什么是红外温度仪?本文将清晰解释非接触式温度测量的原理和机制。

温度测量基础

红外温度仪无需接触物体即可测量其温度,它通过探测物体发出的“热辐射”(例如红外辐射)来实现测量。它适用于测量难以用接触式温度传感器测量的物体的温度,例如高温物体、运动物体以及温度会受触摸影响的物体。

然而,非接触式测量并不意味着任何物体的温度都能轻松准确地测量。测量结果会受到物体材质、表面状况、辐射率、测量距离、测量范围以及周围环境的影响。

在这里,我们将解释红外温度仪的基本原理,它为什么可以在不接触的情况下测量温度,以及它与接触式温度计有何不同。

什么是红外温度仪?

在不接触物体的情况下测量表面温度的温度计

红外温度仪是一种非接触式温度计,它检测物体发出的热辐射,并根据该能量确定物体的温度。

虽然肉眼不可见,但具有温度的物体会发射电磁波。传统的红外温度仪主要利用红外波段的热辐射来测量温度。

其主要优势在于可以远距离测量温度,无需将温度传感器直接贴附在物体上。而传统的红外温度仪只能检测物体表面的热辐射,无法直接测量物体内部的温度。

红外温度仪和红外线温度计有什么区别?

除了“红外温度仪”之外,你可能还会看到“红外线温度计”、“红外温度计”和“高温计”等名称。

在英语中,根据应用和上下文可以使用多种表达式,例如Radiation Thermometer、Infrared Thermometer、Infrared Radiation Thermometer和Pyrometer。由于典型的非接触式温度测量使用红外区域,因此名称“红外温度计”也被广泛使用。

尽管术语上可能存在差异,但在本文中,我们将把通过检测物体的热辐射来确定其温度的非接触式温度计称为“红外温度仪”。

红外温度仪如何做到不接触式测量温度?

有温度的物体会产生热辐射

有温度的物体根据其温度向周围发射电磁波。这种现象称为“热辐射”。

一个常见的例子是,高温金属会呈现红色。在极高的温度下,部分辐射能量会以可见光的形式显现出来。即使在肉眼不可见的温度范围内,热辐射依然存在,红外温度仪正是利用这种热辐射来测量温度。

温度会改变辐射的能量

物体发出的能量与温度有关。物体温度越高,热辐射能越强,其波长分布向短波长方向移动。

描述温度与热辐射波长分布之间关系的基本定律是“普朗克辐射定律”。红外温度仪正是利用温度与热辐射之间的这种物理关系,在不接触物体的情况下测定其温度。

实际的红外温度仪会检测特定波长范围内的热辐射,具体波长范围取决于被测温度范围和被测物体的特性。

检测热辐射并转换成温度

红外温度仪大致由三部分组成:收集光的部分、将光转换成电信号的部分和将电信号转换成温度的部分。

物体 → 热辐射 → 光学系统 → 检测元件 → 信号处理 → 温度显示/输出

这里一个常见的误解是“红外温度仪将红外光照射到物体上并测量反射光”。

传统红外温度仪并不向物体发射红外辐射来测量温度,而是通过接收物体自身发出的热辐射来确定温度。

有些型号配备了激光标记,但激光主要用于确认测量位置,而不是使用激光本身测量温度。

红外温度仪测量的是什么温度?

基本上测量的是物体的表面温度

红外温度仪利用物体表面的热辐射进行测温。因此,它们通常被用作测量物体表面温度的仪器。

例如,您可以测量炉子中材料的表面、运输过程中的产品以及加热的金属表面,而无需直接接触。

另一方面,由于内部温度无法从表面直接测量,因此无法直接测量。当需要了解内部温度时,接触式温度传感器,例如热电偶或热电阻可能更为合适。

捕捉进入测量视野的热辐射

红外温度仪并非直接测量激光束照射点的温度。实际上,它们探测的是来自红外温度仪可见范围内的热辐射。

一般来说,测量范围会随着与物体距离的变化而变化,因此有必要检查被测物体的大小与红外温度仪的测量距离和直径之间的关系。

如果测量对象对于测量视野来说太小,则可能会受到来自背景等的热辐射的影响,并且可能无法测量预期的温度。

测量结果会因辐射率

即使温度相同的物体,也会因其材质和表面状况的不同而散发不同的热量。表征这种差异的一个重要指标是“辐射率”。

辐射率是一个表示物体辐射热辐射量的数值,黑体(理想的完美辐射体)的发射率设为 1。对于大多数物体,其值介于 0 和 1 之间,并且会因表面粗糙度和氧化状态等因素而变化,即使是同一种材料也是如此。

金属,尤其是表面光滑的金属,辐射率率低,容易受到周围环境反射热辐射的影响,因此需要格外小心。

红外温度仪和接触式温度计的区别

热电偶和热电阻都是通过接触被测物体来测量温度的。

热电偶和热电阻等温度传感器通过与物体接触或将其插入物体内部来测量温度。

适用于想要测量物体内部温度的情况,或想要在设备上永久安装传感器持续测量温度的情况等。

红外温度仪测量物体发出的热辐射。

红外温度仪无需将传感器与被测物体接触。由于它们通过光学方式探测物体的热辐射,因此可以测量高温,甚至可以远距离测量运动物体的温度。

另外,与接触式温度传感器一样,不需要等待传感器本身达到与测量对象相同的温度,因此能够捕捉到相对快速的温度变化也是其特征。

应该使用哪一种取决于测量对象

比较项目 红外温度仪 热电偶、热电阻等。
测量方法 非接触 接触
主要测量 表面温度 表面、内部等
移动对象 易于测量 有时难以测量
高温对象 可以远距离测量 必须考虑传感器的耐热性
响应 较快 取决于传感器结构和安装条件
辐射率效应 接受 基本上不接受

根据“你想测量什么,在哪里,在什么状态下”选择合适的测量方法并不重要,而不是哪个更好。

红外温度仪适用场景

高温下难以接触的对象

可以从远处测量不易与传感器直接接触的高温对象,如炉内材料、加热金属和玻璃。

移动、旋转的对象

您可以在不停止物体移动的情况下测量在输送机上移动的产品、旋转体以及连续制造的薄膜和薄片。

温度快速变化的对象

由于不需要等待接触引起的热平衡,因此可用于捕捉短时间内加热和冷却的物体等的温度变化。

通过触摸影响的对象

当温度传感器的接触本身会影响物体的温度时,例如薄膜或小零件,非接触测量也很有效。

红外温度仪广泛应用于各种制造工艺中,包括钢铁和金属、玻璃、树脂和薄膜、食品、半导体和电子元件等。

有些红外温度仪

辐射率物体,例如光亮的金属。

表面如镜的金属具有低辐射率,因此不仅容易受到物体自身热辐射的影响,还容易受到周围环境反射热辐射的影响。

小于测量视野的对象

如果要测量的对象相对于测量视野来说太小,则会同时检测到来自背景等的热辐射。对于小零件和细线材等,确认测量距离和测量直径的关系很重要。

通过玻璃和窗户测量

即使是肉眼看起来透明的材料,其对红外辐射的透射方式也未必相同。由于不同材料对不同波长的红外辐射的透射和吸收情况不同,因此在透过窗户进行测量时,必须检查红外温度仪的测量波长以及窗户材料的特性。

有烟、蒸汽、灰尘等的环境

如果红外温度仪与被测物体之间存在烟雾、蒸汽、灰尘等,物体的热辐射可能会在传播过程中被吸收或散射,或者测量光路可能会被阻挡,从而影响测量结果。

使用红外温度仪时,不仅要考虑被测物体,还要考虑到达物体的光路和周围的热源,这些都是测量条件的一部分。

选择红外温度仪时需要检查的事项

要测量的温度范围

首先,确定要测量物体的近似温度范围。每种红外温度仪都有其测量温度范围,不同的测量方法和型号适用于低温和高温测量。

对象物的材质、表面状态

辐射特性因材料而异,例如金属、树脂或玻璃。此外,即使是同一种材料,辐射率也会因表面状况而异,例如光滑表面、氧化表面或粗糙表面。

测量距离和测量直径

使用红外温度仪时,必须检查安装位置到被测物体的距离以及测量区域的大小。务必确保被测物体完全充满测量视野。

响应速度和使用环境

在检测快速移动物体或温度骤变时,还应检查其响应速度。此外,还应考虑红外温度仪安装环境,例如高温炉周围、多尘区域或可能接触水的地方。

致想知道具体选择方法的人

实际的选择标准,包括辐射率、测量距离和D:S比,在红外温度仪指南中有详细解释。

请参阅如何找到最合适的红外温度仪

关于红外温度仪常见问题

红外温度仪和红外线温度计是同一种东西吗?

典型的红外测温仪是红外温度仪,它通过检测物体发出的红外辐射来确定温度。产品和文档中使用了多种名称,例如“红外温度仪”、“红外测温仪”和“红外线测温仪”。

用激光测量温度吗?

传统红外温度仪并不使用激光测量温度。在配备激光指示器的型号中,激光主要用于确认测量位置。温度测量本身是通过检测被测物体发出的热辐射来实现的。

可以用红外温度仪测量内部温度吗?

传统的红外温度仪基本上是通过测量物体表面的热辐射来测量温度,因此不适用于直接测量物体内部的温度。

从远处也能测量温度吗?

虽然可以远距离测量,但仅凭距离是不够的。测量范围会随距离而变化,因此务必确保待测区域完全位于红外温度仪的测量范围内。

红外温度仪和热像仪有什么区别?

这两种方法都是利用热辐射(例如红外线)进行非接触式温度测量。红外温度仪主要用于测量设定测量范围内的温度,而热成像技术的特点是能够将二维温度分布图像化。

正确理解和使用红外温度仪

红外温度仪是一种无需接触物体即可测量物体温度的温度计,它利用物体发出的热辐射进行测量。

它可以用于使用接触式温度传感器难以测量的情况,例如高温物体、移动物体和快速变化的物体。

另一方面,测量结果会受到物体辐射率、表面状况、测量距离、测量直径、测量光路以及周围环境等因素的影响。

与其想着“因为它是非接触式的,我只要把它对准物体就能测量温度”,不如先了解红外温度仪是如何捕捉物体的热辐射的,这才是准确测量温度的第一步。

下一篇文章

您可以找到有关选择红外温度仪、排除测量故障和红外测量的详细信息,这些信息均可根据您的具体需求量身定制。

扩展技术

什么是红外线测量?

我们将介绍一种使用红外线不仅可以测量温度,还可以测量水分,成分,厚度等的机制。

参考信息

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