浅析红外测温检测技术

2016年05月18日

　　红外测温技术发展史

　　红外测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。近20年来，非接触红外测温技术得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，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

　　红外检测技术是“九五”国家科技成果重点推广项目，红外检测是一种在线监测(不停电)式高科技检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线(红外辐射)，将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等优点。任何物体由于其自身分子的运动，不停地向外辐射红外热能，从而在物体表面形成一定的温度场，俗称“热像”。红外诊断技术正是通过吸收这种红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分布，从而判断设备发热情况。目前应用红外诊技术的测试设备比较多，如红外测温仪、红外热像仪等等。红外热像仪设备就是利用热成像技术将这种看不见的“热像”转变成可见光图像，使测试效果直观，灵敏度高，能检测出设备细微的热状态变化，准确反映设备内部、外部的发热情况，可靠性高，对发现设备隐患非常有效

　　红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，使传统电气设备的预防性试验维修(预防试验是50年代引进前苏联的标准)提高到预知状态检修，这也是现代电力企业发展的方向。特别是现在大机组、超高电压的发展，对电力系统的可靠运行，关系到电网的稳定，提出了越来越高的要求。随着现代科学技术不断发展成熟与日益完善，利用红外状态监测和诊断技术具有远距离、不接触、不取样、不解体，又具有准确、快速、直观等特点，实时地在线监测和诊断电气设备大多数故障(几乎可以覆盖所有电气设备各种故障的检测)。它备受国内外电力行业的重视(国外70年代后期普遍应用的一种先进状态检修体制)，并得到快速发展。红外检测技术的应用，对提高电气设备的可靠性与有效性，提高运行经济效益，降低维修成本都有很重要的意义。是目前在预知检修领域中普遍推广的一种很好手段，又能使维修水平和设备的健康水平上一个台阶。

　　采用红外成像检测技术可以对正在运行的设备进行非接触检测，拍摄其温度场的分布、测量任何部位的温度值，据此对各种外部及内部故障进行诊断，具有实时、遥测、直观和定量测温等优点，用来检测发电厂、变电所和输电线路的运转设备和带电设备非常方便、有效。

　　利用热像仪检测在线电气设备的方法是红外温度记录法。红外温度记录法是工业上用来无损探测，检测设备性能和掌握其运行状态的一项新技术。与传统的测温方式(如热电偶、不同熔点的蜡片等放置在被测物表面或体内)相比，热像仪可在一定距离内实时、定量、在线检测发热点的温度，通过扫描，还可以绘出设备在运行中的温度梯度热像图，而且灵敏度高，不受电磁场干扰，便于现场使用。它可以在 -20℃～2000℃的宽量程内以0.05℃的高分辨率检测电气设备的热致故障，揭示出如导线接头或线夹发热，以及电气设备中的局部过热点等等。

　　带电设备的红外诊断技术是一门新兴的学科。它是利用带电设备的致热效应，采用专用设备获取从设备表面发出的红外辐射信息，进而判断设备状况和缺陷性质的一门综合技术

　　解析红外测温热像仪

　　红外热像仪操作简单，并与测控系统一起连用，在连接电脑上面实现可视化的图像生成，已经被应用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多个领域。近年来，随着红外测量技术的发展，利用红外测量原理的红外热像仪在技术上也得到了迅速发展，具体表现杂性能在不断提高，适用范围也在不断扩大。近年来，红外热像仪市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外热像仪有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。

　　1.确定测温范围

　　测温范围是红外热像仪最重要的一个性能指标。每种型号的红外热像仪都有自己特定的测温范围。因此，用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全，既不要过窄，也不要过宽。根据黑体辐射定律，在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化，因此，用户只需要购买在自己测量温度内的红外热像仪。

　　2.确定目标尺寸：红外热像仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪(辐射比色测温仪)。对于单色测温仪，在进行测温时，被测目标面积应充满热像仪视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小于视场，背景辐射能量就会进入红外热像仪的视声符支干扰测温读数，造成误差。相反，如果目标大于热像仪的视场，红外热像仪就不会受到测量区域外面的背景影响。

　　3.确定光学分辨率(距离系灵敏)：光学分辨率由D与S之比确定，是红外热像仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S 之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的红外热像仪。光学分辨率越高，即增大D：S比值，红外热像仪的成本也越高。确定波长范围：目标材料的发射率和表面特性决定红外热像仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料，有低的或变化的发射率。在高温区，测量金属材料的最佳波长是近红外，可选用0.18-1.0μm波长。其他温区可选用1.6μm、2.2μm和3.9μm波长。由于有些材料在一定波长是透明的，红外能量会穿透这些材料，2.2μ m和3.9μm(被测玻璃要很厚，否则会透过)波长;测量玻璃内部温度选用5.0μm波长;测低区区选用8-14μm波长为宜;再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长，聚酯类选用4.3μm或7.9μm波长。厚度超过0.4mm选用8-14 μm波长;又如测火焰中的CO2用窄带4.24-4.3μm波长，测火焰中的CO用窄带4.64μm波长，测量火焰中的NO2用4. 47μm波长。

　　4.确定响应时间：响应时间表示红外热像仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。现在的红外热像仪的反映速度都很快。这要比接触式测温方法快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外热像仪，否则达不到足够的信号响应，会降低测量精度。然而，并不是所有应用都要求快速响应的红外热像仪。

　　对于静止的或目标热过程存在热惯性时，红外热像仪的响应时间就可以放宽要求了。因此，红外热像仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。

　　5.环境条件考虑：红外热像仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应加以考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起红外热像仪的损坏。当环境温度过高存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下，可选用厂商提供的保护套、水冷却和空气冷却系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护红外热像仪，实现准确测温。在确定附件时，应尽可能要求标准化服务，以降低安装成本。在密封的或危险的材料应用中(如容器或真空箱)，热像仪通过窗口进行观测。材料必须有足够的强度并能通过所用测温仪的工作波长范围。还要确定操作工是否也需要通过窗口进行观察，因此要选择合适的安装位置和窗口材料，避免相互影响。在低温测量应用中，通常用Ge或Si材料作为窗口，不透可见光，人眼不能通过窗口观察目标。如操作员需要通过窗口目标，应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料，如应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料，如ZnSe或BaF2等作为窗口材料。

　　其它注意事项：

　　● 性能指标方面：如温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、响应时间等;

　　● 环境和工作条件方面，如环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等;

　　● 其他选择方面如使用方便、维修和校准性能以及价格等，也对测温仪的选择产生一定的影响

　　为什么要用红外热成像仪

　　传统测温方式只能测量某点或某区域内的平均温度值，热像仪测量的是整个面每一点的温度，能直观显示出测量区域内的温度分布情况，便于我们快速直观发现隐藏的故障点或热分布特性。FLIR Systems公司作为全球领先的服务商, 为商业、工业和政府机关提供多选择的高性能红外成像系统。FLIR 红外成像系统采用最先进的红外成像技术, 通过探测物体表面的红外辐射或热量, 可分辨出细微的温度变化。

　　产品系列:

　　● 进行预防性维护保养的专用产品

　　● 满足科研应用的红外成像系统

　　● 适用于过程控制和机械检测的红外热像仪系列

　　FLIR Systems公司是全球唯一一家高度纵向集成的红外热像仪制造厂商。红外热像仪的每个核心部件都由FLIR自行研发制造。红外领域远远不等于制造一台红外热像仪。 FLIR Systems公司不仅承诺为客户提供优质的红外热像仪, 而且还能够根据客户的检测要求, 提供完美的红外成像解决方案。

　　跟大家推荐 FLIR FC-R系列热像仪其耐久性超越行业标准，且享有FLIR无与伦比的3年整机质保和10年探测器质保。

　　全新FLIR FC-R 系列是一款固定网络式安防热像仪，其内置的非接触式测温功能适用于火灾探测、安全监控和设备热温监控。

　　FC-R 系列红外热像仪可用于监测具体区域的温度。当监测温值达到或超出预设值温度时，您将会收到以电子邮件、数字输出或VMS报警等形式发出的通知。

　　特性：

　　● 内置视频分析器，具备识别入侵对象是人还是车辆的能力

　　● 校正测温功能适用于火灾探测、安全监控和设备热温监控

　　● 多种告警通知选择，包括电子邮件、数字输出或VMS报警

　　● 非常适合与第三方分析设备配合使用，包括FLIR全球合作伙伴提供的分析设备

　　● 可通过web或手机应用配置热像仪

　　● 宽动态范围热成像，适用于业界领先的威胁侦测

　　FC-R 优势

　　1.防火于未燃　检测气体泄露

　　采用先进的高灵敏度制冷型红外焦平面探测器,结合极具优势的红外测温成像技术，产品性能达到国内领先、国际先进水平，该产品可准确地检测SF6气体泄漏点，其热灵敏可检测设备极小的温度差，是一款具有卓越性能的高端热像仪。

　　内置视频分析器

　　校正测温功能适用于火灾探测、安全监控和设备热温监控2.大空间非接触防火

　　系统能穿越燃烧引起的浓烟，即使在没有光线的环境下，依然能精准定位着火点，帮助值班人员快速灭火。

　　3.精准定位着火点

　　只需数个探头，就能完成大空间的实时防火监控，监控过程中无需接触作业面，无论安装，还是日常维护都非常方便。

　　4.设备结构紧凑，软件操作方便。

　　作为系统综合性的企业，除了正常的石化设备外，还有诸如电力，电器和原料化工等辅助性的设备。为了及早发现问题，保证安全的生产运营、延长设备的使用寿命，红外热像仪是一个最好的选择。

　　关键设备状态监测

　　FC-R 可以对关键位置进行全天候不间断监控。通过设置温度值可在关键设备状态监测到设置温度值时发出报警或者发送邮件告知负责人，同时可见光可查看具体细节。压缩机，反应釜等是石化行业的关键设备，意外故障会造成大面积的生产中断。温度是反映系统工作状态的重要指标之一，通过监控设备表面的温度分布，即时了解设备的工作状态，一旦系统温度异常，立即报警，防止设备机导致生产中断，威胁生产安全。实时监控反应釜外表温度场并分析其温度变化趋势，可评估内部耐火材料厚度或结垢情况，帮助管理者制定生产和检修计划;同时可避免事故发生。

　　测温实例图