為什么輻射溫度計有用？

為什么輻射溫度計有用？

首先，溫度到底是什么？
溫度是與物體中分子和原子的平均動能成比例的量。換句話說，溫度是動能強度的衡量標準；能量越強，溫度越高，能量越弱，溫度越低。

那么溫度是如何測量的呢？
溫度測量是通過將被測物體的熱量傳遞到溫度傳感器來進行的。熱的運動有三種現象：（1）熱傳導，（2）熱輻射，（3）對流。
首先，①熱傳導是將振動能量從熱物體傳遞到冷物體。測量氣溫的溫度計和測量體溫的溫度計，都是通過將周圍的空氣溫度和體溫傳導到溫度計上，達到與溫度計相同的溫度來讀取溫度的。稱為溫度傳感器的熱電偶等接觸式溫度計利用這種熱傳導來測量溫度。
②熱輻射是電磁波從熱物體向冷物體的運動。輻射溫度計利用熱輻射來測量溫度，與耳溫計一樣，它們捕獲從耳朵內部發出的熱能并以非接觸方式測量溫度。
剩下的③對流是物體本身在空間溫度分布上的運動。對流不用于溫度測量，因為很難在測量目標和溫度傳感器之間建立靜止關系，而經常使用前述的熱傳導和熱輻射。

熱輻射（紅外線）

熱輻射跨越紫外線、可見光和紅外線區域（圖 1）。熱輻射定律是由普朗克制定的（普朗克輻射定律）。
下圖（圖2）表明，首先，隨著物體溫度的升高，物體發出的熱輻射能量變強，其次，隨著物體溫度的升高，熱輻射能量的波長分布發生偏移到更短的波長。你可以看到它移到了一邊。

1. 可實現高速溫度測量
   當被測物體與溫度傳感器物體接觸并發生熱傳導時，就會發生利用熱傳導的溫度測量，并且傳感器物體的溫度變得與傳感器即物體的溫度。通過檢測物體（傳感器）的屬性變化來確定溫度的方法，但由于熱容量的原因，需要一定的時間才能達到相同的溫度。相比之下，輻射溫度計可以實現高速溫度測量，因為熱輻射以光速傳播。

2. 可以實現非接觸式溫度測量
   非接觸式溫度測量的優點包括“遠程測量"和“不會引起熱干擾的測量"。
   “遠程測量"包括“遠距離測量"，例如從地面測量云的溫度，“隔離測量"，例如通過窗戶測量爐內的溫度，以及“移動物體測量。"利用熱傳導的溫度計有時可用于測量高溫物體，這可能會導致傳感器部分熔化。
   另一方面，“不會引起熱干擾的測量"是指，對于利用熱傳導的溫度計，當傳感器與測量對象接觸時，測量對象的溫度會發生變化（引起熱干擾的測量）。 ，輻射溫度計可以在不改變物體的情況下測量其溫度。因此，對于薄膜等<測量小熱容量物體>、<測量金屬的表面溫度>非常有效。

發射率

發射率是物體相對于散熱器發出的熱輻射的速率。發射最多輻射的理想物體的發射率為 1，稱為“輻射體"或“黑體"。本身不發射任何輻射但反射周圍環境熱輻射的物體，其發射率為0，稱為鏡面物體。常見物體的發射率在0到1之間。金屬的發射率存在測量波長越短則發射率越高、測量波長越長則發射率越低的傾向。即使對于相同的材料，如果表面粗糙，則發射率往往會更高，并且相同材料的發射率根據表面性質而變化。另外，我在《熱輻射》中談到的普朗克輻射定律假設物體是黑體。

輻射溫度計的分類

• 能量強度型
  根據整個波長范圍內的積分值計算溫度的能量強度型稱為“總輻射溫度計"（能量與熱力學溫度的四次方成正比的類型）。現實中，由于檢測元件和光學材料的波長選擇性等限制，很難測量整個波長范圍，因此需要限制有利于測量的測量波長，例如使用大氣窗口從某種程度上來說，這被稱為“寬帶輻射溫度計"。在能量強度類型中，根據單一波長的輻射能量強度測量溫度的類型稱為“單色溫度計"，根據相對較窄的波長范圍內的輻射能量強度測量溫度的類型稱為“窄帶輻射溫度計"溫度計。"它被稱為。

• 
  在波長分布類型中，測量兩個波長的輻射能并根據比率測量溫度的類型被稱為“雙色溫度計"，以捕獲波長分布 。

輻射溫度計的結構

輻射溫度計由捕獲光的“聚光系統"、將捕獲的光轉換為電信號的“光電轉換系統"以及將轉換后的電信號作為與溫度對應的信號輸出的“電氣系統"組成。由三個要素組成。

定焦型/可動焦點型

根據輻射溫度計與被測物體之間的距離來調整鏡頭焦點的類型稱為可動焦點型，不需要調焦的類型稱為固定焦點型。

被測物體的尺寸和距離

通過檢查輻射溫度計與被測物體的距離以及被測物體的尺寸來選擇型號。與被測物體尺寸關系的指導原則是測量直徑的1.5倍以上。對于可移動焦點式輻射溫度計，測量距離/測量直徑稱為距離系數，如果要在1000毫米的距離測量10毫米的尺寸，請選擇距離系數為100的輻射溫度計。可以使用 50、100、200 和 300 等距離系數。最小目標尺寸約為2mm，如果想要更小，還可以使用近攝鏡頭。對于定焦輻射測溫儀，根據目標尺寸與距離的關系圖選擇格式。

檢測元件

“光電轉換系統"將聚光系統（透鏡、鏡子、光纖）捕獲的光轉換為電信號。該裝置被稱為“檢測元件"。檢測元件有兩種類型：光電型，利用元件的電特性直接響應光信號而變化的事實；以及熱電型，接收光信號作為熱量并利用該熱變化。

在輻射測溫儀中，捕獲熱輻射的聚光透鏡（聚光系統）通常與主體（光電轉換系統+電氣系統）集成在一起，但聚光透鏡與主體分離，兩者之間通過光纖連接. 還提供光纖版本。光纖型具有以下優點：前端可以做得很小，光路可以靈活彎曲，并且可以在不易受電磁感應影響的防爆環境中使用。

缺乏遠見

如果有障礙物進入輻射溫度計的測量光路，熱輻射能量就會減少，導致讀數錯誤。這稱為視野喪失。