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冷暖恩莱知,红外温度传感器的原理及应用发布日期:2019-02-24 浏览次数:3564

红外温度传感器(Infrared Temperature Sensor),又称红外测温仪,在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0.75~100μm 的红外线,红外温度传感器就是利用这一原理制作而成的。通过赛贝克效应来探测辐射,当传感器接收辐射后,引起一非电量的物理变化。
   塞贝克效应(Seebeck Effect,德国,1770-1831)又称作第一热电效应,是指由于两种不同电导体、或半导体的温度差异,而引起两种物质间的电压差的热电现象。 
一、红外温度传感器工作原理

    红外线是一种人眼看不见的光线,是位于可见光中红色光以外的光线,故称红外线。红外辐射红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高,辐射出来的红外线越多,红外辐射的能量就越强。
   太阳光谱的各种单色光的热效应,从紫色光到红色光是逐渐增大的,而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围之内,因此又将红外辐射称为热辐射或者热射线。
   传感
原理热传感器是利用辐射热效应,使探测器件接收辐射能后引起温度升高,进而使传感器的性能发生变化。检测其中的变化,便可探测出辐射。

二、红外温度传感器的选择
1、确定光学分辨率D:S
  光学分辨率,是传感器目标之间的距离D与测量光斑直径S之比。如果传感器由于环境条件限制必须安装在远离目标之处,而又要测量小的目标,就应选择高光学分辨率的传感器。光学分辨率越高,即增大D:S比值。
2、确定响应时间T
   响应时间,表示红外温度传感器对被测温度变化的反应速度。红外温度传感器响应时间可达1ms。这要比接触式测温方法,快得多。
   如果目标的运动速度很快、或测量快速加热的目标时,要选用快速响应红外温度传感器,否则达不到足够的信号响应,会降低测量精度。
   然而,并不是所有应用都要求快速响应的红外温度传感器。对于静止的或目标热过程存在热惯性时,测温仪的响应时间就可以放宽要求了。因此,红外温度传感器响应时间的选择,要和被测目标的情况相适应。

3、信号处理功能
   测量离散过程(如零件生产)和连续过程不同,要求红外温度传感器有信号处理功能(如峰值保持、谷值保持、平均值)。如测温传送带上的玻璃时,就要用峰值保持,其温度的输出信号传送至控制器内。
4、环境条件
   温度传感器所处的环境条件,对测量结果有很大影响,应加以考虑、并适当解决,否则会影响测温精度甚至引起测温仪的损坏。
   当环境温度过高、存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下,可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护测温仪,实现准确测温。 
    
5、确定测温范围
   测温范围是传感器最重要的一个性能指标,每种型号的传感器都有自己特定的测温范围。因此,用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全,既不要过窄,也不要过宽。
  根据黑体辐射定律,在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化,因此,测温时应尽量选用短波较好。

6、确定目标尺寸
   在进行测温时,被测目标面积应充满传感器视场,被测目标尺寸超过视场大小的50%为最好。
   如果目标尺寸小于视场,背景辐射能量就会进入传感器的视场,干扰测温读数,造成误差。相反,如果目标大于测温仪的视场,测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响。
7、确定波长范围
   目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料,有低的或变化的发射率。    在高温区,测量金属材料的最佳波长是近红外,可选用0.18-1.0μm波长。其它温区可选用1.6μm、2.2μm和       3.9μm波长。
   由于有些材料在一定波长是透明的,红外能量会穿透这些材料,对这种材料应选择特殊的波长。
   如测量玻璃内部温度选用10μm、2.2μm和3.9μm(被测玻璃要很厚,否则会透过)波长;
   测量玻璃内部温度选用5.0μm波长;
   测低区区选用8-14μm波长为宜;
   再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长,聚醋类选用4.3μm或7.9μm波长。
   厚度超过0.4mm选用8-14μm波长;
   又如测火焰中的C02用窄带4.24-4.3μm波长,测火焰中的C0用窄带4.64μm波长,测量火焰中的N02用4.47μm波    长。
三、红外温度传感器的应用
    应用在非接触式温度测量、红外辐射探测、移动物体温度测量、连续温度控制、热预警系统、气温控制、医疗器械、长远距离测量等行业、领域。