20
发射率和表面特征

下列因素的改变可能引起发射率的改变 - 材料或合金 - 表面氧化度 - 表面粗糙度 - 微观结构 - 表面污垢 - 测量角度 - 波长
21
几种常见材料的发射率

金属材料及其氧化物
抛光铝 钝化铝 抛光不锈钢 轻度氧化不锈钢 高度氧化不锈钢 混凝土 油漆 / 氧化锌 耐火砖 瓷土砖 水 .04 .82 .23 .33 .67 .88 - .93 .92 .40 .70 .92
25
需采取非接触式测温的对象





移动的目标 间断的目标 由于恶劣的环境、接近困难、安全问题和电磁干 扰等原因无法接近的目标 需要快速响应的目标 真空中的目标 传统的热电偶和电阻式温度计无法准确测量的目 标
26
红外测温仪

亮度测温仪（单波长测温仪/单色测温仪） - 实际物体（非黑体）在某一波长下的单色辐射 亮度同绝对黑体在同一波长下的单色辐射亮度相 等时，则该黑体的温度称之为实际物体的亮度温 度。实际物体的亮度温度永远小于它的真实温度
发 射 0.35 率 0.3
0.25 0.2 0.15 0.1 0 1 2 3 Wavelength (m icrons) 4
Emissivity
0.4
波长(m)
5
6
24
温度测定的方法


传统的温度传感器 - 产品: 热电偶、电阻式温度计、测温仪 - 特点: 测量自身温度, 响应时间长, 必须与被 测目标接触测量, 低价格 红外温度传感器 - 测量目标温度, 响应时间短, 无需接触测量, 价格范围广 - 和传统的接触型温度传感器无直接的竞争
47
黑体校准
500型校准系统 500–1500℃
452型校准系统 40–875℃
48
环境温度实验室
49
温度应用 - 红外测温仪
背景反射 被测物体 的复杂的 发射率特 性
烟 尘
等离子 蒸汽
水雾
部分被遮挡 脏的视窗
测量目标区域
目视的 传感器
传感器的视野
完全视野 目标充满整个 测量区域
局部视野 目标未充满整 个测量区域， 但居中


带ESP
测量温度 不带ESP

发射率测定 自动诊断的维护 长期稳定性 长期可靠性 高级电子信号的 调节
测量信号强度
带ESP
测量信 号稀释
42
信号稀释能力

当信号被稀释时能准确地测量 典型的应用对象稀释能量信号的因素是 - 低的表面发射率、错误的校准、光学污染（脏 的镜头、灰尘、蒸汽„）和表面污染
三明治类型处理器的响应
0.6 0.5
顶部检测器
0.4
绝对响应率
0.3
0.2
0.1 0.0
底部检测器
0.0 0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
m
38
零点漂移的热稳定性
随检测器温度变化的输出变化 %
+5 +4 +3 +2 +1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 波长 (m)
40
可重复性（零点漂移）



每一台传感器都以完全黑体为标准在测试室中被 检测标定 检测可重复性并寻找产品瑕疵 在环境温度为0到60℃的范围内重复度误差为1℃ 我们将产品安装在最合适的环境中 过热是我们产品最主要的维修原因 后台软件记录温度数据
41
高级电子信号的调节

测量温度 不带ESP
曲折视野 目标不充斥整 个测量区域， 并且在此区域 内移动
T(系统误差)=T(发射)+T(透过)+T(背景)+T(仪表)+T(校准)
50
单波长传感器


发射率（E） = 100% - 反射率
17
发射率的定义
发射率就是：
某一物体发射出的红外能等同于它吸收的红外能的 属性
发射率 = 吸收率 发射率 = 100% - 反射率 - 透过率
18
发射率的定义
实际发射能量 E = 理论发射能量
能量 E = 1 - r - t E = 发射率 r = 反射率 t = 透射率
水的沸点
水的冰点
绝对零度 开氏 摄氏 华氏
8
能量和温度的关系


辐射的能量和物体的温度之间存在比例关系 - 物体辐射出的能量随着物体温度上升而增加 - 物体辐射出的能量随着物体温度下降而减少 辐射出的总能量是温度和发射率之间的函数关系 完全不能透过的物体对于所有波长都存在 - 温度在 650℃以上时，能量是肉眼可见的





单波长、短波长低温自动校零设计 双波长单检测器设计 在苛刻的环境下可应用多波长 独特的光纤光学能力，适合低温 为行业领先的企业提供最好的设计 为各种独特的钢应用场合提供多样性的设计 铸造和热连轧（表面毛刺、水和蒸汽） 有色加工和冷轧板材涂镀解决温度控制 诊断包括发射率和带ESP过滤器的信号稀释等问题
35
高级红外技术



单波长技术 - 在低温，短波和单波测定时的自动校零技术 - 低温（低于200-300℃ ）情况下低且可变的发射率测定 - 通过视窗测定的低温环境 - 用窄小的波长来避免干扰或测定可选的发射率 双波长技术 - 对可变的发射率、光的干扰、温度斜坡和错误的校准进行补偿 - 对于透过水和蒸汽观测和低温观测时提供独特的波长选择 - 有ESP技术支持的高级信号调节 多波长技术 - 用于非灰体的测量 - 有ESP技术支持的高级信号调节
波长 发射率 = 1.0 发射率 = 0.75 发射率 = 0.50
19
发射率和表面特征



发射率 - 与目标物体材质和表面状况有关 - 数值介于0.000-1.000，1为黑体（完全辐射） - 与颜色无关 对于大部分材料，发射率相对高而稳定 诸如金属这样的材料，发射率小于1，而且会随着表 面氧化程度、粗糙度、晶体结构以及镀层材料的变 化而改变
22

非金属材料
-
水和二氧化碳在空气中的红外频谱图
传
导
波
长
23
冷轧带钢的发射率和波长的关系
Norm al Spectral Em issivity of Cold Rolled Steel 冷轧钢的普通光谱发射率 0.55 0.5 0.45
Touloukian and DeWit t Iuchi Gaskey Eqn. Met allic Theor y ( Fe @800 C)
29
威廉姆逊产品的特点





产品齐全 强大的问题解决能力 (以应用为导向) 从基本情况到复杂情况下的应用 先进的在线红外设计技术 在红外应用方面超过50年的知识和经验 遍及全球的销售渠道 具有竞争力的价格优势 卓越的顾客支持和售后服务 威廉姆逊特有的产品性能
30
威廉姆逊产品相比同类产品的优势
被测目标 视野 (FOV) 机械障碍 镜筒组件
光纤 带瞄准光源或激光 瞄准的光纤传感器
光纤附件 - 铠装 - 鹅颈管 - 密封套
- 不锈钢管 - 柔软的光纤套管 - 单纤维丝
45
耐久度很高的传感器包装
带铠装的PRO-90系列
46
校准精度

ห้องสมุดไป่ตู้


以黑体物质为标准 使用NIST校准手册 提供NIST校验证书和相关文件 校准由电脑完成
1 2
0.6
0.4 0.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 非灰体 = 发射率低且 随波长而变化
M
波长
15
发射率的科学定义
发射率: 理论上一个物体发射出的红外能量与完全黑体（理 想发射体）在相同温度下发射出的红外能量的比 值
E = 测量值/理论值
16
发射率的简单定义
发射率:
对于不透明的材料，发射率与反射率是相对的
43
信号稀释因子的特性
信号稀释因子= 传感器信号 低能量界限
传感器信号 红外能量
低 中
信号稀释因子数值样本
温度范围 双波长 5:1 500:1 1500:1 2000:1 6000:1 典型双色 1:1 or 2:1 20:1 20:1 100:1
双色
高
低能量级别
双波长
低
中
高
传感器温度范围
44
光纤的应用
1
热能、红外能和温度的
基本原理
2
热能
箭头越长，移动速度越快
3
光谱强度



热能储存在高于-273ºC的物体内 这些能量使原子振动并产生电磁波 高温的物体具有大量的红外能，使原子运动更活 跃并产生大量的红外辐射 用表面系数－发射率来衡量物体辐射 发射率反映物体的灰度
4
红外辐射



典型的过滤器
威廉姆逊 双波长 0.71 & 0.81µm +/-0.02µm
其它同类产品 双色 / 比色 0.7-1.08µm & 1.0-1.08µm
39
自动校零的优势


自动校零传感器为低温、低发射率的应用场合提 供更高精度和重复性的测量 - 一个短的波长将对发射率变化和光学污染的敏 感度减小至最小程度 - 此类型传感器的专利设计提供２０次／秒的自 动校核，以消除噪声和漂移。用于测量低温度的 金属 通过蒸汽和一般的窗体来观测
• 维恩分配法则