關于先進測溫技術的調研

葉欣然

摘 要：溫度是我們日常生活中所離不開的參數之一，而在研究領域上，如何更準確地進行溫度測量更是我們無法逃避的問題，不論是在科學研究還是工農業生產上，而在動力工程的系統之中，測溫的意義更是非凡。目前我們的測溫時使用的溫度計主要分為兩種：接觸式和非接觸式。前者是依據.不同溫度的物體相互接觸時必然會發生由高溫側向低溫側的熱交換，而后者則是依據物體輻射能量的大小來測溫。本文主要對于接觸式溫度計中的熱電偶測溫和非接觸式測溫計中的紅外線測溫進行了調研。

關鍵詞：接觸式測溫;非接觸式測溫;熱電偶測溫;冷端補償;紅外測溫技術;熱成像

溫度的定義很難具體被描述，人們廣為接受的是溫度是物體冷熱程度的標志。熱力學中，溫度宏觀概念的定義是以熱平衡為基礎的，表征兩個物體或系統的冷熱程度，兩個冷熱溫度不同的物體相互接觸時，熱量會從高溫物體傳到低溫物體，當二者冷熱平衡時，不再有凈能量交換，溫度相同。微觀上看來，溫度反映了物質分子熱運動的激烈程度。由于物體的物性參數與溫度密不可分，溫度的準確測量就顯得至關重要。而溫度的測量主要有接觸式測溫和非接觸式測溫，熱電偶測溫技術屬于接觸式測溫技術，而紅外線測溫技術則屬于非接觸式測溫。文中主要對于這兩種測溫技術展開了調研，對于其測溫原理等進行了研究。

1熱電偶測溫技術

1.1接觸式測溫

接觸式測溫法是將傳感器置于與物體相同的熱平衡狀態中，使傳感器與物體保持同一溫度的測溫方法，它比較簡單但是可靠，它的測量精度較高;但是測溫元件與介質需要進行充分的熱交換，需要一定的時間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現象，同時由于目前測溫材料的限制，接觸式測溫在高溫范圍上的測量受到限制，不能應用于很高的溫度測量。熱電偶就是接觸式測溫的代表。

1.2熱電偶測溫的原理

熱電偶測溫是基于熱電效應工作的熱電效應是指將兩種不同材料的導體或半導體A和 B 焊接起來，構成一個閉合回路。當導體A和B的兩個執著點之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，從而在回路中形成一個大小的電流。

1.3熱電偶的冷端補償

由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，出于材料和成本角度的考慮，采用補償導線把熱電偶的冷端 （自由端） 延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到儀表端子上，是最經常采取的手段。

熱電偶補償導線只起延伸熱電極的作用，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其它修正方法來補償冷端溫度變化對測溫的影響。除此之外，型號相配是在使用熱電偶時所必須注意到的問題，極性不能接錯也是必須要被注意的，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過 100℃。

1.4火電廠中熱電偶的應用

火電廠的各項生產過程中都伴有溫度的變化，熱電偶溫度計一般用于測量 500℃ 以上的溫度。電廠熱力過程中的主蒸汽溫度、過熱器管壁溫度、汽輪機高壓汽缸壁溫度以及高溫煙氣溫度等，都離不開熱電偶測溫。K型和N型熱電偶主要在電場中得到了廣泛的應用。

我國火電廠主蒸汽溫度的測量大都采用 K 型熱電偶作為一次元件，目前存在著測溫精度不高的問題。為了提高主蒸汽溫度測量的準確性，用 N 型熱電偶替換 K 型熱電偶是一個有效的技術措施。目前，N 型熱電偶已在火電廠主蒸汽溫度測量中應用。N 型熱電偶具有熱電特性穩定，使用壽命長和非線性誤差小等優點，提高主蒸汽溫度測量的精度，滿足了火電機組運行規程的要求。在用 N 型熱電偶測量主蒸汽溫度成功應用的基礎上，也可以用 N 型熱電偶測量過熱器和汽缸等金屬壁的溫度。

2紅外線測溫技術

2.1非接觸式測溫

非接觸式測溫儀表，它的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式溫度傳感器。這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。非接觸式測溫具有測溫上限不受敢問元件耐溫程度的限制，因而在測量高溫上具有極廣泛的應用。紅外熱像儀可以探測物體表面的溫度場，是一種被動的、非接觸式的檢測手段。該技術主要應用于軍事領域。

2.2紅外線測溫技術原理

在自然界中，任何高于絕對零度的物體都會輻射出電磁波， 波長在2.0～1 000μm的部分稱為熱紅外線。隨著溫度變化， 紅外線的輻射強度也會隨之變化。

紅外熱成像測得的溫度是以儀器收到的輻射能計算出來的， 但是被測表面的輻射率、測量距離、環境溫濕度等都會對測溫精度有所影響， 表面輻射率是對測量精度影響最大的因素。熱成像原理為我們展現了它的工作原理——光學系統將紅外輻射匯聚起來，經過光譜濾波和光機掃描，聚集到探測器的紅外元件上，探測器將強弱不同的輻射信號轉化成電信號，再經過放大和視頻處理，形成視頻信號，送至顯示器。

2.3紅外線測溫的應用

相較于傳統測溫方式， 紅外熱成像測溫具有精度高、范圍大、快速和高靈敏度的優點。它的應用范圍也是極其寬廣，隨著它的日益成熟，它廣泛的出現在工業生產、農業發展、日常生活的方方面面。

如在石化行業中，紅外測溫儀被越來越多地應用于固體廢物的裝置生產過程里，為焚燒裝置的安全提供了真實有效的測溫手段。在固體廢物的裝置生產過程里，窯襯是安全上的關鍵因素，因此，裝置運轉中必須及時了解裝置內部的溫度變化情況，防止窯襯及相關設備損壞。紅外測溫技術在其中的應用為解決這一問題提供了便利：它的應用不僅提高了固體廢物的焚燒效率，也大大地提高焚燒設備的安全系數。

又如在電力設備中，應用紅外線測溫技術對電力設備運行狀態在線監測應用紅外測溫技術對電力設備運行狀態在線監測，可以及時檢測電力設備的過熱缺陷和故障，又不影響其正常運行，提高了電網的可靠性和安全性。張義華等設計了電力設備熱故障在線監測系統，他們的系統主要由紅外測溫單元、數據通訊系統和上位機綜合管理平臺等幾部分組成。以 80C196KC 單片機為核心的紅外測溫單元，配置溫度采集電路、存儲電路、顯示電路等外圍接口電路，這使得整個系統具有運行穩定 可靠、測量準確、測量范圍廣、易于操作等特點，很好地配合我國電網發展的實際情況。

除此之外，紅外線熱成像技術也在畜牧業中發揮著作用，特別是早畜禽疾病檢測方面的應用，它不僅精度高、范圍大、快速和高靈敏度，而且作為非接觸的測溫方式，不會引起個體應激反應，可以幫助養殖者更好地對于個體進行判斷，很大程度上減少了養殖場的損失。袁生等的研究就很大程度上展現了這一點。

3結束語

隨著測溫技術的不斷發展，先進的測溫技術不斷應用在各個領域。隨著它們的不斷發展和進步，必將越來越便利我們的生活。

參考文獻：

[1]謝清俊，熱電偶測溫技術相關特性研究，工程計量，2012，27（05）

[2]許東良，余有剛，探討紅外線成像測溫技術在變電站設備中的應用，自動化應用，2018（02）

[3]張義華李愛峰，基于紅外測溫技術的電力設備熱故障在線監測系統的設計，科技視界2016（20）

[4]袁生袁圣丹，紅外熱成像技術在畜禽疾病檢測中的應用，湖北畜牧獸醫，2019，40（01）