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红外测温系统

本章学习重点

红外测温原理；

红外测温系统传感器opt-538u介绍；

红外测温系统的放大电路分析

红外测温系统的总体设计思路

红外测温系统的软硬件设计

1红外测温原理

温度测量分为接触式和非接触式两大类。

接触式测温

测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。

优点：直观可靠。

缺点：感温元件影响被测温度场的分布；

接触不良等带来测量误差；

高温和腐蚀性介质影响感温元件的性能和寿命。

2、非接触式测温

?感温元件不与被测对象相接触，而通过热辐射进行热交换；

?具有较高的测温上限；

?热惯性小，可达千分之一秒，故便于测量运动物体的温度和快

速变化的温度。

红外测温原理

简介

1800年，赫胥尔首先发现了红外辐射，经过几代科学家100多年的探索、实验与研究，总结出了正确的辐射定律，为成功地研制红外辐射测温仪奠定了理论基础。20世纪60年代以后，由于各种高灵敏度红外探测器、干涉滤光片以及数字信号处理技术的发展，大大促进了红外技术应用的进程。近几十年来，比色测温仪、光纤测温仪、扫描测温仪等满足各种需要的红外测温仪相继出现和不断改进，使红外技术的研究与应用有了新的飞跃。虽然红外测温技术问世的时间并不很长，但是它安全、可靠、非接触、快速、准确、方便、寿命长等不可替代的优势,已被越来越多的企业与厂家所认识和接受，在冶金、石化、电力、交通、水泥、橡胶等行业得到了广泛的应用，成为企业故障检测、产品质量控制和提高经济效益的重要手段。

一、热辐射基本定律

（一）基尔霍夫定律

（二） 斯忒潘一玻耳兹曼定律

（三） 普朗克定律

（四） 维恩位移定律

(一)基尔霍夫定律

1.出射辐射能与吸收辐射能的一致性

辐通量：单位时间内通过某一截面的辐射能，又称辐射功率，

SI单位为瓦。

光谱吸收率：■…表示物体对辐射到其上的辐通量可吸收的比例。

%-)=忙

式中，d?(人,T)为被物体吸收的辐通量； d)为照射到物体

单位面积上的辐通量。

基尔霍夫定律

a人(T)=1:黑体一一能全部吸收辐射到其上

能量的物体(理想)。

a人(T)1:非黑体一一只能部分吸收辐射到其

上能量的物体(实际)。

基尔霍夫证明了：

辐射出射度：从辐射源表面单位面积发射出的辐通量，某一特定波长的辐射出射度称为单色辐射出射度。

物体的单色辐射出射度M「T)与单色吸收比七(T)

的比值为一普适函数匕(T)

f(T)=3

入a(T)

匕(T)与温度及波长有关。

热平衡时物体向四周的辐射功率等于它能吸收的功率。

M「T)=aIT)Mo(T)

其中，Mo(T)为黑体在温度T时的光谱辐射出射度；x

M^(T)为非黑体在温度T时的光谱辐射出射度。

fx(T)=M0(T)

基尔霍夫定律：在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。

光谱发射率￡(T):实际物体与黑体在温度Tx

时的光谱辐射出射度之比。

MJT1=￡(t)

M0(T) x

x

结论￡

结论

￡(T)=a(T)

则：物体的光谱发射率等于其光谱吸收率。

吸收辐射能力强的物体，受热后向外辐射的能力也强;

(二)斯忒潘一玻耳兹曼定律

物体辐射出射度与温度间的关系

?温度为T的绝对黑体，单位面积元在半球方向上所发射的全部

波长的辐射出射度与温度T的四次方成正比。

Mo(T)=bT4

对于非黑体的一般物体:

M(T)=￡bT4

式中：七为温度为T时全波长范围的材料发射率，也称为黑度系数;

b为斯忒潘一玻耳兹曼常数；b=5.67032x10-8W-m-2K-4

T为物体的热力学温度

辐射式温度计测温的理论根据。

2红外测温系统传感器opt-538u

介绍

?otp-538u是一个热电堆传感器，具116种热电偶元素，传感器芯片经由微细加工，可快速反应环境里的温度改变，导致输出端电压响应，

?红外温度传感器：OTP-538U

传感器的特性:

Parameter

Min

Typ

Max

Unit

Conditions

OutputVoltage

0.77

1.44

mV

Tamb=25CTobj.=50C

Sensitivity

70

85

100

V/W

*

TCofsensitivity

0.10

0.11

0.12

%/K

Typical

Sensitivityareaindiameter

545

ILm

Resistanceofthermopile

50

65

80

KQ

25cC

T