孫巖

摘要：文中簡要概述了紅外測溫儀的測溫原理，通過輻射源尺寸效應(yīng)實驗進一步說明紅外測溫儀受到輻射源直徑大小的影響情況。最后提到在計量紅外測溫儀時需要注意的問題，以得到更加準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

關(guān)鍵詞：紅外測溫儀；黑體輻射源；輻射源直徑；發(fā)射率

Discussion on the Measurement of Infrared Thermometer

SUN Yan

（Fujian? Metrology Institute， Fuzhou 350003， Fujian， China）

Abstract： This paper briefly summarizes the temperature measurement principle of infrared thermometer，the size effect experiment of radiation source further shows that the infrared thermometer is affected by the diameter of radiation source.Finally， the problems needing attention in measuring infrared thermometer are mentioned in order to get more accurate measurement results.

Key Words： Infrared thermometer; Blackbody radiation source; Radiation source diameter; Emissivity

1測溫原理

紅外測溫儀的測溫原理為利用普朗克黑體輻射定律，根據(jù)輻射體的輻射特性與溫度的關(guān)系來測量輻射體的表面溫度[1]。普朗克黑體輻射定律如公式（1）所示。

其中：

為物體表面溫度，K；

λ為波長，m；

b（λ，T）為黑體的光譜輻射亮度，W·m-3·sr-1；

1為第一輻射常數(shù)，1=3.7418×10-16 W·m2；

2為第二輻射常數(shù)，2=1.4388×10-2m·K。

紅外測溫儀一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測器、信號處理部分和顯示輸出部分組成[2，3]。光學(xué)系統(tǒng)接收輻射體的紅外輻射能量，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換以及信號處理后將所獲得的電信號通過函數(shù)關(guān)系換算成溫度示值輸出顯示。因此在檢定校準(zhǔn)以及用戶使用過程中，一定要保持光學(xué)系統(tǒng)的清潔，并盡量保證測量環(huán)境有較好的能見度。

2輻射源尺寸效應(yīng)實驗

輻射源尺寸效應(yīng)（SSE）是指當(dāng)測量距離一定時紅外測溫儀測量值依賴被測物體大小的效應(yīng)[4]。SSE函數(shù)計算公式為：

其中：

T（r），T（rmax），為紅外測溫儀測量半徑為r和rmax的輻射源時的示值，K；

Tb一般可取環(huán)境溫度，K；

λ為紅外測溫儀的極限有效波長，m。

下面通過兩組實驗進一步了解紅外測溫儀的輻射源尺寸效應(yīng)。

2.1相同儀器不同溫度的SSE曲線對比

實驗條件如下：某型號工業(yè)用紅外測溫儀，響應(yīng)波長（8～14）μm，測量距離900mm，環(huán)境溫度21℃，實驗用黑體面源。通過光柵改變輻射源直徑，設(shè)定黑體200℃和400℃兩個溫度點下測量被檢器的溫度示值，得到不同溫度下的儀器示值數(shù)據(jù)如表1所示。

考慮評定紅外測溫儀不確定度時其他因素的影響，可以得到實驗結(jié)論：在固定測量距離的情況下，同一臺儀器的SSE函數(shù)曲線是固定的，不受測量溫度的影響。

2.2不同型號儀器的SSE曲線對比

實驗條件如下：型號FLUKE-66與型號testo-830工業(yè)用紅外測溫儀，響應(yīng)波長均為（8～14）μm，測量距離900mm，環(huán)境溫度21℃，實驗用黑體面源。通過光柵改變輻射源直徑，設(shè)定黑體溫度200℃時經(jīng)過實驗得到同一溫度下不同型號的儀器示值數(shù)據(jù)，如表2所示。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)得到兩臺儀器的SSE函數(shù)曲線，如圖1所示。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以得到結(jié)論，SSE函數(shù)曲線變化越小，儀器示值受輻射源直徑的影響越小。但不能說明在測量距離固定的情況下，被測目標(biāo)視場越大越接近真實值。對于用戶來說一般建議測試視場不小于被測目標(biāo)直徑的1.25倍[5]，當(dāng)被測目標(biāo)較小且無法近距離測量時，可以選擇距離系數(shù)較大（例如D：S為30：1）的紅外測溫儀，受到輻射源直徑影響較小。

3計量過程中需注意的問題

3.1測量距離

通常紅外測溫儀的說明書中會說明該儀器的距離系數(shù)（D：S），一種情況為距離系數(shù)為固定值，另一種情況為距離系數(shù)有三種數(shù)值，下面一組實驗討論同一臺儀器說明書所給的三組建議測量距離下的儀器示值差別。

實驗條件為某型號工業(yè)用紅外測溫儀，說明書給其三組D：S數(shù)據(jù)為62/1500、30/900、24/300，實驗用黑體面源，黑體設(shè)定溫度200℃，環(huán)境溫度21℃。實驗數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知三組條件下的儀器示值存在明顯差別，因此在計量紅外測溫儀時，一方面，校準(zhǔn)時可以考慮復(fù)現(xiàn)出廠條件，在某一校準(zhǔn)條件下校準(zhǔn)證書上的測量結(jié)果最接近真實值，用戶使用的時候也要盡量復(fù)現(xiàn)校準(zhǔn)證書上的校準(zhǔn)條件。另一方面，在輻射源直徑允許的條件下可以尋找D：S最大值點，因為D：S最大值點為設(shè)計距離，此時儀器的約定接收能量應(yīng)為90%或95%，即此時SSE為0.9或0.95。

3.2發(fā)射率修正

根據(jù)JJG 856-2015《工作用輻射溫度計》檢定規(guī)程，在計量紅外測溫儀時，對于發(fā)射率可調(diào)的紅外測溫儀，應(yīng)將發(fā)射率設(shè)置為1.00后進行檢定校準(zhǔn)[6]。對于發(fā)射率固定為0.95的紅外測溫儀，應(yīng)根據(jù)被檢器的響應(yīng)波長對測量結(jié)果進行修正。必要時還應(yīng)考慮黑體發(fā)射率不為1情況的示值修正。此外，計量過程中還應(yīng)注意環(huán)境條件的影響，保持被檢器的光學(xué)系統(tǒng)潔凈，以得到更為準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

4結(jié)論

文中對紅外測溫儀的測溫原理進行了簡要闡述，通過幾組實驗介紹了紅外測溫儀的輻射源尺寸效應(yīng)影響，提出在使用過程中要針對具體被測目標(biāo)直徑具體確定測量距離。同時簡單總結(jié)了計量紅外測溫儀時所需要注意的問題，以實現(xiàn)對紅外測溫儀更加精準(zhǔn)的溫度計量，對于用戶來說也可以更加明確紅外測溫儀的使用注意事項。

參考文獻

[1]張少華，姚國瑞，陳大鵬，等.基于熱釋電效應(yīng)的非接觸式紅外測溫儀的設(shè)計[J].電腦科學(xué)與技術(shù)，?2021，17（17）：239-243.

[2]俞聯(lián)夢.紅外測溫儀測溫系統(tǒng)準(zhǔn)確性研究[J].信息技術(shù)與信息化， 2020，（03）：69-71.

[3]史恩忠，楊寶華.紅外測溫儀檢定誤差原因剖析及對策[J]. 上海計量測試， 2014，41（05）：21-22.

[4]工作用輻射溫度計：JJG 856-2015[S].

[5]金輝，王曉嵐，孫健.紅外測溫儀測量準(zhǔn)確度的影響因素分析及修正方法[J].上海計量測試，2019，?46（05）： 34-38.

[6]高原，胡蓉.紅外測溫儀示值的影響因素[J].計測技術(shù)，?2012，32（05）：38-40.