紅外線測(cè)溫儀自校準(zhǔn)誤差比對(duì)方法的研究

摘要：紅外線測(cè)溫儀由于長(zhǎng)期用于生產(chǎn)一線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，使用環(huán)境惡劣，以及日常維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，可能導(dǎo)致檢定有效期內(nèi)的紅外線測(cè)溫儀不能準(zhǔn)確測(cè)量甚至設(shè)備故障，導(dǎo)致測(cè)量失準(zhǔn)，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)紅外測(cè)溫原理研究了運(yùn)行中的紅外線測(cè)溫儀自校準(zhǔn)方法，使用者可用簡(jiǎn)易自制設(shè)備隨時(shí)對(duì)紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行定性測(cè)試分析，方法簡(jiǎn)單易行。確保紅外線測(cè)溫儀處于良好工作狀態(tài)，準(zhǔn)確測(cè)量，減少安全隱患。
關(guān)鍵詞：紅外線測(cè)溫；自校準(zhǔn)；黑體；基本誤差

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，紅外線測(cè)溫儀被廣泛應(yīng)用于電力線路巡視、檢修和變電運(yùn)行工作中，在運(yùn)行及帶電條件下檢測(cè)動(dòng)力設(shè)備、配電設(shè)備、電纜、電器接頭等溫度異常，發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備缺陷。使用中的紅外線測(cè)溫儀工作狀態(tài)是否良好，直接影響著電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了提高工作質(zhì)量，保障安全，須開展紅外線測(cè)溫儀的自校準(zhǔn)工作，以確保運(yùn)行中的紅外線測(cè)溫儀處于良好的工作狀態(tài)。

1 黑體輻射與紅外測(cè)溫原理
一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系，因此，通過對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，測(cè)溫儀的光學(xué)系統(tǒng)在探測(cè)器上轉(zhuǎn)為電信號(hào)并通過紅外測(cè)溫儀的顯示部分顯示出被測(cè)物體的表面溫度，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。
紅外測(cè)溫儀特點(diǎn)：非接觸式測(cè)量，測(cè)溫范圍廣，響應(yīng)速度快，靈敏度高，但由于受被測(cè)對(duì)象的發(fā)射率影響，幾乎不可能測(cè)到被測(cè)對(duì)象的真實(shí)溫度，測(cè)量的是表面溫度。
紅外線測(cè)溫儀的標(biāo)準(zhǔn)化檢定方法是采用黑體爐檢定。黑體是指在任何情況下對(duì)一切波長(zhǎng)的入射輻射的吸收率都等于1的物體，黑體是一種理想化的物體模型，因此引入了一個(gè)隨材料性質(zhì)及表面狀態(tài)變化的輻射系數(shù)，即發(fā)射率，它的定義為實(shí)際物體與同溫度黑體輻射性能之比。物體的輻射與吸收紅外輻射規(guī)律滿足基爾霍夫定律，當(dāng)一束輻射投射到任一物體表面時(shí)，根據(jù)能量守恒原理，物體對(duì)入射輻射的吸收率、反射率、透過率三者之和必等于1，一般發(fā)射率不容易測(cè)定，通?？赏ㄟ^測(cè)量吸收率來確定發(fā)射率，所以黑體輻射源作為輻射標(biāo)準(zhǔn)用來檢定各種紅外輻射源的輻射強(qiáng)度。
紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。被測(cè)物體和反射源的輻射線經(jīng)調(diào)制器解調(diào)后輸入到紅外檢測(cè)器。兩信號(hào)的差值經(jīng)反放大器放大并控制反饋源的溫度，使反饋源的光譜輻射亮度和物體的光譜輻射亮度一樣。顯示器指示出被測(cè)物體亮度溫度。紅外測(cè)溫儀所測(cè)的溫度是物體的輻射溫度而不是物體的實(shí)際溫度，由于絕對(duì)黑體是不存在的，在同一溫度下實(shí)際物體熱輻射總量總比絕對(duì)黑體輻射總量小，所以紅外線測(cè)溫儀測(cè)出的溫度肯定應(yīng)小于物體的真實(shí)溫度。測(cè)溫時(shí)應(yīng)盡可能的將紅外測(cè)溫儀發(fā)射率設(shè)置(針對(duì)可調(diào)節(jié)發(fā)射率的紅外線測(cè)溫儀)成與被測(cè)材料相同的發(fā)射率值的發(fā)射率，盡可能使測(cè)量示值與被測(cè)物的真實(shí)溫度一致。
紅外線測(cè)溫儀目前用途廣泛，已成為檢測(cè)電氣設(shè)備缺陷的重要工具。由于長(zhǎng)期用于生產(chǎn)一線，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試變電站的電氣設(shè)備出線接頭、T型線夾、穿墻套管接頭、母排節(jié)點(diǎn)、刀閘刀口、電纜接頭；輸電線路的導(dǎo)線連接管、線夾或?qū)Ь€連接處等。由于現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境惡劣以及日常維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)可能引起運(yùn)行中的紅外線測(cè)溫儀不能準(zhǔn)確測(cè)量甚至設(shè)備故障，導(dǎo)致測(cè)量失準(zhǔn)，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文根據(jù)紅外測(cè)溫原理研究了運(yùn)行中的紅外線測(cè)溫儀自校準(zhǔn)方法，簡(jiǎn)單易行，使用單位可根據(jù)此方法自制自校準(zhǔn)設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試前對(duì)紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行自校準(zhǔn)比對(duì)，判斷紅外線測(cè)溫儀是否處于良好的工作狀態(tài)，可開展測(cè)試工作，以減少安全隱患。

2 紅外線測(cè)溫儀的自校準(zhǔn)方法介紹
紅外線測(cè)溫儀確保測(cè)溫精度最重要的因素是發(fā)射率，到光斑的距離，光斑的位置，視場(chǎng)。通過與紅外測(cè)溫專家和設(shè)備生產(chǎn)廠家技術(shù)人員的溝通和咨詢，經(jīng)過多種方法反復(fù)實(shí)踐，參照黑體爐的原理自制了一套校準(zhǔn)設(shè)備，并通過比對(duì)的方法驗(yàn)證了該方法自校準(zhǔn)比對(duì)切實(shí)可行。自校準(zhǔn)時(shí)完成基本誤差的比對(duì)、測(cè)量距離變化影響、以及發(fā)射率的范圍的確定，測(cè)試前將紅外線測(cè)溫儀調(diào)整到最佳狀態(tài)再用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
現(xiàn)將紅外線測(cè)溫儀的自校準(zhǔn)方法介紹如下：
2．1 自制簡(jiǎn)易黑體水箱
參照黑體爐的原理和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，在自校準(zhǔn)中采用的比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)是自制簡(jiǎn)易黑體水箱，水箱規(guī)格為450 mmx300 mm，自鐵皮制作，內(nèi)部裝有電加熱器。用一塊穩(wěn)定性較好的1．5級(jí)壓力式溫度計(jì)(可用檢定過的玻璃液體溫度計(jì)代替)作為標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)試水箱內(nèi)溫度，考慮到由于對(duì)大多數(shù)有機(jī)材料、油漆或氧化表面的表面溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)要用黑膠布或平光黑漆涂于被測(cè)表面加以補(bǔ)償，使黑膠布或黑漆達(dá)到與基底材料相同溫度時(shí)，測(cè)量膠布或漆表面的溫度，即為真實(shí)溫度的工作經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)考慮光斑定位測(cè)試，用80 mmx80 mm的黑膠布粘貼在與壓力式溫度計(jì)探頭同一深度的液面，待水箱中的水沸騰5 min后，水箱中的溫場(chǎng)均勻時(shí)用紅外線測(cè)試儀瞄準(zhǔn)黑膠布中心點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)。

2．2 量值傳遞溯源
為了保證開展的自校準(zhǔn)工作有效，使用的比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器為BWY-803溫度控制器，溯源到本企業(yè)二等水銀溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置。