近几年来,对温度的精确测量在工业应用中已经变得日益重要.温度

1、近几年来，对温度的精确测量在工业应用中已经变得日益重要。温度超乎寻常的变化往往预示生产过程出现问题（如出现次品），或者某种已经存在的或即将出现的设备故障。同时，使用热电偶与其他接触式测量技术通常是不切实际的。由于目标的收缩，由接触方法导致的误差增大。因为传感器损耗被检测物体的热量，因此影响了（或改变）正在测量的系统（正像海森堡的测不准原理所说）。再说，接触式测量技术中的传感器仅接触目标物体的特定位置，而非接触式测量技术可以扫描整个表面以便决定哪个区域需要进一步仔细检查，然后更加细致地检测这个区域。既然在大多数场合下，温度过高的位置和其他潜在的缺陷因产品的不同而不同，即使最好的热电偶测温法有可能

2、无法正确地检测这些温度过高的位置，何况很多应用场合中，传感器和被检测目标无法接触在一起。Frost and Sullivan的工业研究分析员Daniela Carillo特别提到虽然接触式传感器仍然具有价格优势，然而非接触式传感器更为耐用。因为它们不会因接触而磨损。由于非接触式温度传感方法具有以上这些优势，自从Control Engineering前一次（2001年6月）刊登文章，讨论非接触式温度传感技术可以替代接触式温度传感技术之后，转向使用这些非接触测量工具的用户已经大大增加。追求更好的不仅对非接触式温度传感器的需求不断增长，而且非接触式温度测量的方法本身也已经有很大提高。传感器的尺寸减小

3、，而用于分析的硬件和软件的性能也明显提高，相同性能传感器的价格不断降低。因此，越来越多的制造商选择非侵入式测量技术。所有证据显示这种趋势将继续。 所有在绝对零度即0K以上的物体都辐射红外线（可见红光以下的不可见光，波长在0.71000微米之间），红外线辐射的能量直接对应于物体的温度。准确的测量温度而不接触物体要求检测这种辐射能量以及补偿任何由于周围反射而散逸的能量。反射能量的多少依赖于物体的辐射能力，即物体反射程度的度量。下面的红外测温图以及Omega Engineering公司提供的信息说明了基本的仪器设计。它包括一组用于收集目标物体辐射能量的透镜，一个检测器将这种能量转化为电信号，一个辐射

4、调节器、一个周围温度补偿器以减少测量误差。选择性的滤除进入的IR（红外）信号可以大大改进设计。更敏感的检测器和更稳定的信号放大器可以消除外部环境的干扰。比如，仅仅使用814微米范围的红外线，可以避免长距离测量路径中潮湿大气所引起的干扰；波长为7.9微米的光用于测量特定胶片塑料；而3.86微米的红外线可以避免火焰和可燃性气体中二氧化碳和水蒸气的干扰。使用选择性滤波器实现准确测量需要仔细考虑较短和较长波长之间的响应。这种响应与目标物体或者处理过程的温度范围有关。当温度升高时，能量峰值移向较短波长一端。 红外式温度测量在过程控制中应用广泛。如在钢铁厂等企业，那里温度很高而不能使用接触式测量技术，以及

5、有高压设备或者具有腐蚀性的应用，这时非接触式测量的优势非常明显。即使在条件相对较好的生产过程中，温度图（生动的图像）能够很容易发现温度过高的位置和其他异常，这也许指示过程不平衡，从而发出信号要求通风或采取纠正措施。非接触式温度测量的一种日益普遍的应用是预测预防性维护项目(PPM)。PPM利用工厂设备和系统的实际运行历史数据来安排维护日程，因此优化工厂的运行。位于田纳西州Knoxville的Integrated Systems公司是一家预测性维护顾问公司，其首席执行官Keith Mobley先生描述综合性PPM项目是利用最具有低成本高效益特征的工具-包括热图和振动成像-来检测工厂关键系统和设备的

6、实际运行状况，并按照分析结果来合理安排生产机器的维护计划，因此大大减少维护成本。按照Mobley先生的估计，设备维护费用占商品制造成本的15%到60%，在美国大约为2000亿美元左右。他还估计大约有三分之一的维护费完全浪费在不必要或者不适当的维护中。然而像PPM这样相对简单的预先采取措施的维护技术，在大多数工厂也很少用。法国巴黎的Idtect是一家预测性维护公司，他们估计只有0.5%的总维护费用是用于预测性维护。但是他们预计在未来几年内这一数字会大幅度增加。在此之外是什么 非接触式温度测量产品可分为两大类。简单传感器和温度计能提供一般信息、合理的价格，但不能提供高分辨率或高测量精度。廉价的热成

7、像仪价格大约为1,500美元，可以提供在聚焦平面阵列上256个热像素。对于粗糙的成像已经足够，但不适用于要求详细信息的任务。简单的红外温度计价格为一百或几百美元。可以测量温度和保存数据，但也许不具备长期保存数据或对数据进一步分析所需要的PC机接口。按照Wavetek Meterman公司产品经理Jim Shields的说法，许多红外测量应用只要求扫描目标物体的表面，而不要求仔细的校准或紧密跟踪数值。在这些情况下，测量大多是比较性的，在一段时间内以一定时间间隔测量同一位置的温度。仪器用于检测生产的状态，寻找不正常的温度变化因而发现生产是否在控制范围内。例如，检查一组电机轴承的应用中，如果轴承过度

8、磨损或者润滑不充分，即使不需要准确的测量也可以检测到温度大幅度上升。这种情况下，温度的实际数值与温度的变化相比并不重要。利用温度变化来触发某种动作，比如调节过程参数或者关闭生产线，以便重新润滑轴承或者更换轴承。另一个相似的例子，在大型工厂，通过检测加热和冷却输送管道周围空气的温度来决定环境控制系统的效率。温度的稳定性在许多应用中是至关重要的-制药厂是典型的例子。即使不用综合性的软件分析，仅从扫描工具收集来的测量数据，也能暴露出现问题的地方。另一类产品是复杂的热成像仪，价格在35,000美元以上。这类产品通常有很多功能，包括高分辨率-聚焦平面上有20,000个热像素，以及必要的软件来帮助制造工业

9、在重要的生产过程中精确地检测温度；或者检测设备、产品中存在缺陷的可能性。介于这两类产品之间，市场正出现一种新的热成像仪，它具有高价格产品的测量性能，但是附加功能较少。这类产品的销售商希望提供高端产品的性能，但减少测量后处理功能，以降低产品价格。通常在10,000美元以下。非接触温度传感技术开始大显身手技术分类:仪表与过程传感器 Stephen Scheiber, Control Engineering 编辑顾问 发表时间：2003-10-10 有效的成像按照Raytek公司市场部经理Fernando Lisboa的说法，工业应用中成功的热成像仪必须包括下列功能：n  温度测量（辐射测

10、量能力）。一些仪器仅仅提供热成像，这对于某些应用已经足够，比如消防和法律认定等，在这些应用中，仪器仅仅用于发现过热地点，然而，工业制造通常需要实际的温度数值。n  快速目标扫描。一些中间范围的产品（价格大约在$13,000美元到$15,000美元之间）能够测量温度以及相关的热成像。但是缺乏快速扫描的能力。一般设备包括应用可变化的临界角度检查多于2,000个位置。快速成像允许扫描一个目标并快速移动到下一个位置。n  全功能的热分析软件包。用户需要一种工具来组织和分析热成像以及其他仪器的测量结果，用于改进生产过程、故障诊断以及设备监测等。 n  培训。虽然热成像不是很

11、复杂难懂的技术。但要获得最好的性能需要了解如何最好地利用热成像仪。在这个意义上，并不需要培训如何使用仪器，而是如何将仪器应用到目标测量中。这种培训需要事先进行而不是事后，教授用户在遇到问题之前如何解决。 软件的作用 随机附带的软件与测量仪器本身同样重要。对于温度计和其他的简单系统，“软件”是操作员记录读数以便与过去的和将来的数据比较。复杂的基于PC的软件工具则包括很多功能特性。例如，成像系统的直接软件控制允许以很高速率采集和分析大量的区域。Ircon公司的成像分析系统允许用户设置单个区域的辐射率，以及检测任何信号损失，提高测量准确度和相关分析能力。回放控制工具允许查看先前采集的图像文件，以不同

12、速率查看这些文件，用户可以找到产品出现故障的地方或者过程超过规定极限的时间。在特定应用中精确控制过程的温度特别重要。例如，医疗设备的软容器和IV软容器的生产中，需要仔细控制密封的温度。温度过高或者过低会导致袋子密封不好。交互式软件允许设置实时报警，以便按照预定的条件停止生产。 过程控制 Delphi Packard Electric公司的质量协调员Mickey Anderson对热成像仪在过程环境的重要性有第一手资料。Delphi在Clinton工厂有超过200个注模装置。在每个步骤中热水或冷水送入热交换器以便控制模具中塑料的温度。热水与冷水的混合比例决定模具的温度。热水和冷水通过4个管道传递

13、。正确的温度与模具中的塑料和制造过程的阶段有关。最近模具中的一个热交换器不能维持正确的温度。在正常情况下，底部的管道应该是最冷的。Flir Systems公司的P-60仪器所生成的“4个管道”的热图，说明管道分布不正确。最冷的管子为从上向下的第二个。简单的重新安排管线解决了问题，提高了产品质量。减少了检测过程的人力。另一个例子，Anderson发现两个12马力DC直流驱动电机运行温度超过250°F，接近于这种设备将损坏的温度。简单的清洁上端安装的鼓风电机、风扇和过滤器，直流电机即冷却到143°F-正常工作温度。这种直流电机损坏，每台要花费Delphi公司5,000美元，这充分说明了这种检查的好处。继续前进 很明显，如果一个过程有混合良好的液体或者润滑剂，并且设备运转良好，接触式温度测量或者根本不需要测量都可以。然而，设备和过程通常并不是运转良好。这样的话，红外