红外测温系统电路设计

1、红外测温仪系统1. 引言温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。因此，实现对温度的实时测定就显的十分重要。然而，传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。但是，在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0. 75100m 的红外线.红外测温

2、仪就是利用这一原理制作而成的。因此，红外测温仪具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。图1 红外测温仪的测温图2. 红外测温仪系统原理2.1红外测温原理一切温度高于绝对零度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。黑体辐射定律：黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1，其它的物质反射系数小于1，称

3、为灰体。应该指出，自然界中并不存在真正的黑体，但是为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。由于黑体的光谱辐射功率Pb()与绝对温度 之间满足普朗克定理： （1）其中，Pb()黑体的辐射出射度；波长；T绝对温度；c1、c2辐射常数。式（1）说明在绝对温度 下，波长处单位面积上黑体的辐射功率为Pb()。根据这个关系可以得到下图1的关系曲线：图2 黑体辐射的光谱分析从图1中可以看出：(1)随着温度的升高，物体的辐射能量越强。

4、这是红外辐射理论的出发点，也是单波段红外测温仪的设计依据。(2)随着温度升高，辐射峰值向短波方向移动(向左)，并满足维恩位移定理T *m = 2897.8 m*K，峰值处的波长m与绝对温度 成反比，虚线为m 处峰值连线。这个公式告诉我们为什么高温测温仪多工作在短波处，低温测温仪多工作在长波处。(3)辐射能量随温度的变化率，短波处比长波处大，即短波处工作的测温仪相对信噪比高(灵敏度高)，抗干扰性强，测温仪应尽量选择工作在峰值波长处，特别是低温小目标的情况下，这一点显得尤为重要。根据斯特藩玻耳兹曼定理黑体的辐出度 Pb()与温度 的四次方成正比， 即： (2)式中，Pb(T)温度为T 时，单位时间

5、从黑体单位面积上辐射出的总辐射能，称为总辐射度；斯特藩玻耳兹曼常量；T物体温度。式（2）中黑体的热辐射定律正是红外测温技术的理论基础。如果在条件相同情况下，物体在同一波长范围内辐射的功率总是小于黑体的功率，即物体的单色辐出度 Pb()小于黑体的单色黑度()，即实际物体接近黑体的程度。()= P(T)/ Pb(T) (3)考虑到物体的单色黑度()是不随波长变化的常数，即 ()=，称此物体为灰体。它是随不同物质而值不同，即使是同一种物质因其结构不同值也不同，只有黑体=1，而一般灰体0 钢铁工业中使用的红外测温仪占总量的一半以上。炼钢、轧钢、浇铸、淬火时测量控制温度对提高产品的质量起着重要的作用。对

6、炉壁和机械设备热故障的监测为延长使用寿命和安全保障提供依据。2在机械加工中, 测量控制热处理部件的温度对产品质量起着关键的作用。3在化学工业中, 化工设备都在高温高压下工作, 监测设备的热分布状况, 判断设备工作情况, 检测热篙道接口热损耗、热泄漏故障是十分有用的。4在动力、电力业方面, 在运行及带电条件下检测动力设备、配电设备、电缆、电器接头等温度的异常, 为设备的安全运行提供一定的保障。5在建筑业中, 通过对建筑物墙壁、楼面、房顶热分布的检测确定它的绝热、裂漏隐患及缺陷的位置。确定工厂、建筑物热耗的管理。6在农业方面, 土壤、植物表面温度的测量, 粮食、种子烘干过程中温度的测量, 农副产品

7、如烟叶、茶叶加工过程中温度的监测, 中草药烘干、制药温度的监测。7在农业方面, 土壤、植物表面温度的测量, 粮食、种子烘干过程中温度的测量, 农副产品如烟叶、茶叶加工过程中温度的监测, 中草药烘干、制药温度的监测。8在科学研究方面, 由于红外测温仪的突出优点, 使得在特殊试验条件要求一能提供测温手段, 应用范围较广。总之，其应用范围很广，由此可见红外测温仪的用途很大，对工业，农业的发展有着重要的作用。参考文献：1 唐岳湘，赵修良，单健，俞红.红外线人体测温仪电路的设计.测控技术.2006.11:136-1382 陈可中,谭翔,量建杰,辞明晖,王戎丞,肖桂平.红外测温仪的设计.电子测试技术.2007.10(10):11-143 刘海涛，徐亚东.非接触式红外测温仪设计.科