浅谈红外测温仪的测量问题

孙岩

摘要：文中简要概述了红外测温仪的测温原理，通过辐射源尺寸效应实验进一步说明红外测温仪受到辐射源直径大小的影响情况。最后提到在计量红外测温仪时需要注意的问题，以得到更加准确的测量结果。

关键词：红外测温仪；黑体辐射源；辐射源直径；发射率

Discussion on the Measurement of Infrared Thermometer

SUN Yan

（Fujian  Metrology Institute， Fuzhou 350003， Fujian， China）

Abstract： This paper briefly summarizes the temperature measurement principle of infrared thermometer，the size effect experiment of radiation source further shows that the infrared thermometer is affected by the diameter of radiation source.Finally， the problems needing attention in measuring infrared thermometer are mentioned in order to get more accurate measurement results.

Key Words： Infrared thermometer; Blackbody radiation source; Radiation source diameter; Emissivity

1測温原理

红外测温仪的测温原理为利用普朗克黑体辐射定律，根据辐射体的辐射特性与温度的关系来测量辐射体的表面温度[1]。普朗克黑体辐射定律如公式（1）所示。

其中：

为物体表面温度，K；

λ为波长，m；

b（λ，T）为黑体的光谱辐射亮度，W·m-3·sr-1；

1为第一辐射常数，1=3.7418×10-16 W·m2；

2为第二辐射常数，2=1.4388×10-2m·K。

红外测温仪一般由光学系统、探测器、信号处理部分和显示输出部分组成[2，3]。光学系统接收辐射体的红外辐射能量，经过光电转换以及信号处理后将所获得的电信号通过函数关系换算成温度示值输出显示。因此在检定校准以及用户使用过程中，一定要保持光学系统的清洁，并尽量保证测量环境有较好的能见度。

2辐射源尺寸效应实验

辐射源尺寸效应（SSE）是指当测量距离一定时红外测温仪测量值依赖被测物体大小的效应[4]。SSE函数计算公式为：

其中：

T（r），T（rmax），为红外测温仪测量半径为r和rmax的辐射源时的示值，K；

Tb一般可取环境温度，K；

λ为红外测温仪的极限有效波长，m。

下面通过两组实验进一步了解红外测温仪的辐射源尺寸效应。

2.1相同仪器不同温度的SSE曲线对比

实验条件如下：某型号工业用红外测温仪，响应波长（8～14）μm，测量距离900mm，环境温度21℃，实验用黑体面源。通过光栅改变辐射源直径，设定黑体200℃和400℃两个温度点下测量被检器的温度示值，得到不同温度下的仪器示值数据如表1所示。

考虑评定红外测温仪不确定度时其他因素的影响，可以得到实验结论：在固定测量距离的情况下，同一台仪器的SSE函数曲线是固定的，不受测量温度的影响。

2.2不同型号仪器的SSE曲线对比

实验条件如下：型号FLUKE-66与型号testo-830工业用红外测温仪，响应波长均为（8～14）μm，测量距离900mm，环境温度21℃，实验用黑体面源。通过光栅改变辐射源直径，设定黑体温度200℃时经过实验得到同一温度下不同型号的仪器示值数据，如表2所示。

根据表2数据得到两台仪器的SSE函数曲线，如图1所示。

根据实验数据可以得到结论，SSE函数曲线变化越小，仪器示值受辐射源直径的影响越小。但不能说明在测量距离固定的情况下，被测目标视场越大越接近真实值。对于用户来说一般建议测试视场不小于被测目标直径的1.25倍[5]，当被测目标较小且无法近距离测量时，可以选择距离系数较大（例如D：S为30：1）的红外测温仪，受到辐射源直径影响较小。

3计量过程中需注意的问题

3.1测量距离

通常红外测温仪的说明书中会说明该仪器的距离系数（D：S），一种情况为距离系数为固定值，另一种情况为距离系数有三种数值，下面一组实验讨论同一台仪器说明书所给的三组建议测量距离下的仪器示值差别。

实验条件为某型号工业用红外测温仪，说明书给其三组D：S数据为62/1500、30/900、24/300，实验用黑体面源，黑体设定温度200℃，环境温度21℃。实验数据如表3所示。

根据实验数据可知三组条件下的仪器示值存在明显差别，因此在计量红外测温仪时，一方面，校准时可以考虑复现出厂条件，在某一校准条件下校准证书上的测量结果最接近真实值，用户使用的时候也要尽量复现校准证书上的校准条件。另一方面，在辐射源直径允许的条件下可以寻找D：S最大值点，因为D：S最大值点为设计距离，此时仪器的约定接收能量应为90%或95%，即此时SSE为0.9或0.95。

3.2发射率修正

根据JJG 856-2015《工作用辐射温度计》检定规程，在计量红外测温仪时，对于发射率可调的红外测温仪，应将发射率设置为1.00后进行检定校准[6]。对于发射率固定为0.95的红外测温仪，应根据被检器的响应波长对测量结果进行修正。必要时还应考虑黑体发射率不为1情况的示值修正。此外，计量过程中还应注意环境条件的影响，保持被检器的光学系统洁净，以得到更为准确的测量结果。

4结论

文中对红外测温仪的测温原理进行了简要阐述，通过几组实验介绍了红外测温仪的辐射源尺寸效应影响，提出在使用过程中要针对具体被测目标直径具体确定测量距离。同时简单总结了计量红外测温仪时所需要注意的问题，以实现对红外测温仪更加精准的温度计量，对于用户来说也可以更加明确红外测温仪的使用注意事项。

参考文献

[1]张少华，姚国瑞，陈大鹏，等.基于热释电效应的非接触式红外测温仪的设计[J].电脑科学与技术， 2021，17（17）：239-243.

[2]俞联梦.红外测温仪测温系统准确性研究[J].信息技术与信息化， 2020，（03）：69-71.

[3]史恩忠，杨宝华.红外测温仪检定误差原因剖析及对策[J]. 上海计量测试， 2014，41（05）：21-22.

[4]工作用辐射温度计：JJG 856-2015[S].

[5]金辉，王晓岚，孙健.红外测温仪测量准确度的影响因素分析及修正方法[J].上海计量测试，2019， 46（05）： 34-38.

[6]高原，胡蓉.红外测温仪示值的影响因素[J].计测技术， 2012，32（05）：38-40.