RE200B红外测温系统电路设计

红外测温仪系统红外测温仪系统 1. 1. 引言引言 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. 75～100μm 的红外线. 红外测温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. 2. 红外测温仪系统原理红外测温仪系统原理 2.12.1 红外测温原理红外测温原理 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PbλΤ与绝对温度Τ 之间满足普朗克定理 c 1  5 （1） P b  T   ex p c 2 T  1 其中，PbλΤ黑体的辐射出射度； λ波长； T绝对温度； c1、c2辐射常数。 式（1）说明在绝对温度Τ下，波长λ处单位面积上黑体的辐射功率为PbλΤ。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。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 *λm 2897.8 μm*K，峰值处的波长λm与绝对温度Τ 成反比，虚线为λm 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 PbΤ与温度Τ 的四次方成正比， 即 P b T T4 2 式中，PbT温度为T 时，单位时间从黑体单位面积上辐射出的总辐射能， 称为总辐射度； σ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 PbΤ小于黑 体的单色黑度ελ，即实际物体接近黑体的程度。 ελ PT/ PbT3 考虑到物体的单色黑度ελ是不随波长变化的常数，即ε λε，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ε1，而一般灰 体0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.2006.11136-138 [2] 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. 101011-14 [3] 刘海涛，徐亚东.非接触式红外测温仪设计.科学论坛.20113181-84 [4] 任婷婷，张雯，梁志华.浅谈红外人体测温法.计量与测试技术.2008.351244-46 [5] 吴海洋，魏计林，邱选兵.一种基于ARM的人体红外测温系统.红外.2011.334-38