安 壯，張 鳳

（大連科技學(xué)院，遼寧 大連 116019）

與接觸式測(cè)溫儀器相比，熱輻射紅外測(cè)溫儀具有操作簡便、測(cè)量速度快、精度高、無損傷等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。在生產(chǎn)領(lǐng)域，熱輻射紅外測(cè)溫儀被廣泛應(yīng)用于各種工藝過程中的溫度測(cè)量，解決熱輻射紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫誤差問題具有重要的實(shí)際意義。本文針對(duì)熱輻射紅外測(cè)溫儀測(cè)溫影響因素展開了研究和分析。通過綜合比較不同因素對(duì)測(cè)溫精度的影響，得出了一些結(jié)論。環(huán)境溫度、濕度和氣壓是影響測(cè)溫精度的重要因素。目標(biāo)物表面的發(fā)射率和反射率、目標(biāo)物形狀和尺寸也會(huì)對(duì)測(cè)溫精度產(chǎn)生一定的影響。測(cè)溫儀本身的特性，如波長范圍、響應(yīng)時(shí)間和檢測(cè)距離等，也會(huì)對(duì)測(cè)溫結(jié)果產(chǎn)生影響。

1 熱輻射紅外測(cè)溫儀測(cè)溫的意義

1.解決熱輻射紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫誤差問題具有重要的實(shí)際意義。熱輻射紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫誤差直接影響到生產(chǎn)制造與工業(yè)生產(chǎn)中的溫度控制和監(jiān)測(cè)，特別是在高溫環(huán)境和特殊工況下，準(zhǔn)確的溫度測(cè)量對(duì)于保證生產(chǎn)質(zhì)量和安全至關(guān)重要。通過減少測(cè)溫誤差，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

2.解決熱輻射紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫誤差問題可以推動(dòng)紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用范圍。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)精確、快速、非接觸式溫度測(cè)量的需求不斷增加。通過解決熱輻射紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫誤差問題，可以提高其表現(xiàn)和可靠性，進(jìn)一步推動(dòng)紅外測(cè)溫技術(shù)在醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、建筑、能源等領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.解決熱輻射紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫誤差問題可以提高工程和安全防護(hù)領(lǐng)域的精確度和可靠性。在一些特殊環(huán)境下，例如高溫工況、爆炸性氣體環(huán)境等，準(zhǔn)確的溫度測(cè)量對(duì)于工程設(shè)計(jì)和安全防護(hù)具有重要意義。通過減少熱輻射紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫誤差，可以提高工程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)人員和裝置的安全[1]。

2 熱輻射紅外測(cè)溫儀的工作原理

2.1 紅外輻射測(cè)溫原理

紅外輻射測(cè)溫是利用物體發(fā)射的紅外輻射能量與其溫度之間的關(guān)系來進(jìn)行測(cè)量的一種技術(shù)方法。物體的溫度越高，它發(fā)射的紅外輻射能量就越大。這是因?yàn)樗形矬w都會(huì)以輻射的形式釋放能量，包括可見光和紅外光。而紅外光波長較長，不可見于肉眼，但可通過紅外傳感器來進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)前常用的紅外輻射波段主要分為近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外三個(gè)波段。

近紅外波段的波長范圍為0.76～2.5 微米，其優(yōu)點(diǎn)是可以用偏振濾光片來消除反射干擾，然而，近紅外波段的能量較低，只適用于測(cè)量高溫動(dòng)態(tài)物體的溫度。中紅外波段的波長范圍為2.5～25 微米，這是很多紅外熱成像儀普遍采用的波段，因?yàn)樗妮椛淠芰枯^高，可以較好地保證測(cè)溫的準(zhǔn)確性。而遠(yuǎn)紅外波段的波長范圍為25～1000 微米，這一波段的紅外輻射能量較低，多用于紅外輻射測(cè)溫儀的表面溫度測(cè)量。

紅外輻射測(cè)溫的傳感器原理主要使用了熱電偶、熱電阻、熱敏電阻和非接觸式紅外輻射測(cè)溫傳感器等。其中，熱電偶和熱電阻的工作原理是基于熱敏效應(yīng)，即根據(jù)物體的溫度與材料的電阻或電勢(shì)差之間的關(guān)系來測(cè)量紅外輻射能量。而熱敏電阻則是根據(jù)熱電阻的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的，可以根據(jù)材料的電阻變化來判斷物體的溫度[2]。

2.2 紅外測(cè)溫儀的工作原理

紅外測(cè)溫儀是一種非接觸式的溫度測(cè)量設(shè)備，它可以通過測(cè)量物體發(fā)出的紅外輻射來獲取物體的溫度。熱輻射紅外測(cè)溫儀是一種常見的紅外測(cè)溫儀，其工作原理可以簡述為：利用物體的熱輻射能對(duì)紅外傳感器進(jìn)行非接觸測(cè)溫，然后將紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度值。

紅外測(cè)溫儀主要由紅外傳感器、光學(xué)系統(tǒng)和信號(hào)處理單元組成。其中，紅外傳感器是紅外測(cè)溫儀的核心部分，它用于接受物體發(fā)出的紅外輻射能，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，常見的紅外傳感器包括熱電偶型、熱電阻型和半導(dǎo)體型。

熱電偶型紅外傳感器基于熱電偶效應(yīng)工作，其工作原理是當(dāng)物體發(fā)出紅外輻射時(shí)，紅外傳感器感受到的輻射能會(huì)使兩個(gè)熱電偶產(chǎn)生溫差，從而產(chǎn)生電勢(shì)差。通過測(cè)量這個(gè)電勢(shì)差，可以計(jì)算出物體的溫度。

熱電阻型紅外傳感器則基于熱電阻效應(yīng)工作，其工作原理是利用物體的熱輻射將熱量傳遞給一個(gè)熱電阻，在熱量的作用下，熱電阻的電阻值會(huì)發(fā)生變化。通過測(cè)量熱電阻的電阻值的變化，可以得到物體的溫度[3]。

3 熱輻射紅外測(cè)溫儀測(cè)溫的影響因素

3.1 環(huán)境溫度的影響

熱輻射紅外測(cè)溫儀是一種利用物體自身的輻射能量來測(cè)量其表面溫度的設(shè)備。在測(cè)溫過程中，環(huán)境溫度是一個(gè)不可忽視的因素，它對(duì)傳感器的溫度測(cè)量準(zhǔn)確性有著重要的影響。

環(huán)境溫度會(huì)對(duì)傳感器本身的溫度產(chǎn)生影響。傳感器是熱輻射紅外測(cè)溫儀中最關(guān)鍵的部分，它用于感知物體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行處理。由于環(huán)境溫度的存在，傳感器的溫度不可避免地會(huì)受到環(huán)境的影響，從而造成溫度測(cè)量的誤差。若環(huán)境溫度過高，傳感器溫度會(huì)上升，導(dǎo)致測(cè)溫?cái)?shù)值偏高；反之，若環(huán)境溫度過低，傳感器溫度則會(huì)下降，使得測(cè)溫?cái)?shù)值偏低。因此，環(huán)境溫度與傳感器溫度的變化密切相關(guān)，需要通過溫度補(bǔ)償來降低環(huán)境的影響。

顯而易見地，環(huán)境溫度對(duì)物體的表面溫度也會(huì)有一定的影響。在物體表面散發(fā)的紅外輻射中，包含了物體本身的輻射能量和環(huán)境溫度的影響。由于環(huán)境溫度的存在，物體表面的紅外輻射會(huì)受到環(huán)境溫度的干擾，導(dǎo)致溫度測(cè)量的不準(zhǔn)確。這是因?yàn)闊彷椛浼t外測(cè)溫儀所測(cè)量的是物體表面的有效溫度，而有效溫度受到環(huán)境溫度的影響較大。因此，為了準(zhǔn)確測(cè)量物體的表面溫度，必須通過環(huán)境溫度的補(bǔ)償，將環(huán)境溫度的影響排除在外，以確保測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確性。

環(huán)境溫度對(duì)熱輻射紅外測(cè)溫儀的溫度測(cè)量具有重要影響。為了提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性，需要根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)傳感器溫度的影響進(jìn)行相應(yīng)的溫度補(bǔ)償。只有在對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的補(bǔ)償和校準(zhǔn)的情況下，熱輻射紅外測(cè)溫儀才能夠獲取到更準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)，從而滿足各種使用場(chǎng)景下的需求。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，重要性給予環(huán)境溫度的考慮以及正確使用溫度補(bǔ)償技術(shù)是不可或缺的。

3.2 被測(cè)物體表面特性的影響

被測(cè)物體的表面特性是影響熱輻射紅外測(cè)溫儀測(cè)溫的重要因素之一。不同的物體表面特性對(duì)紅外輻射的吸收和反射有著明顯的差異，導(dǎo)致了測(cè)溫誤差的出現(xiàn)。

被測(cè)物體的表面顏色對(duì)紅外輻射的吸收和反射有著顯著的影響。黑色物體對(duì)紅外輻射的吸收能力較強(qiáng)，能夠迅速吸收熱量，并且以紅外輻射的形式釋放出去。而相比之下，白色物體對(duì)紅外輻射的吸收能力較弱，更多的是將紅外輻射反射出去。因此，在測(cè)量黑色物體時(shí)，測(cè)溫儀會(huì)準(zhǔn)確地獲取物體的表面溫度；而對(duì)于白色物體，測(cè)溫誤差會(huì)相對(duì)較大[4]。

總的來說，被測(cè)物體的表面特性對(duì)熱輻射紅外測(cè)溫的影響是不可忽視的。不同的表面特性會(huì)導(dǎo)致紅外輻射的吸收和反射差異，進(jìn)而引起測(cè)溫誤差的產(chǎn)生。為了提高測(cè)溫的準(zhǔn)確性，我們?cè)谑褂脽彷椛浼t外測(cè)溫儀時(shí)，需要針對(duì)被測(cè)物體的表面特性進(jìn)行合理的選擇和處理，以減小測(cè)溫誤差的產(chǎn)生。同時(shí)，對(duì)于測(cè)溫誤差的來源，我們也應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)熱輻射紅外測(cè)溫儀工作原理和表面特性的研究，以提高測(cè)溫的精確度和可靠性。

4 熱輻射紅外測(cè)溫儀測(cè)溫誤差分析

4.1 基于環(huán)境溫度的補(bǔ)償算法

基于環(huán)境溫度的補(bǔ)償算法是熱輻射紅外測(cè)溫儀中常用的一種算法，它通過測(cè)量環(huán)境溫度并根據(jù)測(cè)得的環(huán)境溫度值進(jìn)行相應(yīng)的溫度補(bǔ)償，來減小測(cè)溫誤差。這種算法的優(yōu)點(diǎn)在于簡單易行，可以通過熱敏電阻等傳感器直接測(cè)量環(huán)境溫度，并將測(cè)得的環(huán)境溫度值傳給溫度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。這樣一來，不僅可以消除由于環(huán)境溫度變化引起的溫度測(cè)量誤差，還能提高測(cè)溫儀的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。

基于環(huán)境溫度的補(bǔ)償算法還存在一些局限性。由于環(huán)境溫度的測(cè)量可能受到測(cè)溫儀自身溫度分布的影響，因此，當(dāng)測(cè)溫儀自身溫度不均勻時(shí)，基于環(huán)境溫度的補(bǔ)償算法可能會(huì)引入一定的誤差。同時(shí)，由于環(huán)境溫度的測(cè)量需要時(shí)間和能源，對(duì)于一些需要快速響應(yīng)和節(jié)能的應(yīng)用場(chǎng)景來說，基于環(huán)境溫度的補(bǔ)償算法可能不太適用[5]。

基于環(huán)境溫度的補(bǔ)償算法是一種簡單且有效的溫度補(bǔ)償方法，可以在一定程度上減小熱輻射紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫誤差。然而，它也存在一些局限性和不足之處，需要在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行合理選擇和改進(jìn)。未來，我們可以考慮引入其它影響因素并建立更加準(zhǔn)確的溫度補(bǔ)償模型，以提高測(cè)溫儀的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。

4.2 表面輻射率補(bǔ)償算法

表面輻射率補(bǔ)償算法是熱輻射紅外測(cè)溫儀中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。通過對(duì)表面輻射率的精確補(bǔ)償，可以降低溫度測(cè)量的誤差，提高測(cè)溫儀的準(zhǔn)確性。目前市面上存在多種不同的表面輻射率補(bǔ)償算法，每種算法都有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)。

我們來看一種常用的基于固定輻射率的補(bǔ)償算法。這種算法假設(shè)目標(biāo)物體的表面輻射率是恒定的，通常設(shè)置為0.95，然后通過對(duì)測(cè)溫儀的讀數(shù)進(jìn)行修正，以減小誤差。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是簡單易懂，容易實(shí)現(xiàn)。然而，由于目標(biāo)物體的表面輻射率往往并非恒定不變，特別是對(duì)于具有復(fù)雜表面特征的物體來說，使用固定輻射率進(jìn)行補(bǔ)償可能會(huì)導(dǎo)致較大的誤差[6]。

另一種常見的表面輻射率補(bǔ)償算法是基于反射率的補(bǔ)償方法。該算法通過對(duì)目標(biāo)物體表面的反射率進(jìn)行估算，利用反射率和輻射率之間的關(guān)系來進(jìn)行補(bǔ)償。相比于固定輻射率算法，基于反射率的補(bǔ)償算法能夠更準(zhǔn)確地估計(jì)目標(biāo)物體的輻射率，從而降低了測(cè)溫誤差。然而，這種算法要求用戶對(duì)目標(biāo)物體的表面特征進(jìn)行詳細(xì)的了解，如反射率的變化范圍、表面材質(zhì)的差異等，有一定的難度和復(fù)雜度。

4.3 斯忒潘-波爾茲曼定律

斯忒潘-波爾茲曼定律：絕對(duì)黑體的總輻射除以射度與黑體溫度的四次方成正比。在單位時(shí)間內(nèi)，其單位面積輻射的輻射能量E 為：ETb=σT4。式中，T 為物體的絕對(duì)溫度（K）；σ 為斯忒藩-玻耳茲曼常數(shù)，σ=5.67×10-8W/(m2·K4)。

5 基于熱輻射特性與能量

1.了解了物體的輻射面、輻射體溫度對(duì)物體輻射能力大小的影響和對(duì)波長的影響，學(xué)會(huì)了依據(jù)斯忒潘-波爾茲曼定律、維恩位移定律，可以研究不同輻射特性分別與溫度、波長有關(guān)。

2.絕對(duì)的黑體總輻射出射度與溫度成正比，即溫度越大，物體輻射的能量越大；在一定溫度下，黑體輻射光譜中最強(qiáng)輻射的波長與黑體絕對(duì)溫度成反比，表明物體的溫度越高，放射能量最大值的波長越短。凡是高溫物體，其放射能量最大值的波長多為短波，凡是低溫物體，其放射的能量最大值的波多為長波[7]。

6 結(jié)語

熱輻射紅外測(cè)溫儀是一種應(yīng)用廣泛、非接觸式的測(cè)溫技術(shù)，能夠通過測(cè)量物體發(fā)射的紅外輻射來獲取物體的表面溫度。紅外測(cè)溫儀主要由紅外傳感器、光學(xué)系統(tǒng)和信號(hào)處理單元組成，其中紅外傳感器是核心部件。熱輻射紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫原理和組成部分決定了其在溫度測(cè)量中的重要性和廣泛應(yīng)用。熱輻射紅外測(cè)溫儀在工業(yè)、醫(yī)療、安全防護(hù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。解決測(cè)溫誤差問題，提高測(cè)溫精度和準(zhǔn)確性，對(duì)于保證生產(chǎn)質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、推動(dòng)紅外測(cè)溫技術(shù)發(fā)展具有重要意義。在未來的研究中，可以進(jìn)一步探索和改進(jìn)不同的測(cè)溫誤差補(bǔ)償算法，以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，提高熱輻射紅外測(cè)溫儀的性能和可靠性。