01. 红外热电堆温度测量原理简介.pdf

热电堆红外传感器 深圳美思先端电子有限公司提供的热电堆红外测温传感器直接感应热辐射，为非接触温度测量提供 完美的解决方案，它的具有创新的硅基微机械技术保证了它的极好的长期稳定性，非常低的温度灵 敏系数,极好的光电特性。热电堆红外传感器使非接触温度测量系统具备很低的价格。它不需要冷却， 但在整个温度测量范围内能达到±1℃的精度。对于比较窄的温度测量范围，例如体温测量，精度可 以达到±0.1℃。 非接触红外测温技术可快速方便地测量物体的表面温度，不需要机械地接触被测物体而快速测得温 度读数，能可靠地测量热的、危险的或难以接触的物体，而不会污染或损坏被测物体。红外测温有 着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点，在产品质量控制和监测、设备在线故障诊 断、安全保护以及节约能源等方面发挥了正在发挥着重要作用。 相关原理如下： 一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射特性一辐 射能量的大小及其按波长的分布一与它的表面温度有着十分密切的关系。因此,通过对物体自身辐射 的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。红外 位于可见光和无线电波之间，红外波长常用微米表示，波长范围为0.7微米－1000微米，实际上， 0.7微米－14微米波带用于红外测温。 • 热产生的原因，是组成物质的粒子做不规则运动。这个运动同时也辐射出电磁波，这些 电磁波大部分都是红外线。 • 红外线 （Infrared）是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米 （nm）至 1毫米 （mm）之间，比红光长的非可见光。 • 高于绝对零度 （-273.15℃ ）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。 Sales: zhangsd@ 热电堆传感器简介　　 热电堆是一种热释红外线传感器，它是由热电偶构成的一种器件。目前，它在耳式体温计、放射温 度计、电烤炉、食品温度检测等领域中，作为温度检测器件获得了广泛的应用。 　　 热电堆的辐射接收面分为若干块，每块接一个热电偶，把它们串联起来，就构成热电堆。按用途不 同，实用的热电堆可以制成细丝型和薄膜型，亦可制成多通道型和阵列型器件。其工作原理为被红 外线照射的吸收膜是一种热容量小、温度容易上升的薄膜。在紧靠衬板中央的下部为一空洞结构， 这种结构的设计确保了冷端和测温端的温度差。热电偶多由多晶硅与铝构成，两者串联连接。当各 个热电偶测温端温度上升时，热电偶之间就会产生热电动势 Vn，因此在输出端就可以获得它们的电 压之和。 　 等效电路： 热电堆传感器等效于一个带内阻的直流电源 热电堆示意图　 热电堆传感器特点　　 l 读出装置简单 l 不需要任何偏置电 l 热电堆不存在电源引起的干扰 l 热电堆的输出信号没有偏差值及偏差漂移 l 纯被动器件，及时响应，传感器自身零功耗 l 采用MEMS工艺，工作寿命可长达十几年 l 除了光信号以外，热电堆信号不受任何物理或化学信号的干扰影像 　　 　 　 Sales: zhangsd@ 红外测温：由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统 汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦 在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照其内部的算法 和 目标发射率校正后转变为被测 目标的温度值。有几个决定精确测温的重要因素，最重要的因素是 发射率、视场、光学分辨率 （光斑的距离和光斑的位置）。 发射率－所有物体会反射、透过和发射能量，只有发射的能量能指示物体的温度。自然界中存在的 实际物体，几乎都不是黑体。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构 成物体的材料种类、表面粗糙度、理化结构、材料厚度、制备方法、热过程以及表面状态和环境条 件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状 态有关的比例系数，即发射率，该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和 小于1的数值之间。黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量,没有能量的反射和透 过，其表面的发射率为1。根据辐射定律