

测温枪,学名是“红外线测温仪”或者“红外线辐射测温仪”。测温枪这玩意虽然名头上冠着“辐射”和“红外”,但不会对你的身体施加任何哪怕一丁点的影响。因为它是个接收器,不是发射器。笼统的说,红外测温仪的原理是:被动吸收目标的红外辐射能量,从而获得物体温度数值。
意思就是,你的身体无时无刻在向外扩散辐射能量,而测温枪的作用,是接收你身体某区域的辐射能量。
红外测温枪能接收到的,只是各种波段的电磁波,绝不是直接的温度传导。而其中最关键的,从“电磁波信息”到“温度信息”的这一转换过程,就要提到今天要说的真正的重点了——黑体辐射定律。
自然界中一切高于绝对零度(-273.15℃)的物体都在不停向外辐射能量,物体的向外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系,物体的温度越高,所发出的红外辐射能力越强。
诚然,这句话是一切的基础,但是不解释黑体辐射的理论,几乎没有人能沉下心来去理解这话到底说了个什么意思。
这个黑体辐射定律是干啥用的呢,说白了就是物理学家想搞懂“电磁波信息”到“温度(能量)信息”的转换关系。
假设“黑卡比”就是一个标准的“黑体”,它的特性是:入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射。
体现到卡比身上就是,吃掉的食物从来不吐出去,没有浪费地全部自己消化掉。
那么,消化掉的东西,最后就变成了卡比体内的热量,也就是热辐射(我们可以把它通俗地理解为温度)
于是这个从“电磁辐射”(光)到“热辐射”(热)的过程,就叫黑体辐射。
好了,知道了这个原理,现在新的问题来了——我们该怎么知道黑体吸进去的“光”到底转化成了多少“热”呢?
这个问题自从17世纪牛顿发现三棱镜光色散现象的时候就开始研究了,科学家们一直钻研了数百年,终于在1900年的时候,马克思·普朗克在德国物理学会上公布了靠谱的“黑体辐射定律公式”。
你看如果把它画成图,是不是就好懂一些了!(并没有)
怎么理解这个图呢,这几条线的走势反映的是某个固定温度(单位K/国际标准温度单位)下,不同波长的热辐射强度。
比如里面的6000K(5727°C),这是太阳的温度——于是根据黑体辐射定律公式,我们就能分别算出太阳光中不同波长(比如红色、绿色、蓝色、某段红外线、某段紫外线……)的热辐射能量(强度/I)是多少。
同理,如果我们知道某段光的热辐射强度和光线波长,也可以算出其代表的“温度”是多少了。
我们只要看懂一点,就是——高温度下的黑体辐射强度,在任何一个波长范围内,都高于低温度下的黑体辐射。
反映到图里就是,1500℃的红色高温曲线,在每段波长上强度都比1200℃的黄色曲线高:
在这个理论基础下,根据工程应用所需的测量精度不同,红外测温仪有三种主要的设计方向。
其一,单色测温法:利用单一波长下的单色辐射强度比值来判断温度;
其二,双色测温法:测量被测物体在两个波长下的辐射强度比值的强度变化来判断,这种方法比前者受外界影响更小,误差也更小;
前面这两种能不能理解看个人造化,我们详细说一下第三种——
全辐射测温法名字听起来最牛x,但其实是三种方法里精度相对最差的一种,不过优势就在于结构简单,成本较低。
原因就在于其“大力出奇迹”式的设计思路——全辐射测温法,是通过测量辐射物体的全波长的热辐射总强度,来确定物体的辐射温度的。
我们怎么理解这个概念呢,就是好比把一个温度下的全波段辐射强度图比做一个米山,现在让卡比把整个米山全部吃掉,我们来测它吃掉后转化的热辐射能量总共有多少,最终推导出当时的温度值。
现在小区门口给你测体温的红外线测温枪,基本都是这一思路设计的。
所以思路缕清后,我们只需把一个这样的卡比放在测温枪中,测量出它吸收辐射后释放的热辐射量,就能换算出被测物对应的温度了。
这个能将接收到的“红外电磁波辐射”转换为“热辐射”(黑体辐射过程),进而把“热辐射”转化为电信号(热电转化过程)的东西就是:热释电红外传感器(简称:PIR)
由于“黑体辐射定律”是在工作物质是理论黑体的情况下演算的,而生活中物质因为材质关系都是属于不同“纯度”的黑体,这个纯度用“发射率”来表示。
理论黑体的发射率是1,平时我们测温枪用的大多数都是0.95的发射率,这适用于生活中大多数的情况。所以你可以观察一下,你能见到的测温枪显示屏基本上都会写着“0.95”的字样。
但这个0.95毕竟是根据被测物的材质而定的浮动值,这是测温枪很难绝对准确的原因之一。
由于信息是通过电磁辐射(光)传导的,这不可避免的会受到烟尘和水蒸气等外界因素的影响;另外,机器入射口处的透镜污染也是干扰项的一环。
因为成本原因,我们平时所用的测温枪大多没有用更精确的双色测温法技术,内部元件的精细度也参差不齐;再有就是使用时的距离误差导致的数值波动了。
但是,这些有限的缺点还是很难成为我们拒绝测温枪的理由。
现在我们正在使用的红外测温枪,比传统的热传导测温方式还是优秀太多了——响应时间短、测温效率高,不用接触被测物体依然可以有着相对可靠的准确度,同时制作成本低廉,操作起来也足够方便。
一、如何正确使用红外线测温仪进行温度测量
1.右手握住测温仪手柄,食指扣动一下开关,将听到“BI-BI”的声音,电源接通,屏幕将显示你正对物体的温度,测量时要注意距离系数K,本机KD:S12:1,通俗理解为测量范围为12m远时,被测物体面积为直径1米的圆,如果大于12m处存在一个1m直径的物体,测量的物体温度将不准确。

2.要测量物体,将镜头正对被测物体,按住开关将进行测量,这时屏幕左上侧将出现扫描(SCAN)符号,表示正在测量,松开开关,屏幕左上侧将出现保持(HOLD)符号,这是屏幕上显示的即是被测物体温度。
3.在视线不清或者黑暗的环境中使用该仪器,先松开电源开关按钮,然后按一下镭射/背光灯(LASER/BACKLIT)按键,这是屏幕上将显示镭射/背光灯符号,这是按下开关测量,将会看到被测物体上出现红色小点,表明正在对该区域进行测温。不用时,松开电源开关键,再按镭射/背光灯按钮,按一下无镭射,按两下无背光灯,按三下没有背光灯和镭射。
4.在检测一个面(如密闭)时,可用定点法,每次测定时必须及时记录。测量数据自动保持7秒,没有操作,30秒自动关机。背光灯延迟十秒后自动关闭。
在不同距离处,可测的目标的有效直径是不同的,因而在测量小目标时要注意目标距离。红外测温仪距离系数K的定义为:被测目标的距离L与被测目标的直径D之比,即K=L/D
红外测温仪一般都是按黑体(发射率ε=1.00)分度的,而实际上,物质的发射率都小于1.00。因此,在需要测量目标的真实温度时,须设置发射率值。物质发射率可从《辐射测温中有关物体发射率的数据》中查得。
若被测目标有较亮背景光(特别是受太阳光或强灯直射),则测量的准确性将受到影响,因此可用物遮挡直射目标的强光以消除背景光干扰。
瞄准:目镜中的小黑圆点为测温点,用黑点对准被测目标
调焦:物镜作前后移动,直至被测目标最清楚,若被测目标直径远大于小黑圆点,可以不作精确调焦。调焦具体方法请看说明书。
近二十年来,红外测温枪在技术上得到迅速发展,性能不断提高,适用范围也不断扩大。不但可以用于工业,也可以用于日常医疗,上到冶金下到量体温,应用十分广泛。相信通过上面的介绍,大家对这项新技术也一定了解了不少,关于测温仪的有点和原理就为大家介绍到这里,想了解更多有关测温枪的信息,请继续关注邱县教育。
来源 邯郸教育

