辐射温度计的基础知识
下面介绍辐射温度计的基础知识、选择方法、使用时的要点。
何谓辐射温度计
数字红外温度传感器 FT系列
用手掌靠近脸颊时会感觉到温暖，这是因为皮肤会感测到手掌发出的红外线。
诸如此类，所有物体都会发出红外线，物体温度越高，发出的红外线越强烈。
辐射温度计就是利用这些红外线采集温度。
何谓红外线？
红外线是与人类肉眼所能看到的一般可见光线一样的一种“光”。也称为IR（InfraRed）。
只是由于波长比可见光线长（频率低），无法凭肉眼观察。
波长范围约为0.7到400 μm。
1800年由英国的Sir Frederick William Herschel发现。
辐射温度计的特点
使用辐射温度计有以下两个优点。
- 可高速采集温度
- 可非接触采集温度
能够在采集移动或旋转的物体、碰到传感器时表面温度发生变化的物体（小热容量物体）的温度时发挥作用。
另一方面其缺点在于，无法采集物体内部温度及气体温度，且需要根据不同物体设定发射率等。
辐射温度计的原理
利用透镜将物体放射的红外线聚集到名为热电堆的检测元件。
所谓热电堆，是指吸收由物体发出的红外线，并被其加温后，产生与温度相应的电信号的检测元件。
对该电信号进行放大，并经过发射率补正后显示温度。
- A
- 热电偶冷接点
- B
- 热电偶热接点
- C
- 红外线吸收膜（右：从上方看到的图像）
如图所示，具有多个热电偶串联连接的结构。
中心部集中了热电偶的热接点，外围部集中了热电偶的冷接点。
通过透镜而聚光的红外线仅照射热接点，因此只有热接点被加热。
由于塞贝克效应，在热接点与冷接点之间将产生电压差，由此可采集温度。
（辐射温度计内置热敏电阻，以采集冷接点温度。）
何谓发射率
即使物体的温度相同，由物体放射的红外线量也会因物体材质及表面状态不同而有差异。
利用辐射温度计采集温度时，需要根据不同物体来补正该放射比率。
这种比率就是“发射率”。
“发射率”是由物体决定的常数，理想中的黑体为“1”，与黑体相反而将红外线完全反射或透过的物体（空气等）为“0”。
各种物体的发射率都处于0到1之间。
当物体表面射入光后，其中的能量可能被物体吸收，或者被表面反射，也有可能透过物体。
将射入的能量设为“1”时，
1 = 吸收率+反射率+透过率成立。
同时，依据基尔霍夫定律，吸收的能量与物体放射的能量相等，因此
吸收率 = 发射率。
从上述等式可以看到，射入物体的能量吸收率越高（无反射及透过），发射率也越高。
何谓黑体？
在理解发射率时，需要理解“黑体”。
所谓“黑体”，是指吸收射入其表面的所有波长的光，并无反射及透过，因而对于辐射温度计而言为理想的物体。
由于反射率与透过率均为“0”，因此吸收率为“1”，即发射率也是“1”。
发射率的确定方法
发射率已知时
将在文献等作为物理常数记载的数字直接作为物体发射率使用。
并注意采集该发射率时的采集条件（物体的表面状态等）后确定发射率。
发射率未知时
实际采集物体温度，使用当时的辐射温度计显示值。
- 使用接触式温度计的方法
利用辐射温度计与热电偶等接触式温度计两种方式采集物体温度，并通过设定发射率使各自的显示值相同。 - 使用黑体喷雾（胶带）的方法
用于计算物体发射率的喷雾。
- 步骤1
- 在物体的一部分涂抹黑体喷雾。
- 步骤2
- 使用设为黑体发射率的辐射温度计采集涂抹黑体喷雾部分的温度。
- 步骤3
- 采集未涂抹黑体喷雾部分的温度，将发射率设为与步骤2.中的显示值相同。
- 步骤4
- 将在步骤3.设定的发射率作为该物体的发射率。
辐射温度计的选择方法
根据使用方法选择
辐射温度计可大致分为以下2类。
便携型（手持型）
没有检测部与转换部的区别，而将两者构成为一体的辐射温度计。由于小巧轻便，便于携带并可拿在手中采集温度。
数字红外温度传感器 FT系列
固定型
检测部与转换部在结构上分离，需通过连接电缆连接两者的辐射温度计。
在固定状态采集温度。
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根据物体尺寸与采集距离选择
辐射温度计的可采集范围（称为光点直径）与采集距离均为固定。
为准确地采集温度，需要遵照规定的光点直径与采集距离使用。
上图表示辐射温度计的光点直径与采集距离间的关系。
选择辐射温度计时，请务必确认光点直径小于物体。
使用辐射温度计时的要点
发射率的设定
设定的发射率与物体的固有发射率不同时，将成为产生采集误差的原因。
发射率与物体温度之间并非线性关系，无法在事后修正或补正在不同条件下采集的温度。
（并非发射率设定相差1％，温度就会偏离1％。）
发射率设定误差与温度采集误差的关系（典型例）
| 物体温度 | 发射率的设定误差（°C） | ||
|---|---|---|---|
| 1% | 5% | 10% | |
| 0°C | 0.5°C | 1.5°C | 2.5°C |
| 100°C | 0.6°C | 3.0°C | 6.0°C |
| 200°C | 1.5°C | 6.5°C | 12.0°C |
| 300°C | 2.0°C | 9.5°C | 18.0°C |
光点直径与采集物体
为稳定地采集物体温度，请使光点直径的1.5倍左右射入物体。
高温采集时
采集高温物体时，辐射温度计主体由于受到物体发出的红外线加热，不仅无法正确显示温度，更有甚者还可能损坏辐射温度计。此时，请采取如下措施屏蔽采集所需的红外线以外的光。
采集仪（记录仪）的配线
4-20 mA输出采集
使用具备4-20 mA输入的采集仪的采集方法
请设为“4-20 mA输出的最大负载电阻＞4-20 mA输入的负载电阻”。
不满足上述条件时将产生采集误差。
通过分流电阻进行电流→电压转换的采集方法
利用欧姆定律（E=I・R），将分流电阻中流动的电流转换为电压。
转换的电压可通过具有电压输入范围的采集仪进行采集。
请设为“4-20 mA输出的最大负载电阻＞分流电阻的电阻值”。
不满足上述条件时将产生采集误差。
使用信号转换器的方法
使用信号转换器时，可通过具有电压输入范围的采集仪采集4-20 mA输出。
4-20 mA输出可以并联配线吗？
可以。
使用电压输入的采集方法
采集目标的4-20 mA输出设备已与其他4-20 mA输入设备连接时，可通过具有电压输入范围的采集仪直接采集。
通过其他4-20 mA输入设备的负载电阻采集已经过电流→电压转换的电压。
使用具备4-20 mA输入的采集仪的方法
可通过串联配线同时采集。
需要设为“4-20 mA输出的最大负载电阻＞2台4-20 mA输入的负载电阻合计”。另外，由于对负载电阻串联配线，在各输入的 - 端子将产生电位差。请确认产生电位差也不会影响电路。
模拟电压输出采集
可通过直接连接来进行采集。
请根据输出电压调整输入范围。
