红外测温仪的原理及应用

红外测温仪的原理及应用

刘磊

（山东能源新矿集团华丰煤矿山东宁阳271413）

摘要：红外检测具有准确、快速、实时的优点，汇总了光电成像技术、信息处理技术以及图像处理技术于一体的高科技检测技术，是一种不会出现停电问题的在线检测技术，随着科学技术的高速发展，对红外技术非接触测温应用的需求愈来愈迫切，特别是在冶金、航天、医学等领域。基于此，本文主要对红外测温仪的原理及应用进行分析探讨。

关键词：红外测温仪;原理;优势;技术;应用

1、前言

红外测温仪可以不接触目标而通过测量目标发射的红外辐射强度计算出物体的表面温度。非接触红外测温仪最大的优点，使用户可以非常方便地测量难以接近或移动的目标。SM系列红外测温仪为一体化集成式红外测温仪，传感器、光学系统与电子线路共同集成在金属壳体内；SM系列红外测温仪易于安装，金属壳体上的标准螺纹可与安装部位快速连接；同时，SM系列红外测温仪还有各型选件（例如吹扫保护套、90°可调安装支架、三维可调安装支架、数字显示表等）以满足各种工况场合要求。

2、红外测温原理

红外测温仪可以直接测量目标温度而无需接触目标。其工作原理是通过测量目标发射的红外辐射强度计算出物体的表面温度。非接触测温是红外测温仪最大的优点，使用户可以方便地快速测量难以接近或移动中的物体。红外测温技术的原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术判别各种被测目标的温度高低和热分布场提供了客观基础。物体表现热力学温度的变化，使物体发热功率发生相应变化，其产生的热量在发出红外辐射的同时，还在周围形成一定的表面温度分布场。这种温度分布场取决于材料的热物理性，也就是物体内部的热扩散和物体表面温度与外界温度的热交换。

红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇集其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件以及位置决定。红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路按照仪器内部的算法计算和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。除此之外，还应考虑目标和测温仪所在的环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法。

一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围发出红外辐射能量。物体的

红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。

红外测温仪用来测量物体表面温度，测温仪的光学元件发射的、反射的以及透过的能量会聚到探测器上，测温仪的电子元件将此信息转换成温度读数并显示在测温仪的显示面板上。红外测温仪显示的温度常称为目标的亮度温度，与物体真实温度有些差别，因为物体发射率对辐射测温有一定的影响，自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在0到1之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。

红外测温仪按成像特性分望远型、一般型（1m～5m距离下测量）和显微型（对微小目标进行测量），按结构分为可调发射率和固定发射率，按显示方式分指针和数字两种，还可分带有激光瞄准器和不带激光瞄准器的不同测温仪。

3、红外测温仪的优势及技术参数

红外测温仪适用于各种场合。根据被测物体表面的材料材质及颜色的不同。其对外发射的红外能量的能力就不一样，通过对发射率的调节，可减少由于材料而产生的测量误差。近年来，红外线测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善。功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时问快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。在不同规格的各种型号测温仪中，正确选择红外测温仪型号对用户来说是十分重要的。

红外技术已经被成功应用至工业和研究设置领域，随着成本降低和可靠性提高的不断创新和发展，红外技术已经实现了可提供更小测量单位的传感器。所有这些因素都促使红外技术受到新应用和用户的广泛关注。

●节省时间。

●测量移动目标。

●测量危险或无法接触的物体（高压部件、较大的测量距离）。

●测量高温

●无能量干扰或能量损耗。

●没有对目标造成污染和机械影响的风险

技术参数

4、红外测温仪的应用

红外热像的成像技术可以应用于对电气设备的早期问题故障诊断，早发现问题，预测设备绝缘性能，可以改变以往我们对电气设备的预防实验，由此提高到预知状态检修，这也是现代电力企业发展的方向。在目前实时状态检修的过程中，我们要更加注重保障电力运行的稳定性，及早发现问题，及早改良，提升电气设备的稳定性和工作效率。这就需要我们将红外检测技术运用到实际工作中去，对于降低修护成本，提升电网的经济效益有重要意义。

（1）在检修运行设备的时候，我们采用红外成像检测技术，可以不用直接接触设备就能达到检测目的，首先要用仪器测量设备表面的温度分布情况，拍摄现场设备的温度值，然后进行分析诊断，这样的方法对于检测电网企业的电路十分便捷，具有实时、直观、定量测温和遥测等方便有效的作用。

（2）在工业上对于电气设备的检测还可以用热像仪检测的方式，通过热像仪对于温度的成像来记录温度变化，这种方式的优点在于灵敏度高、无损害、不受电磁干扰，能及时检测设备的性能和运行状况，是可以广泛推广的新技术。

（3）当下新兴起的检测技术是对带电设备的红外检测，对于这样的检测方式采用的是致热效应原理，带电设备通常会向外发出红外辐射，可以通过红外检测诊断出设备当前的运行状况以及设备问题。

5、结语

总而言之，红外测温仪的普及应用大大方便了我们的工作需要，随着智能化电网建设的不断发展和状态检修工作的纵深推进，设备停电检修次数将愈来愈少，而能够及时发现消除缺陷，是确保设备可控、能控、在控的关键因素。而红外测温仪等高科技检测手段的不断应用，为预知性检测及状态检修提供了可靠的依托。

参考文献：

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[2]曾强，舒芳誉，李清华，红外测温仪－工作原理及误差分析〔J〕．传感器世界，2007(2):32－35．

[3]张建奇，方小平．红外物理〔M〕．西安:西安电子科技大学出版社，2004．