红外光电探测器在测温方面的应用

一、工作原理

一切温度高于零度（-273℃）的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。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。　
　　物体发射率对辐射测温的影响：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，其值在零和小于1的数值之间。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。
影响发射率的主要因素在：材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。
当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例；双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。

红外测温仪由以下四个部分组成，即光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理和显示输出。光学系统收集目标的辐射能，并将它聚焦在探测器上（探测器置于光学系统的象平面上），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。

红外测温仪方块图

探测器类型的选择与测温仪的工作波段有关。选择工作波段的原则是：在所选工作波段内目标辐射功率大、发射率较高、大气吸收小、有合适的高灵敏度的探测器等。一般用于高温测量（800℃以上）时，选择波长短、光谱带宽很窄的波段范围，这就是亮度测温仪，低于800℃的目标，则选波长较长，光谱带宽很宽的工作波段，通常称宽波段的测温仪为部分辐射测温仪。亮度测温仪可选择光电探测器；部分辐射测温仪和全辐射测温仪可采用热电探测器或光电探测器。

二、确定红外测温仪波长范围

目标材料的发射率和表面特性决定红外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zui*波长是近红外，可选用0.8～1.0μm。其他温区可选用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由于有些材料在一定波长上是透明的，红外能量会穿透这些材料，对这种材料应选择特殊的波长。如测量玻璃内部温度选用1.0μm，2.2μm和3.9μm（被测玻璃要很厚，否则会透过）波长；测玻璃表面温度选用5.0μm；测低温区选用8～14μm为宜。如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm，聚酯类选用4.3μm或7.9μm，厚度超过0.4mm的选用8-14μm。如测火焰中的CO用窄带4.64μm，测火焰中的NO2用4.47μm。

玻璃行业：温度段：150℃-1800℃；     波段：5um

薄膜塑料行业：温度段：10℃-800℃；       波段：7.9um

其他行业：温度段：600℃-3000℃；     波段：1um

          温度段：200℃-1800℃       波段：1.6um