1、红外辐射测温原理
红外测温属于非接触测温的一种方法，测温元件不需与被测介质接触，通过热辐射原理来测量温度。了解红外测温仪的工作原理、技术指标、环境工作条件及操作和维修等是用户正确地选择和使用红外测温仪的基础。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。
物体处于绝对零度以上时，因为其内部带电粒子的运动，以不同波长的电磁波形式向外辐射能量，波长涉及紫外、可见、红外光区，但主要处于(0.8~15)μm 的红外区内。物体的红外辐射能量的大小按其波长的分布与它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，这就是红外测温的客观依据。
2、红外辐射温度计使用时的基本问题
由于红外测温拥有的快捷、轻便、安全等优点，使得红外测温技术在各个领域的使用越来越普及。但是不正确的测温方法，可给被测物体的实际温度带来很大的误差。那么，在实际使用红外测温仪进行测温时，应注意以下一些问题。
(1)发射率
根据黑体辐射定律，能够吸收所用波长的辐射能量，同时没有能量的反射和透过，这样的物体称之为黑体，其表面发射率为 1。自然界中存在的实际物体，几乎都不具备黑体的条件。只有知道了材料的发射率，才能知道物体的红外辐射特性。影响发射率的主要因素：材料的种类、表面粗糙程度、理化结构和材料的厚度等。下表为部分物质的发射率仅供参考。
通常非金属材料的发射率都是固定的，例如布匹、柏油、陶瓷塑料等(ε=0.95)。一般条件下测量非金属物体表面温度可以选择固定发射率的红外测温仪。测量金属表面温度时应该采用发射率可调节的红外温度计。如果用固定发射率(ε=0.95)的红外来测量某些金属温度，则会产生较大偏差。在实际的测量中，要根据被测物质的发射率来选择相应的红外温度计。
(2)确定测温范围
测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。如R aytek(雷泰)产品覆盖范围为 - 50℃~+3000℃，但这不能由一种型号的红外测温仪来完成。每种型号的测温仪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。一般来说，测温范围越窄，监控温度的输出信号分辨率越高，精度可靠性容易解决。
(3)确定目标尺寸
红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪(辐射比色测温仪)。对于单色测温仪，在进行测温时，被测目标面积应充满测温仪视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的 50%为好。如果目标尺寸小于视场，背景辐射能量就会进入测温仪的视声符支干扰测温读数，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。对于比色测温仪，其温度是由两个独立的波长带内辐射能量的比值来确定的。因此当被测目标很小，不充满视场，测量通路上存在烟雾、尘埃、阻挡，对辐射能量有衰减时，都不对测量结果产生重大影响。对于细小而又处于运动或震动之中的目标，比色测温仪是最佳选择。这是由于光线直径小，有柔性，可以在弯曲、阻挡和折叠的通道上传输光辐射能量。
(4)确定距离系数(光学分辨率)
距离系数由 D：S 之比确定，即测温仪探头到目标之间的距离 D 与被测目标直径之比。如果测温仪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测温仪。光学分辨率越高，即增大 D：S 比值，测温仪的成本也越高。Raytek红外测温仪 D：S 的范围从 2：1 (低距离系数) 到高于300：1(高距离系数)。如果测温仪远离目标，而目标又小，就应选择高距离系数的测温仪。对于固定焦距的测温仪，在光学系统焦点处为光斑最小位置，近于和远于焦点位置光斑都会增大，存在两个距离系数。因此，为了能在接近和远离焦点的距离上准确测温，被测目标尺寸应大于焦点处光斑尺寸，变焦测温仪有一个最小焦点位置，可根据到目标的距离进行调节。增大 D：S，接收的能量就减少，如不增大接收口径，距离系数 D：S 很难做大，这就要增加仪器成本。
(5)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相应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(0.9～2.5)μm。其他温区可选用 1.6μm、2.2μm 和3.9μm。低温区测量一般选择(8~14)μm 波长的红外测温仪。并不是所用红外波长都适宜测量温度，能够顺利通过大气的红外辐射主要有三个波长范围：(0.9~2.5)μm、(3~5)μm、(8~14)μm，通常把这三个波长范围称为红外测温仪的大气窗口。
通常情况下，(8~14)μm 的红外测温仪能达到的最佳上限是 900℃，最多到 1200℃，如果用它测量更高的温度，就只有降低精度和稳定性了。
(6)响应时间
响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的 95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。Raytek(雷泰)新型红外测温仪响应时间可达 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测温仪，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测温仪。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，红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。确定响应时间，主要根据目标的运动速度和目标的温度变化速度。对于静止的目标或目标参在热惯性，或现有控制设备的速度受到限制，测温仪的响应时间就可以放宽要求了。
(7)环境条件
测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应予考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起损坏。当环境温度高，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。
(8)红外测温仪的标定
红外测温仪必须经过有相应资质的计量检测部门的检测，才能更准确地进行测温，对于测量精度要求较高的用户，这是必不可少的程序之一。
红外测温技术在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。近 20 年来，非接触红外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，只有掌握正确的测量方法，才能发挥其最大的作用。
(作者：张 弓 李玉石 沈阳计量测试院)
