为什么红外高温计在感应加热中给出的温度读数不准确

发射率如何, 反射和测量条件影响高温计精度

红外高温计 通常用于在感应加热过程中监测工件表面温度. 他们提供快速, 非接触式测量, 但显示的温度可能并不总是代表预期表面的实际温度.

金属发射率的变化可能会导致意外的读数, 反射辐射, 光点定位不正确或沿光路发生干扰. 当局部加热时，这些问题尤其重要, 工件在加热循环期间移动或表面条件发生变化.

感应加热工艺调整前, 工程师需要确定温度是否确实发生了变化，或者测量结果是否变得不可靠.

1. 为什么红外高温计会误读金属温度

红外高温计根据从目标接收的热辐射估算温度. 计算取决于表面发射的辐射和仪器使用的假设.

相同温度下的两个金属表面会产生不同的红外信号. 这是钢和其他金属的红外温度测量需要仔细注意的原因之一 表面状况.

发射率和金属表面状况

发射率描述了与相同温度下的理想黑体相比，表面发射热辐射的效率.

对于传统的单波长高温计, 不正确的发射率设置可能会产生很大的温度误差. 实际发射率取决于材料, 表面光洁度, 氧化, 温度, 观察方向和测量波长.

考虑同一钢的抛光钢表面和氧化表面. 即使在相同温度下, 它们可能会在仪器的测量频段内发射不同量的红外辐射.

因此，对两个表面使用相同的发射率设置会产生不同的指示温度.

错误的方向很重要. 对于被较冷环境包围的热目标, 将发射率设置为高于其实际值通常会在单波长测量中产生太低的读数. 反射辐射和其他条件会使这种关系变得复杂.

材料发射率表是有用的参考, 但它们的值不应被视为普遍适用的设置.

凯勒高温计系统 解释发射率之间的关系, 表面状况和测量精度.

为什么氧化会在加热过程中改变读数

随着温度升高，钢表面可能会氧化. 形成的氧化层可以改变其光谱发射率, 因此，在加热之前建立的高温计设置在循环后期可能会变得不那么具有代表性.

例如, 显示温度的变化可能部分反映表面辐射特性的变化，而不是实际温度的等效变化.

效果并不总是同一个方向. 这取决于材料, 氧化层, 波长和周围辐射.

当比较具有不同表面光洁度的工件的温度记录时，这一点变得相关, 氧化物条件或制备方法.

如果测量的表面不同，可重复的高温计设置不一定提供可比较的测量结果.

测量波长有影响吗?

可以. 因为金属发射率随波长变化, 在不同光谱带工作的两个高温计可能对同一表面有不同的响应.

测量足够热的金属时，较短波长的高温计可以降低对某些发射率误差的敏感性, 尽管适当的波长取决于温度范围和应用.

二色, 或比率, 当其基本测量假设仍然有效时，高温计可以补偿发射率或光传输的一些变化. 它们不能避免因光谱特性变化而引起的错误, 不合适的目标或不利的光学条件.

这两种仪器类型都不需要验证测量布置.

2. 反射和光学条件如何导致测量误差

即使具有合适的发射率设置, 高温计可能会接收到并非完全源自预期测量区域的辐射.

三个实际问题是反射辐射, 测量光斑尺寸和光路状况.

来自周围热表面的反射

金属表面会反射周围环境的一些辐射. 在发射率相对较低的表面上, 该反射分量可以代表到达高温计的信号的很大一部分.

如果来自附近较热表面的辐射被反射向传感器, 显示温度可能高于实际目标温度.

改变视角可以帮助调查可疑的反射, 但它也会改变测量几何形状并可能影响观测到的发射率. 重新定位传感器后读数的变化不会, 就其本身而言, 确认反射是原因.

选择测量位置时应考虑周围的热环境, 特别是当暴露的热组件位于目标的反射环境内时.

测量光斑尺寸和目标对准

高温计测量有限区域的辐射, 不是无限小的点.

测量点取决于仪器的光学系统, 焦点和距目标的距离. 如果预期的热点区域不能充分填充该位置, 邻近材料的辐射会影响读数.

这是局部感应加热中常见的问题.

狭窄的加热带可能被冷却得多的钢包围. 如果测量点超出热带范围, 显示的温度可能不代表预期区域的温度.

当移动的工件相对于固定的传感器移动时，也会出现同样的问题.

激光瞄准指示器, 安装的地方, 不一定显示整个测量点. 光学规格应根据实际安装距离进行检查, 为目标移动和定位变化提供足够的余量.

对于小目标或尖锐的温度边界, 从标称点外部接收的辐射也可能通过仪器的源尺寸效应影响结果.

光学窗口, 烟雾和污染

辐射在到达探测器之前必须穿过光路.

灰尘, 抽烟, 蒸汽和其他过程排放可能会通过吸收或散射影响接收信号. 误差的程度取决于存在的材料和使用的波长.

防护窗引入了另一个考虑因素. 不适合高温计光谱范围的窗口, 或有存款的人, 可能会减少或以其他方式改变传输的辐射.

因此，传感器可以正常工作，但其显示的温度由于光路改变而变得不可靠.

凯勒对高温计测量误差的讨论 确定对红外温度测量的重要影响因素之一的传输损耗和背景辐射.

3. 为什么感应加热期间读数会波动

温度信号波动不一定是加热功率不稳定的证据.

在感应加热过程中, 观察到的表面可能会移动, 它的条件可能会改变，测量区域内的温度可能会改变 不均匀的. 即使电力输出稳定，这些影响也会产生波动.

快速加热和仪器响应

感应加热可产生局部表面温度的快速变化.

如果高温计的响应时间或信号平均对于该过程来说太慢, 显示值可能滞后于实际温度或平滑短期峰值.

提高响应速度可能会揭示更快的变化, 但它也可以使信号变化更加明显. 平滑信号并不能证明测量准确.

响应设置应反映需要监控的温度变化.

移动和旋转工件

在 扫描感应加热, 当工件穿过测量场时，固定高温计可以观察不同的表面区域.

如果该点跨越温度梯度, 即使加热条件不变，指示温度也会变化.

旋转部件 可能会出现类似的问题. 周期性变化可能是由实际圆周温差引起的, 表面发射率的变化或观测区域的移动.

第一个有用的问题是波动是否对应于工件位置或旋转.

在同一位置反复变化的信号值得与不可预测变化的信号进行不同的调查.

电磁干扰怎么办?

感应加热设备产生交变电磁场. 在某些安装条件下, 干扰会影响敏感的传感器电子设备, 信号电缆或通信系统.

然而, 电磁干扰不应成为读数不稳定的默认解释.

光学对准, 还应检查表面状况和真实温度变化.

如果怀疑有干扰, 将干扰时间与感应电源操作进行比较，并根据仪器制造商的说明检查电气安装.

福禄克过程仪表 讨论电磁干扰和发射率, 反射和光学问题可能是导致红外温度指示不正确的原因.

4. 如何检查高温计读数是否可靠

当高温计报告意外温度时, 在更改加热功率或过程设置之前验证测量条件. 目的是将真实的工件温度变化与测量误差分开.

从目标和光路开始

确认高温计观察到预期表面并且目标在安装距离处充分填充测量点.

用于移动或旋转工件, 检查观察区域在运行过程中是否发生变化. 检查镜头和保护窗是否受到污染, 并寻找可能的反射, 抽烟, 蒸汽或间歇性阻塞.

检查发射率和仪器设置

检查实际表面状况, 包括氧化和表面处理, 根据配置的发射率和测量波长.

不要仅仅为了使显示符合预期温度而调整发射率. 任何调整都应有适当的参考或经过验证的测量方法的支持.

另请检查测量范围, 响应时间和平均设置, 特别是当加热速度很快时.

将传感器读数与信号传输分开

如果控制器显示的温度与高温计显示的温度不同, 检查信号缩放, 接线和通讯设置.

对于波动的读数, 将干扰与工件运动进行比较, 表面变化和感应功率操作. 调查有证据表明可能涉及电气干扰的情况.

验证不确定的测量结果

如果读数仍有疑问, 在代表性条件下将其与合适的独立参考进行比较.

参考方法必须考虑材料, 测量位置, 温度范围和响应时间. 接触式传感器在快速加热的表面上不会自动变得更准确, 两个高温计之间的一致性并不能证明任何一个都是正确的.

仪器校准可确认指定参考条件下的性能. 它并不能证明安装的传感器正在准确地测量预期的工件表面.

可靠的表面读数也有局限性: 它不直接建立内部温度或整个组件的均匀加热.

使用高温计测量进行闭环控制, 不准确的信号可能会影响控制器的响应. 测量温度和控制感应功率之间的区别参见 感应加热温度控制: 功率控制 vs. 温度反馈.

常见问题解答

单击问题以展开答案.

为什么我的高温计显示的温度与实际工件表面的温度不同?

读数取决于发射率, 反射辐射, 测量光斑尺寸和光路. 这些条件中任何一个的变化都会改变显示的温度，而实际表面温度不会发生相应的变化. 在改变加热过程之前验证这些条件.

当钢在加热过程中氧化时，我需要更改发射率设置吗?

氧化改变了表面的光谱发射率, 因此，加热前建立的设置在循环后期可能会变得不太准确. 根据实际氧化表面重新检查设置, 最好有合适的参考, 而不是仅仅调整它以匹配预期的温度.

是双色的 (比率) 高温计总是更准确?

未必. 当假设成立时，双色高温计可以补偿一些发射率和光传输变化, 但它也不能避免光谱特性变化带来的误差, 不合适的目标或不利的光学条件. 测量安排仍需验证.

为什么感应功率稳定但读数却波动?

观察到的表面可能会移动, 旋转或温度不均匀, 并且在加热过程中表面状况可能会发生变化. 即使电力输出稳定，这些影响也会产生波动. 检查变化是否与工件位置或旋转相对应, 并检查响应时间和平均设置.