長(zhǎng)波紅外測(cè)溫儀或紅外熱像儀到底可以測(cè)量到多高的溫度？

1、相關(guān)簡(jiǎn)述：

不論是銷售紅外測(cè)溫儀還是銷售紅外熱像儀，同樣不論是銷售便攜式的還是固定式紅外測(cè)溫產(chǎn)品，我們可以總結(jié)出如下的現(xiàn)象：

長(zhǎng)波紅外測(cè)溫儀的最高溫度、精度、重復(fù)性

• 所有品牌的最高溫度都≦1000°C ！

• 精度：±1%，最好的在±0.6%

• 重復(fù)性：±0.5%，最好的在±0.3%

非制冷長(zhǎng)波紅外熱像儀的最高溫度、精度

• 歐洲的品牌，最高溫度≦1200°C ！

• 美國(guó)的品牌，最高溫度可達(dá)2000°C ！

• 中國(guó)的品牌，最高溫度可達(dá)2000°C ！

• 精度：全球都是 ±2% 

說明：制冷型紅外熱像儀因?yàn)橛兄评洌詼囟确秶蜏y(cè)溫精度比非制冷紅外熱像儀的溫度范圍及精度要高，這些問題此文不另外討論，請(qǐng)參見相關(guān)文章。后面，本文所指的紅外熱像儀都是指非制冷型紅外熱像儀。

從上所述，就可以看出有如下的問題：

• 為什么紅外測(cè)溫儀最高只能測(cè)量1000°C，而紅外熱像儀卻能測(cè)量到1200°C，甚至2000°C？

• 紅外測(cè)溫儀測(cè)溫的誤差到底有多少°C呢？紅外熱像儀測(cè)溫的誤差到底有多少°C呢？

• 在實(shí)際應(yīng)用中，到底怎么選擇紅外測(cè)溫儀和紅外熱像儀？

2、相關(guān)的紅外測(cè)溫原理

很多人都看過和學(xué)過紅外測(cè)溫原理，但說實(shí)在的，真正理解紅外測(cè)溫原理的并不是很多，在實(shí)際紅外測(cè)溫設(shè)備選型時(shí)，能不自覺地應(yīng)用紅外測(cè)溫原理的更不多。

先來看二張圖：

這張圖取自德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《VDI/VDE 3511 Blatt 4》，在Bernhard Frank：《Handbuch der-technischen Temperaturmessung》, Springer Verlag 2014 (《技術(shù)測(cè)溫手冊(cè)》，很貴的，313.81歐元，購(gòu)買請(qǐng)參見https://www.springer.com/cn/book/9783642245053）中也可以找到。也就是每個(gè)點(diǎn)的值是按公式計(jì)算出來的。

說明：這張圖是發(fā)射率變化1%時(shí)導(dǎo)致的紅外測(cè)溫設(shè)備的絕對(duì)誤差。

下面做一些簡(jiǎn)單計(jì)算：

• 溫度在1000°C時(shí)，發(fā)射率變化1%或10%：

用8-14μm紅外測(cè)溫儀或紅外熱像儀，測(cè)量溫度的絕對(duì)誤差是8°C(參見圖片中最上面的那條曲線)。如果發(fā)射率變化10%呢？那么測(cè)溫的絕對(duì)誤差 = 10%發(fā)射率變化要乘以10 x 8°C = 80°C。 

用1μm(0.78-1.06μm)紅外測(cè)溫儀或紅外熱像儀，測(cè)量溫度的絕對(duì)誤差是1.5°C(參見圖片中紅色曲線)。如果發(fā)射率變化10%呢？那么測(cè)溫的絕對(duì)誤差 = 10%發(fā)射率變化要乘以10 x 1.5°C = 12°C。 

• 溫度在1500°C時(shí)，發(fā)射率變化1%或10%：

再比如在溫度1500°C時(shí)，發(fā)射率變化1%，用8-14μm紅外測(cè)溫儀或紅外熱像儀，測(cè)量溫度的絕對(duì)誤差是12°C(參見圖片中最上面的那條曲線)。如果發(fā)射率變化10%呢？那么測(cè)溫的絕對(duì)誤差 = 10%發(fā)射率變化要乘以10 x 12°C = 120°C。 

用1μm紅外測(cè)溫儀或紅外熱像儀，測(cè)量溫度的絕對(duì)誤差是2°C(參見圖片中紅色曲線)。如果發(fā)射率變化10%呢？那么測(cè)溫的絕對(duì)誤差 = 10%發(fā)射率變化要乘以10 x 2°C = 20°C。

這張圖是國(guó)內(nèi)紅外測(cè)溫原理PPT上常見的一張圖。也就是在發(fā)射率變化10%時(shí)，溫度測(cè)量的誤差百分比。

比如在1000°C，使用8-14μm(參見最上面的一條黃色線)的紅外測(cè)溫儀或熱像儀測(cè)溫時(shí)，那么誤差%=8%，所以：在1000°C時(shí)，誤差測(cè)量的絕對(duì)誤差 = 1000°C x 8% = 80°C。

同樣的，我們也可以像第一張圖一樣算出1μm時(shí)的在1000°C的誤差為12°C，在1500°C時(shí)的誤差為近20°C。

• 也就是說，上面2個(gè)圖是完全一樣的；

• 上面2個(gè)圖都說明，溫度越高，紅外測(cè)溫設(shè)備誤差越來越大；

• 高溫時(shí)，尤其是超過1000°C時(shí)，盡量使用短波測(cè)量高溫 -- 就是說，紅外測(cè)溫儀或紅外熱像儀使用的波長(zhǎng)越短，其測(cè)量誤差要比波長(zhǎng)越長(zhǎng)的要低得多。這就是為什么使用紅外測(cè)溫時(shí)，使用的波長(zhǎng)越短越好！

3、短波和長(zhǎng)波紅外實(shí)際測(cè)量效果比較

這是德國(guó)DIAS紅外公司做的測(cè)試，測(cè)量同一個(gè)電熱塞或預(yù)熱塞(Glow Plug)時(shí)做的熱像儀測(cè)試，測(cè)試的紅外熱像儀如下：

• 長(zhǎng)波紅外熱像儀PYROVIEW 640L compact+ (-20~1200°C)
  

• 短波紅外熱像儀PYROVIEW 512N compact+ (600~1500°C)
  

采用相同的發(fā)射率、透過率。

測(cè)量結(jié)果比較可見：

• 短波紅外熱像儀測(cè)量的最高溫度是960°C，而長(zhǎng)波紅外熱像儀測(cè)量的最高溫度是460°C -- 最高溫度的誤差達(dá)到了500°C

• 右側(cè)的長(zhǎng)波紅外熱像儀的溫度曲線波動(dòng)很大，而左側(cè)短波紅外熱像儀的溫度曲線波動(dòng)卻很小

而我們知道，電熱塞在啟動(dòng)之后，2~3秒鐘就很快溫度就升上去了：金屬電熱塞(850°C，運(yùn)行溫度約1000°C)、陶瓷電熱塞(900°C，運(yùn)行溫度約1150°C)，這一點(diǎn)大家可以去查一下度娘。

因此，要想非制冷長(zhǎng)波紅外熱像儀測(cè)量電熱塞的溫度達(dá)到960°C，那么要怎么做呢？我們也知道，這必須要調(diào)整發(fā)射率！要調(diào)整透過率！但這500°C這么大誤差，調(diào)發(fā)射率和透過率能調(diào)整過來嗎？能調(diào)到960°C嗎？

其實(shí)，這種電熱塞價(jià)值比較小，如果不是去電熱塞研發(fā)，只是去生產(chǎn)，用紅外熱像儀去測(cè)溫，就無(wú)比奢侈了。這時(shí)最佳選擇應(yīng)該是紅外測(cè)溫儀，價(jià)格便宜且好用 --如果想測(cè)溫精度高，那么選擇短波紅外測(cè)溫儀；如果很窮，那么可以選擇便攜式紅外測(cè)溫儀。

用過紅外測(cè)溫儀或紅外熱像儀的人都知道，有很多材料，你真的知道這種材料確切的發(fā)射率嗎？你設(shè)的發(fā)射率和實(shí)際發(fā)射率隨隨便便就超過了10%的誤差，太正常了。那么在實(shí)際溫度是1500°C，你用長(zhǎng)波紅外測(cè)溫設(shè)備(包含紅外測(cè)溫儀或紅外熱像儀)，那誤差就是120°C，這叫測(cè)溫嗎？這不叫胡扯嗎？尤其是金屬、鋼鐵，其金相隨溫度變化很大，不同的金相幾乎是不同的材料。鋼材或金屬早都變成合金了，你還以為只是鋼呢！你還以為只是銅呢！

4、波長(zhǎng)和發(fā)射率誤差

我們先來看看這個(gè)摘抄來的某紅外公司推薦發(fā)射率表。