RE200B紅外測溫系統(tǒng)電路設(shè)計

1、紅外測溫儀系統(tǒng)1. 引言溫度是度量物體冷熱程度的一個物理量，是工業(yè)生產(chǎn)中很普遍、很重要的一個熱工參數(shù)，許多生產(chǎn)工藝過程均要求對溫度進(jìn)行監(jiān)視和控制，特別是在化工、食品等行業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。因此，實現(xiàn)對溫度的實時測定就顯的十分重要。然而，傳統(tǒng)的接觸式測溫儀表如熱電偶、熱電阻等，因要與被測物質(zhì)進(jìn)行充分的熱交換，需經(jīng)過一定的時間后才能達(dá)到熱平衡，存在著測溫的延遲現(xiàn)象，故在連續(xù)生產(chǎn)質(zhì)量檢驗中存在一定的使用局限。但是，在自然界中,當(dāng)物體的溫度高于絕對零度時,由于它內(nèi)部熱運(yùn)動的存在,就會不斷地向四周 輻射電磁波,其中就包含了波段位于0. 75100m 的紅外線.紅外測

2、溫儀就是利用這一原理制作而成的。因此，紅外測溫儀具有使用方便，反應(yīng)速度快，靈敏度高，測溫范圍廣，可實現(xiàn)在線非接觸連續(xù)測量等眾多優(yōu)點，正在逐步地得以推廣應(yīng)用。圖1 紅外測溫儀的測溫圖2. 紅外測溫儀系統(tǒng)原理2.1紅外測溫原理一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。黑體輻射定律：黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發(fā)射率為1，其它的物質(zhì)反射系數(shù)小于1，

3、稱為灰體。應(yīng)該指出，自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點，故稱黑體輻射定律。由于黑體的光譜輻射功率Pb()與絕對溫度 之間滿足普朗克定理： （1）其中，Pb()黑體的輻射出射度；波長；T絕對溫度；c1、c2輻射常數(shù)。式（1）說明在絕對溫度 下，波長處單位面積上黑體的輻射功率為Pb()。根據(jù)這個關(guān)系可以得到下圖1的關(guān)系曲線：圖2 黑體輻射的光譜分析從圖1中可以看出：(1)隨著溫度的升高，物體的輻射能量越強(qiáng)

4、。這是紅外輻射理論的出發(fā)點，也是單波段紅外測溫儀的設(shè)計依據(jù)。(2)隨著溫度升高，輻射峰值向短波方向移動(向左)，并滿足維恩位移定理T *m = 2897.8 m*K，峰值處的波長m與絕對溫度 成反比，虛線為m 處峰值連線。這個公式告訴我們?yōu)槭裁锤邷販y溫儀多工作在短波處，低溫測溫儀多工作在長波處。(3)輻射能量隨溫度的變化率，短波處比長波處大，即短波處工作的測溫儀相對信噪比高(靈敏度高)，抗干擾性強(qiáng)，測溫儀應(yīng)盡量選擇工作在峰值波長處，特別是低溫小目標(biāo)的情況下，這一點顯得尤為重要。根據(jù)斯特藩玻耳茲曼定理黑體的輻出度 Pb()與溫度 的四次方成正比， 即： (2)式中，Pb(T)溫度為T 時，單位時

5、間從黑體單位面積上輻射出的總輻射能，稱為總輻射度；斯特藩玻耳茲曼常量；T物體溫度。式（2）中黑體的熱輻射定律正是紅外測溫技術(shù)的理論基礎(chǔ)。如果在條件相同情況下，物體在同一波長范圍內(nèi)輻射的功率總是小于黑體的功率，即物體的單色輻出度 Pb()小于黑體的單色黑度()，即實際物體接近黑體的程度。()= P(T)/ Pb(T) (3)考慮到物體的單色黑度()是不隨波長變化的常數(shù)，即 ()=，稱此物體為灰體。它是隨不同物質(zhì)而值不同，即使是同一種物質(zhì)因其結(jié)構(gòu)不同值也不同，只有黑體=1，而一般灰體0 鋼鐵工業(yè)中使用的紅外測溫儀占總量的一半以上。煉鋼、軋鋼、澆鑄、淬火時測量控制溫度對提高產(chǎn)品的質(zhì)量起著重要的作用。

6、對爐壁和機(jī)械設(shè)備熱故障的監(jiān)測為延長使用壽命和安全保障提供依據(jù)。2在機(jī)械加工中, 測量控制熱處理部件的溫度對產(chǎn)品質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用。3在化學(xué)工業(yè)中, 化工設(shè)備都在高溫高壓下工作, 監(jiān)測設(shè)備的熱分布狀況, 判斷設(shè)備工作情況, 檢測熱篙道接口熱損耗、熱泄漏故障是十分有用的。4在動力、電力業(yè)方面, 在運(yùn)行及帶電條件下檢測動力設(shè)備、配電設(shè)備、電纜、電器接頭等溫度的異常, 為設(shè)備的安全運(yùn)行提供一定的保障。5在建筑業(yè)中, 通過對建筑物墻壁、樓面、房頂熱分布的檢測確定它的絕熱、裂漏隱患及缺陷的位置。確定工廠、建筑物熱耗的管理。6在農(nóng)業(yè)方面, 土壤、植物表面溫度的測量, 糧食、種子烘干過程中溫度的測量, 農(nóng)副產(chǎn)

7、品如煙葉、茶葉加工過程中溫度的監(jiān)測, 中草藥烘干、制藥溫度的監(jiān)測。7在農(nóng)業(yè)方面, 土壤、植物表面溫度的測量, 糧食、種子烘干過程中溫度的測量, 農(nóng)副產(chǎn)品如煙葉、茶葉加工過程中溫度的監(jiān)測, 中草藥烘干、制藥溫度的監(jiān)測。8在科學(xué)研究方面, 由于紅外測溫儀的突出優(yōu)點, 使得在特殊試驗條件要求一能提供測溫手段, 應(yīng)用范圍較廣。總之，其應(yīng)用范圍很廣，由此可見紅外測溫儀的用途很大，對工業(yè)，農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。參考文獻(xiàn)：1 唐岳湘，趙修良，單健，俞紅.紅外線人體測溫儀電路的設(shè)計.測控技術(shù).2006.11:136-1382 陳可中,譚翔,量建杰,辭明暉,王戎丞,肖桂平.紅外測溫儀的設(shè)計.電子測試技術(shù).2007.10(10):11-143 劉海濤，徐亞東.非接觸式紅外測溫儀設(shè)計.科