對(duì)該區(qū)域進(jìn)行測溫。不用時(shí)，松開電源開關(guān)鍵，再按鐳射/背光燈按鈕，按一下無鐳射，按兩下無背光燈，按三下沒有背光燈和鐳射。

5）在檢測一個(gè)面（如密閉）時(shí)，可用定點(diǎn)法，每次測定時(shí) 必須及時(shí)記錄。測量數(shù)據(jù)自動(dòng)保持7秒，沒有操作，30秒自動(dòng)關(guān)機(jī)。背光燈延遲十秒后自動(dòng)關(guān)閉。

由于醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要，在很多情況下，一般的溫度計(jì)已經(jīng)滿足不了快速而又準(zhǔn)確的測溫要求，例如車站和機(jī)場等的人口密度較大的地方進(jìn)行人體溫度測量。雖然現(xiàn)在國外這種測溫的技術(shù)都比較成熟，但是國內(nèi)這方面的技術(shù)還處于發(fā)展階段。因此，為了適應(yīng)醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要，進(jìn)行特殊環(huán)境下的溫度測量，從而有力地控制和防范諸如非典之類的特殊身體有恙的傳播，急需設(shè)計(jì)一種測溫速度快，準(zhǔn)確率高的測溫儀。針對(duì)一般的工業(yè)用的紅外測溫儀的準(zhǔn)確度不夠高，我們根據(jù)這種紅外線測溫的原理，關(guān)鍵器件的選擇、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及溫度補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)調(diào)節(jié)來提高紅外線測溫儀的準(zhǔn)確度，設(shè)計(jì)了一種用紅外線測溫電路，用于人員密集且流量大的場合進(jìn)行快速的人體溫度測量。

1 紅外線測溫的原理    自然界一切溫度高于零度(-273.15℃)的物體，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波，其輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合輻射定律。    組外輻射原理——輻射定律：      式中：E為輻射出射度，W／m3；σ為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)，5.67×10-8W／(m2·K4)；ε為物體的輻射率；T為物體的溫度，單位K；T0為物   體周圍的環(huán)境溫度，單位K。    測量出所發(fā)射的E，就可得出溫度。    利用這個(gè)原理制成的溫度測量儀表叫紅外溫度儀表。這種測量不需要與被測對(duì)象接觸，因此屬于非接觸式測量。紅外溫度儀表測溫范圍很寬，從-50℃直至高于3 000℃。在不同的溫度范圍，對(duì)象發(fā)出的電磁波能量的波長分布不同，在常溫(0～100℃)范圍，能量主要集中在中紅外和遠(yuǎn)紅外波長。用于不同溫度范圍和用于不同測量對(duì)象的儀表，其具體的設(shè)計(jì)也不同。    根據(jù)式(1)的原理，儀表所測得的紅外輻射為：    

式中：A為光學(xué)常數(shù)，與儀表的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)；ε1為被測對(duì)象的輻射率；ε2為紅外溫度計(jì)的輻射率；T1為被測對(duì)象的溫度(K)；T2為紅外溫度計(jì)的溫度(K)；他由一個(gè)內(nèi)置的溫度檢測元件測出。    

輻射率ε是一個(gè)用以表達(dá)物體發(fā)射電磁波能力的系數(shù)，數(shù)值由0至1.0。奡理想的輻射物體是輻射率1.0的物體，物理上叫做黑體。這是一個(gè)理論上的概念，實(shí)際上并沒有一種物體的輻射率能達(dá)到1.0。但可以制造出極為接近于ε=1.0的實(shí)際黑體，用于溫度計(jì)的校準(zhǔn)。所有真實(shí)的物體，包括人體各部位的表面，其ε值都是某個(gè)低于1.0的數(shù)值。由于ε值極難測量而又不確定，所以在儀表測出E后，按式(2)計(jì)算出的T1就會(huì)有誤差。在實(shí)際工作中，儀表是在ε=1.0的黑體上校準(zhǔn)好出廠的，只有測量ε=1的對(duì)象，其示值才代表對(duì)象的實(shí)際溫度，如果對(duì)象ε不等于1，則儀表讀數(shù)不代表對(duì)象的實(shí)際溫度，要進(jìn)行修正。    

人體主要輻射波長在9～10μm的紅外線，對(duì)人體自身輻射紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定人體表面溫度。由于該波長范圍內(nèi)的光線不被空氣所吸收，因而可利用人體輻射的紅外能量準(zhǔn)確地測量人體表面溫度。    

人體的紅外輻射特性與他的表面溫度有著十分密切的關(guān)系，因此，對(duì)人體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定人體表面溫度。紅外溫度測量技術(shù)的較大優(yōu)點(diǎn)是測試速度快，1 s以內(nèi)可測試完畢。由于他只接收人體對(duì)外發(fā)射的紅外輻射，沒有任何其他物理和化學(xué)因素作用于人體，所以對(duì)人體無任何害處。