非接觸式溫度傳感器的選擇和使用
摘要： 在選擇和使用非接觸式溫度傳感器時,，將會遇到三大難題：
● 填充視場
● 克服物體透明度問題
● 實(shí)現(xiàn)正確的發(fā)射率調(diào)整
Abstract：
Key words :
在選擇和使用非接觸式溫度傳感器時,，將會遇到三大難題：
● 填充視場
● 克服物體透明度問題
● 實(shí)現(xiàn)正確的發(fā)射率調(diào)整
視場 物體的熱輻射“體現(xiàn)”出了其表面的溫度,，這一點(diǎn)與無線電信標(biāo)非常相似,。不同之處在于在IRT測量中，熱輻射來自于物體表面上的一個已知大小的斑點(diǎn),。您需要捕獲所有輻射,，而不能讓任何輻射在沿途上被阻隔,。
在一段特定距離上的斑點(diǎn)直徑（也就是一段給定距離上的“視錐”的橫截面面積）由器件的光學(xué)特性來決定,。一般來說,，距傳感器越遠(yuǎn)，斑點(diǎn)的直徑就越大,。斑點(diǎn)尺寸常常用一個比值來表示,，比如50:1或10:1。這意味著最小的目標(biāo)斑點(diǎn)直徑為傳感器至感興趣物體間距離的1/50或1/10（圖2）。
如果不能確實(shí)地填充斑點(diǎn)直徑或保持視錐的暢通，則不妨考慮采用雙色或比例式IRT,。這樣做可能會使準(zhǔn)確度稍有損失,，還可能影響響應(yīng)速度，費(fèi)用支出也將會小幅增加,，但是,，這些器件是專用于視距路徑被部分阻塞、視錐發(fā)生改變,，或者有物體移入和移出視野的場合中的,。它們對于發(fā)射率比值的變化非常敏感，不過這不在本文的討論范圍之內(nèi),。
透明度問題 大多數(shù)（但不是全部）有機(jī)材料和建筑材料（比如磚塊,、木材、金屬,、瀝青,、巖石和礦石等）都是不透明的。但是,，許多塑料在IR光譜中是半透明的,，因此需要采用特殊的波段，以使相其對于傳感器來說是基本不透明,。Ircon公司提供了一些有關(guān)塑料和玻璃測量的非常有益的應(yīng)用指南,，可登錄Ircon公司 網(wǎng)址瀏覽,。
其他會帶來透明度問題的物質(zhì)包括半導(dǎo)體材料（硅、砷化鎵）,、某些涂料,、一些光學(xué)材料（如氯化銀、藍(lán)寶石,、石英,、氯化鈉、鍺）以及許多特殊的晶體產(chǎn)品,。
發(fā)射率校正 如果有人試圖告訴您這是一個微不足道的問題,，請千萬不要信以為真。雖然這并非小事一樁,，但一旦將它分解成三種您有可能遇到的情形,，那么處理起來就變得相當(dāng)容易了：
● 感興趣的物體處于或非常接近周圍環(huán)境溫度。
● 物體的溫度高于環(huán)境溫度,。
● 物體的溫度低于環(huán)境溫度,。
物體的光學(xué)性質(zhì)（發(fā)射率為其中之一）在這里開始起作用。如果目標(biāo)是半透明的,，那么您將有可能需要幫助,；如果它是不透明的，則或許您可以自行處理發(fā)射率的校正工作,。我們來看一下各種場合的具體實(shí)例,。
場合一 如果物體的溫度與其環(huán)境溫度大致相同，而且其表面不是鏡面的,，則其表面反射率將對發(fā)射率起到補(bǔ)償作用,，而且無需進(jìn)行發(fā)射率校正。實(shí)施發(fā)射率校正將得到一個高于真實(shí)溫度的溫度讀數(shù),。
場合二 如果物體的溫度高于其環(huán)境溫度,，則需要進(jìn)行發(fā)射率校正以獲得準(zhǔn)確的溫度讀數(shù)。發(fā)射率會是一種難以捉摸且變化不定的光學(xué)性質(zhì),，但它通常只在表面上的某種東西有所改變時才會發(fā)生變化,，比如出現(xiàn)焦化、氧化,，或者熔化,。
如果把發(fā)射率控制在1.00，則可在該場合中獲得“輻射亮度溫度”,。盡管該數(shù)值將低于真實(shí)溫度,，但在物體的發(fā)射率（雖然是未知的）未發(fā)生非常大的變化的情況下，它是可重復(fù)的,。那么,，多大才是“非常大”呢,？這個問題提得很好，由于篇幅所限,，這里無法回答,，不過，如果物體在視覺上沒有變化,，則光譜發(fā)射率未發(fā)生改變的可能性相當(dāng)大,。不能保證，只是存在可能性,。
場合三 這是一種難對付的情形,。當(dāng)目標(biāo)的溫度低于環(huán)境溫度時，最簡單易行的解決方案就是變更測量的位置,。例如,，如果目標(biāo)的溫度低于它正在進(jìn)入的烤箱或熔爐的溫度，不要試圖在入口處或內(nèi)部（當(dāng)它正在加熱時）測量其溫度,。應(yīng)將溫度測量的位置移至出口處,，在物體完成了其加熱程序并離開烤箱時（此刻其溫度有可能高于其環(huán)境溫度）進(jìn)行測量。
該場合具有一種“隱性”形式,，就是當(dāng)物體受到陽光照射,、或者具有很高的溫度（它仍有可能低于環(huán)境溫度）或亮度水平的時候?？梢酝ㄟ^在表面上投射臨時性的陰影,、并把IRT對準(zhǔn)該陰影的方法來對這些條件進(jìn)行測試,。
在諸如金屬,、玻璃、塑料等溫度較低的網(wǎng)狀產(chǎn)品進(jìn)入烘箱或熔爐的加工生產(chǎn)線上,，應(yīng)當(dāng)嘗試把IRT對準(zhǔn)在產(chǎn)品與其所經(jīng)過的輥?zhàn)又g形成的“楔形物”（圖4）,，特別是在其改變方向的情況下（即具有一個25%或更大的包角）。這可能是一種“實(shí)際場合”,，因?yàn)檩佔(zhàn)拥谋砻嫱ǔ＞哂蟹瓷湫?，并生成物體的鏡像。實(shí)際上,，它被某些與其自身溫度相近的物體所包圍,。
市面上有許多性能出色的非接觸式溫度傳感器，生產(chǎn)廠商均極力勸說您購買其產(chǎn)品,。必需牢記不要以為只要溫度傳感器接通,，就可以指望它們執(zhí)行您所分配的工作,。必須為它們提供最佳的工作環(huán)境，或者對那些并非最佳的工作環(huán)境進(jìn)行校正,。
● 填充視場
● 克服物體透明度問題
● 實(shí)現(xiàn)正確的發(fā)射率調(diào)整
視場 物體的熱輻射“體現(xiàn)”出了其表面的溫度,，這一點(diǎn)與無線電信標(biāo)非常相似,。不同之處在于在IRT測量中，熱輻射來自于物體表面上的一個已知大小的斑點(diǎn),。您需要捕獲所有輻射,，而不能讓任何輻射在沿途上被阻隔,。
在一段特定距離上的斑點(diǎn)直徑（也就是一段給定距離上的“視錐”的橫截面面積）由器件的光學(xué)特性來決定,。一般來說,，距傳感器越遠(yuǎn)，斑點(diǎn)的直徑就越大,。斑點(diǎn)尺寸常常用一個比值來表示,，比如50:1或10:1。這意味著最小的目標(biāo)斑點(diǎn)直徑為傳感器至感興趣物體間距離的1/50或1/10（圖2）。
圖2,、在一段給定距離上的斑點(diǎn)直徑由傳感器的光學(xué)特性來決定,，并被定義為一個比值,；
通常，目標(biāo)距傳感器越遠(yuǎn),，斑點(diǎn)就越大,。
圖3、當(dāng)不得不在曲面上進(jìn)行測量時,，
應(yīng)確定斑點(diǎn)直徑不大于曲面有效直徑的25%,。
如果不能確實(shí)地填充斑點(diǎn)直徑或保持視錐的暢通，則不妨考慮采用雙色或比例式IRT,。這樣做可能會使準(zhǔn)確度稍有損失,，還可能影響響應(yīng)速度，費(fèi)用支出也將會小幅增加,，但是,，這些器件是專用于視距路徑被部分阻塞、視錐發(fā)生改變,，或者有物體移入和移出視野的場合中的,。它們對于發(fā)射率比值的變化非常敏感，不過這不在本文的討論范圍之內(nèi),。
透明度問題 大多數(shù)（但不是全部）有機(jī)材料和建筑材料（比如磚塊,、木材、金屬,、瀝青,、巖石和礦石等）都是不透明的。但是,，許多塑料在IR光譜中是半透明的,，因此需要采用特殊的波段，以使相其對于傳感器來說是基本不透明,。Ircon公司提供了一些有關(guān)塑料和玻璃測量的非常有益的應(yīng)用指南,，可登錄Ircon公司 網(wǎng)址瀏覽,。
其他會帶來透明度問題的物質(zhì)包括半導(dǎo)體材料（硅、砷化鎵）,、某些涂料,、一些光學(xué)材料（如氯化銀、藍(lán)寶石,、石英,、氯化鈉、鍺）以及許多特殊的晶體產(chǎn)品,。
發(fā)射率校正 如果有人試圖告訴您這是一個微不足道的問題,，請千萬不要信以為真。雖然這并非小事一樁,，但一旦將它分解成三種您有可能遇到的情形,，那么處理起來就變得相當(dāng)容易了：
● 感興趣的物體處于或非常接近周圍環(huán)境溫度。
● 物體的溫度高于環(huán)境溫度,。
● 物體的溫度低于環(huán)境溫度,。
物體的光學(xué)性質(zhì)（發(fā)射率為其中之一）在這里開始起作用。如果目標(biāo)是半透明的,，那么您將有可能需要幫助,；如果它是不透明的，則或許您可以自行處理發(fā)射率的校正工作,。我們來看一下各種場合的具體實(shí)例,。
場合一 如果物體的溫度與其環(huán)境溫度大致相同，而且其表面不是鏡面的,，則其表面反射率將對發(fā)射率起到補(bǔ)償作用,，而且無需進(jìn)行發(fā)射率校正。實(shí)施發(fā)射率校正將得到一個高于真實(shí)溫度的溫度讀數(shù),。
場合二 如果物體的溫度高于其環(huán)境溫度,，則需要進(jìn)行發(fā)射率校正以獲得準(zhǔn)確的溫度讀數(shù)。發(fā)射率會是一種難以捉摸且變化不定的光學(xué)性質(zhì),，但它通常只在表面上的某種東西有所改變時才會發(fā)生變化,，比如出現(xiàn)焦化、氧化,，或者熔化,。
如果把發(fā)射率控制在1.00，則可在該場合中獲得“輻射亮度溫度”,。盡管該數(shù)值將低于真實(shí)溫度,，但在物體的發(fā)射率（雖然是未知的）未發(fā)生非常大的變化的情況下，它是可重復(fù)的,。那么,，多大才是“非常大”呢,？這個問題提得很好，由于篇幅所限,，這里無法回答,，不過，如果物體在視覺上沒有變化,，則光譜發(fā)射率未發(fā)生改變的可能性相當(dāng)大,。不能保證，只是存在可能性,。
場合三 這是一種難對付的情形,。當(dāng)目標(biāo)的溫度低于環(huán)境溫度時，最簡單易行的解決方案就是變更測量的位置,。例如,，如果目標(biāo)的溫度低于它正在進(jìn)入的烤箱或熔爐的溫度，不要試圖在入口處或內(nèi)部（當(dāng)它正在加熱時）測量其溫度,。應(yīng)將溫度測量的位置移至出口處,，在物體完成了其加熱程序并離開烤箱時（此刻其溫度有可能高于其環(huán)境溫度）進(jìn)行測量。
該場合具有一種“隱性”形式,，就是當(dāng)物體受到陽光照射,、或者具有很高的溫度（它仍有可能低于環(huán)境溫度）或亮度水平的時候?？梢酝ㄟ^在表面上投射臨時性的陰影,、并把IRT對準(zhǔn)該陰影的方法來對這些條件進(jìn)行測試,。
在諸如金屬,、玻璃、塑料等溫度較低的網(wǎng)狀產(chǎn)品進(jìn)入烘箱或熔爐的加工生產(chǎn)線上,，應(yīng)當(dāng)嘗試把IRT對準(zhǔn)在產(chǎn)品與其所經(jīng)過的輥?zhàn)又g形成的“楔形物”（圖4）,，特別是在其改變方向的情況下（即具有一個25%或更大的包角）。這可能是一種“實(shí)際場合”,，因?yàn)檩佔(zhàn)拥谋砻嫱ǔ＞哂蟹瓷湫?，并生成物體的鏡像。實(shí)際上,，它被某些與其自身溫度相近的物體所包圍,。
圖4、針對因目標(biāo)的溫度低于環(huán)境溫度而引起的發(fā)射率問題（如對于網(wǎng)狀產(chǎn)品）,，
一種解決方案是把IRT對準(zhǔn)由輥?zhàn)雍彤a(chǎn)品所形成的“楔形物”,。
市面上有許多性能出色的非接觸式溫度傳感器，生產(chǎn)廠商均極力勸說您購買其產(chǎn)品,。必需牢記不要以為只要溫度傳感器接通,，就可以指望它們執(zhí)行您所分配的工作,。必須為它們提供最佳的工作環(huán)境，或者對那些并非最佳的工作環(huán)境進(jìn)行校正,。
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