在線式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。在線紅外測溫儀所測的溫度是物體的輻射溫度而不是物體的實際溫度,由于準確黑體是不存在的,在同一溫度下實際物體熱輻射總量總比準確黑體輻射總量小,所以在線紅外測溫儀測出的溫度肯定小于物體的真實溫度。測溫時應盡可能將紅外測溫儀發射率設置(針對可調節發射率的在線紅外測溫儀)成與被測材料相同的發射率值的發射率,盡可能使測量示值與被測物的真實溫度一致。
在線式紅外測溫儀的較大優點是可實現非接觸測量,并且可以容易地測得運動物體和難以接觸的物體的溫度。
在線式紅外測溫儀所處的環境條件對測量結果有很大影響,應加以考慮并適當解決,否則會影響測溫準確度甚至損壞在線紅外測溫儀。當環境溫度過高、存在灰塵、煙霧和蒸汽時,可安裝保護套、水冷卻系統、空氣冷卻系統、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效解決環境影響并保護在線紅外測溫儀,實現準確測溫。
1.在線式紅外測溫儀采用黑體爐校準
黑體是指在任何情況下對一切波長的入射輻射的吸收率都等于1的物體,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。但是,自然界中存在的實際物體,幾乎都不是黑體,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。所有實際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度外,還與構成物體的材料種類、制備方法、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于所有實際物體,必須引入一個與材料性質及表面狀態有關的比例系數,即發射率。該系數表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度,其值在零和小于1的數值之間。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有:材料種類、表面粗糙度、理化結構和材料厚度等。物體的輻射與吸收紅外輻射規律滿足基爾霍夫定律,當一束輻射投射到任一物體表面時,根據能量守恒原理,物體對入射輻射的吸收率、反射率、透過率三者之和必等于1。一般發射率不容易測定,通常可通過測量吸收率來確定發射率,所以黑體輻射源作為輻射標準用來校準各種紅外輻射源的輻射強度。
2.校準方法
在線式紅外測溫儀采用黑體爐校準示值誤差。此項校準是利用黑體爐能產生不同溫度的特性對在線紅外測溫儀進行多點校準。
(1)將在線式紅外測溫儀的發射率調整到和黑體爐一致;(2)在線紅外測溫儀預熱30min;(3)選擇40℃、60℃、80℃3個溫度點作為在線紅外測溫儀的校準點;(4)將在線紅外測溫儀拆下,鏡頭對準黑體爐,在線紅外測溫儀與黑體靶面的距離取決于在線紅外測溫儀到被測物距離與測量斑點直徑之比,保證測量斑點的直徑不大于黑體靶面的尺寸;(5)將黑體爐的溫度設定至校準點溫度,待溫度穩定10min后,分別讀取黑體爐的實際溫度值和在線紅外測溫儀的示值;(6)在線紅外測溫儀的溫度校準從低到高依次進行;(7)在線紅外測溫儀校準誤差的準確值應符合要求,其計算公式如式(1)所示。
式中:ΔT黑體——在線紅外測溫儀示值與黑體爐實際溫度值的誤差,℃;T紅外——在線紅外測溫儀的示值,℃;T黑體——黑體爐的實際溫度值(標準溫度值),℃;ΔT黑體允許——在線紅外測溫儀用黑體爐校準時的允許誤差,℃。