Rt/c紅外線熱電偶 – 革命性的溫度傳感新技術(shù)

IRt/c產(chǎn)品系列是溫度傳感技術(shù)的重大 突破。IRt/c傳感器不含電源、成本低、 且無(wú)需觸碰材料即可測(cè)量材料的表面 溫度。這些產(chǎn)品可直接安裝在傳統(tǒng)熱 電偶控制器、PLC、變送器和其他讀 數(shù)設(shè)備上

如何測(cè)量溫度？

所有IRt/c產(chǎn)品均含有專有紅外線檢測(cè) 系統(tǒng)，由其接收來自傳感器所指向物 體輻射的熱量，并將熱量被動(dòng)地轉(zhuǎn)化 為電勢(shì)。之后，產(chǎn)生標(biāo)定為預(yù)期熱電 偶特性的毫伏信號(hào)。

所有IRt/c均為自供電設(shè)備，并僅依賴 傳入的紅外線輻射通過熱電效應(yīng)產(chǎn)生 信號(hào)，因此，信號(hào)將遵循熱輻射物理 的規(guī)律并受過程中固有的非線性影響。

然而，IRt/c輸出在一定的溫度范圍內(nèi) 足以達(dá)到線性要求，可生成直接用于 傳統(tǒng)t/c信號(hào)互換的信號(hào)。例如，指dingt/c線性2%匹配會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溫度范圍， 在這個(gè)范圍內(nèi)IRt/c會(huì)生成處于傳統(tǒng)t/c 操作2%范圍的信號(hào)。指ding5%匹配生 成的溫度范圍更廣。

每個(gè)IRt/c機(jī)型都經(jīng)過特別設(shè)計(jì)，可在shi合傳統(tǒng)t/c設(shè)備的線性區(qū)域內(nèi)發(fā)揮jia性能，不過也可在區(qū)域外使用，只需恰 當(dāng)校準(zhǔn)讀數(shù)設(shè)備。輸出信號(hào)在整個(gè)額定 溫度范圍內(nèi)平穩(wěn)持續(xù)，且可在整個(gè)范圍 內(nèi)保持1%的可重復(fù)性。

“溫度選用指南”（第81頁(yè)）匯總了每 個(gè)IRt/c機(jī)型的線性范圍性能。用戶選擇 IRt/c機(jī)型和類型以及適合應(yīng)用的目標(biāo)溫 度范圍。熱電偶讀數(shù)設(shè)備上的正常偏差 調(diào)整可用于校準(zhǔn)安裝，以避免發(fā)射率和 背景效應(yīng)。

新設(shè)備的可靠性如何？

溫度控制中根本的因素是測(cè)量設(shè)備在 工作條件下長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)的能力。IRt/c 的額定可重復(fù)性為（讀數(shù)的）1%，且 沒有可測(cè)量的長(zhǎng)期校準(zhǔn)變化，因此非常 適合用于可靠的溫度控制。這些特性是 每個(gè)IRt/c設(shè)備的基本設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)內(nèi)在的 特性。

可重復(fù)性是指測(cè)量設(shè)備在相同條件下再 現(xiàn)校準(zhǔn)的能力。IRt/c系統(tǒng)堅(jiān)實(shí)、密閉、 且*密封，在工作中不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械或 冶金方面的變化。系統(tǒng)中沒有生成信號(hào) 的有源電子器件和 電源，熱電偶信號(hào)的 生成*依賴熱電效應(yīng)。1%等級(jí)是基于 測(cè)試條件下證實(shí)更小容差的實(shí)際困難而 提出的守恒值，不是設(shè)備的實(shí)際限制。

影響可重復(fù)性的因素同樣也影響長(zhǎng)期精度：機(jī)械變化和冶金變化。*，隨著時(shí)間的推移，熱電偶會(huì)因?yàn)檫@些效 應(yīng)改變校準(zhǔn)。出現(xiàn)機(jī)械變化的原因在 于：為了縮短響應(yīng)時(shí)間，傳統(tǒng)熱電偶的 構(gòu)成通常小而輕便，但容易出現(xiàn)熱電偶 的屬性的改變。更為重要的是，由于只測(cè)量自身溫度，傳統(tǒng)熱電偶必須在高溫 下使用。

影響熱電屬性的冶金變化是溫度的重要 功能，這種變化在室溫下可以忽略，而 在高溫下必須引起足夠重視。

IRt/c自身的設(shè)計(jì)和基本運(yùn)行可解決這兩 種問題。不銹鋼外殼中采用*封閉的 堅(jiān)實(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及在近乎室溫條件下 的運(yùn)行，可從根本上解決傳統(tǒng)熱電偶常 見的漂移問題。每個(gè)IRt/c設(shè)備都在100?C 以上的高溫下進(jìn)行雙重退火， 可確保長(zhǎng)期穩(wěn)定性，并且經(jīng)過了5次測(cè) 試才進(jìn)行封裝。IRt/c不僅出現(xiàn)故障的機(jī) 率小，還可以長(zhǎng) 期保持校準(zhǔn)精度。

快速安裝指南

所有基于紅外線的傳感系統(tǒng)都必須針對(duì) 特定的材料表面屬性進(jìn)行校準(zhǔn)（例如目標(biāo)表面輻射的熱量、環(huán)境熱反射等）。 這種校準(zhǔn)通過使用可靠的獨(dú)立表面溫 度探頭測(cè)量目標(biāo)表面溫度來執(zhí)行。使用 OMEGA OS91手持式紅外線測(cè)溫儀是 可擺脫這些影響的輕松、bian捷的精que校準(zhǔn)方法，該測(cè)溫儀采用自動(dòng)發(fā)射率 補(bǔ)償系統(tǒng)，在任何發(fā)射率下均可得出正 確讀數(shù)。

推薦下列步驟：

1. 安裝IRt/c并盡可能貼近，以查看要測(cè)量的目標(biāo)材料。

2. 按照標(biāo)準(zhǔn)樣式，用電線將IRt/c和控 制器、PLC變送器（包括護(hù)板）等相 連。正如傳統(tǒng)t/c設(shè)備，紅線總是處于(–)位置。

3. 將流程調(diào)至正常工作溫度，使用 OS91系列紅外線測(cè)溫儀測(cè)量目標(biāo)材料的實(shí)際溫度。

4. 調(diào)節(jié)讀數(shù)設(shè)備上的“輸入偏移”、“零”、“低cal”，與OS91讀數(shù)相匹配。

安裝完成。

C內(nèi)設(shè)自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)控制器

在多種應(yīng)用中，需要使用加熱元件或 熱空氣噴射加熱火爐、熔爐中的產(chǎn)品。 傳統(tǒng)控制設(shè)備使用接觸式熱電偶測(cè)量和 控制火爐空氣溫度、IR加熱元件溫度或 空氣噴射溫度，以維持產(chǎn)品的溫度和質(zhì) 量；通常效果不太理想。

使用直接測(cè)量產(chǎn)品溫度的非接觸式IRt/c 替換接觸式熱電偶（例如測(cè)量火爐溫 度），可保證產(chǎn)品溫度恒定。由于傳感 器響應(yīng)時(shí)間（IRt/c響應(yīng)更快）和加熱產(chǎn) 品所需的時(shí)間（比原來的傳感器慢）不 同，需要重新調(diào)整控制器的參數(shù)。安裝 IRt/c并使用OS91 Infrared Scanner（見 上一頁(yè)“快速安裝指南”）校準(zhǔn)控制器 讀數(shù)后，啟動(dòng)控制器的自整定循環(huán)，查 看控制是否穩(wěn)定、精que。如果控制器無(wú) 法正確自整定，請(qǐng)手動(dòng)調(diào)整控制系數(shù)， 以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。產(chǎn)品溫度改變溫度的 速度可能比原來的傳感器慢，因此請(qǐng)慢 慢增加PID系數(shù)的“D”。 ir34

IRt/c可連接長(zhǎng)達(dá)1,000英尺 （300米）的熱電偶延長(zhǎng)線

利用熱電偶屏蔽雙絞線延長(zhǎng)線，IRt/c可 安裝在遠(yuǎn)離讀數(shù)設(shè)備300米（1000英尺） 的位置，即使在電噪聲干擾非常嚴(yán)重的 環(huán)境。我們執(zhí)行了一個(gè)示范測(cè)試，使用 300米（1000英尺）的屏蔽雙絞線延長(zhǎng) 線圈將IRt/c連接至計(jì)算機(jī)的快速（響應(yīng) 時(shí)間100毫秒）A/D轉(zhuǎn)換模塊，其中延長(zhǎng) 線展開了30米（100英尺）。作為噪聲 發(fā)生器，60 Hz 10,000伏的變壓器和火 花發(fā)生器被設(shè)置為在延長(zhǎng)線的15 cm （6英寸）長(zhǎng)度范圍內(nèi)產(chǎn)生火花。

測(cè)試結(jié)果顯示，在延長(zhǎng)線、火花和變壓 器的任何相對(duì)位置噪聲都低于0.1?C。 IRt/c設(shè)計(jì)非凡的噪聲抑制特點(diǎn)使它可放 置在非常遠(yuǎn)的位置，無(wú)需使用變送器。 IRt/c外殼與信號(hào)導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)電氣隔離，并 連接至延長(zhǎng)線的屏蔽接地。如果距離較 遠(yuǎn)，應(yīng)使用屏蔽雙絞線延長(zhǎng)線，而且防 護(hù)屏應(yīng)連接電氣接地。

與擋片結(jié)合使用時(shí)IRt/c本質(zhì)安全

“具有<1.2V、0.1A、25 mW或25 microJ 能量存儲(chǔ)或生產(chǎn)特征的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備應(yīng)被視 為簡(jiǎn)單設(shè)備（非能量存儲(chǔ)）。這些通用 設(shè)備連入已認(rèn)證安全電路時(shí)，無(wú)需進(jìn)一 步認(rèn)可即可在危險(xiǎn)（分類）位置使用。” – 摘自R. Stahl, Inc. Comprehensive ir35 Product Manual On Intrinsic Safety Barrier and Repeater Relays（安全屏障 和中繼器繼電器綜合產(chǎn)品手冊(cè)） 非能量 存儲(chǔ)本質(zhì)安全設(shè)備示例：

• 熱電偶 • RTD • LED

• 干簧開關(guān)觸點(diǎn)

• NAMUR導(dǎo)電接近開關(guān)

• 非導(dǎo)電應(yīng)變片設(shè)備和電阻

IRt/c屬于熱電偶，這是因?yàn)樾盘?hào)是通過 將輻射的熱量經(jīng)過塞貝克效應(yīng)這一熱電 偶的基本驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)化成電信號(hào)而來的。 和所有熱電偶一樣，它無(wú)需電源，并可 生成以毫伏電壓、微安電流以及毫微瓦 功率衡量的信號(hào)。IRt/c電容小，不過位 于一個(gè)微法拉，能量存儲(chǔ)以納焦測(cè)量， 比25微焦標(biāo)準(zhǔn)低一千倍。

因此， IRt/c有資格作為簡(jiǎn)單設(shè)備，在危 險(xiǎn)位置使用，與相應(yīng)屏障連用后可作為 本質(zhì)安全設(shè)備使用。

與擋片結(jié)合使用時(shí)IRt/c本質(zhì)安全

輪胎溫度對(duì)賽車至關(guān)重要有兩個(gè)原因： 輪胎溫度直接影響輪胎的粘附和耐磨損 特征，而且輪胎溫度模式可提供懸浮設(shè) 置和性能的重要信息。例如，異常懸浮 引起的輪胎負(fù)荷過大，會(huì)導(dǎo)致輪胎溫度 大大高于其他輪胎。

IRt/c是機(jī)載數(shù)據(jù)采集的理想測(cè)量設(shè)備， 原因在于其尺寸小、耐用性以及成本 低。它可以連接至標(biāo)準(zhǔn)熱電偶讀數(shù)系 統(tǒng)。在安裝過程中，應(yīng)將防護(hù)屏相應(yīng)接 地，以避免來自賽車惡劣電氣環(huán)境的干 擾。機(jī)械安裝過程中還應(yīng)注意氣流模 式，盡可能減少鏡頭上的灰塵堆積。鑒 于其較窄的視場(chǎng)，我們推薦OS36-2或 OS36-5，可將其放置在更遠(yuǎn)的位置。

IRt/c相對(duì)濕度測(cè)量

IRt/c可在多種具有便利的水源和流動(dòng)空 氣的條件下測(cè)量實(shí)際的相對(duì)濕度，并可 得出精que可靠的讀數(shù)。

對(duì)準(zhǔn)多孔濕潤(rùn)表面（有充足的空氣流 通）的IRt/c實(shí)際上可測(cè)量該周圍區(qū)域所 謂的“濕球”溫度。（更確切地講，濕 球溫度是指水膜蒸發(fā)后空氣 /水交界處的 平衡溫度。當(dāng)空氣在濕潤(rùn)表面流通時(shí)， 水分通過蒸發(fā)進(jìn)行冷卻直至達(dá)到濕球溫 度，然后停止冷卻，不論表面上流動(dòng)了 多少空氣。冷卻停止時(shí)的溫度便是濕球 溫度。）

IRt/c直接在表面上測(cè)量空氣/水交界處 的溫度。水或吸收材料的質(zhì)量不影響讀 數(shù)，因?yàn)镮Rt/c可直接觀察空氣/水的交 界處，而雜質(zhì)對(duì)濕球平衡溫度的影響不 大。

que確的方法是利用與傳統(tǒng)熱電偶差別 連接的IRt/c測(cè)量“濕球溫降”的量。差 分對(duì)的安排可保證高精度，因?yàn)镽H是 濕球溫降的*功能，卻是干球溫度的 弱功能。我們可結(jié)合數(shù)據(jù)使用標(biāo)準(zhǔn)溫濕 表、圖表以及軟件算法，獲得環(huán)境測(cè)量 的精que相對(duì)濕度。

控制WEB滾輪溫度

IRt/c紅外線熱電偶很快成為檢測(cè)和控制 Web和滾輪溫度的理想傳感器。精que測(cè) 量滾輪溫度的小提示：

1.  無(wú)涂層金屬或鉻滾輪 – 任何紅外線傳 感器都很難感知有光澤、無(wú)涂層的金屬 滾輪的實(shí)際溫度（傳感器會(huì)感知到過多 的環(huán)境反射）。此問題的解決方案是： 在滾 輪未使用的一端噴上黑色的小條 紋。將IRt/c傳感器指向黑色的噴紋。這 樣，不論滾輪其他部位表面狀況如何變 化，傳感器均可準(zhǔn)確、可靠地測(cè)量出表 面溫度。

    

   

    

   如果滾輪一端的未利用的空間非常少， 將傳感器移近一些，噴涂一個(gè)很小的 黑條紋。將傳感器拉近表面時(shí)，IRt/c 的小光斑大小為8 mm（0.3英寸） 、OS36-2的為4 mm（0.16英寸）。

2. 無(wú)光澤的金屬滾輪 – 無(wú)光澤的金屬 滾輪信號(hào)穩(wěn)定。hao測(cè)量表面了解可靠 性，因?yàn)橥ㄟ^灰塵、水分、清潔等表面 發(fā)射特性可能會(huì)變化。如有疑問，只需 噴上一個(gè)條文即可消除這些變化因子。

3. 表面非金屬滾輪 – 這些材料可在IRt/c 測(cè)量的任何時(shí)間點(diǎn)提供可靠的IR信號(hào)。 無(wú)需噴涂條紋。

控制真空成型和熱成型過程

對(duì)于塑料成型，輻射熱量結(jié)合IRt/c控制 是jia的加熱方法和控制組合。這兩者 相得益彰，因?yàn)榧訜岷蜏y(cè)量均在表面發(fā) 生，而這也是塑料放置的位置。IRt/c讀 數(shù)不受加熱器反射的影響，因?yàn)?-14微 米IRt/c鏡頭的光譜響應(yīng)可過濾掉輻射加 熱器能量較短的波長(zhǎng)。

IRt/c可安裝在陶瓷加熱器之間、或輻 射加熱器的護(hù)罩或反射體中，以便在兩 種元件中看到IRt/c。選擇IRt/c標(biāo)準(zhǔn)機(jī) 型、OS36-2或OS36-5機(jī)型，具體視查 看從元件到噴涂表面所需的視場(chǎng)而定。 安裝IRt/c時(shí)必須謹(jǐn)慎，確保溫度低于 93?C (200?F)、鏡頭干凈。OS36-2是針 對(duì)此應(yīng)用的首xuna機(jī)型，因?yàn)樗w積小， 而且內(nèi)置了空氣凈化系統(tǒng)。在使用空氣 凈化系統(tǒng)的情況下，可在溫度高達(dá)121?C(250?F)環(huán)境中使用。它的視場(chǎng)較窄，在 放置時(shí)余地更多，因此安裝也更靈活。 要獲得更窄的視場(chǎng)，請(qǐng)使用FOV為5:1的 OS36-5。

IRt/c在波峰焊接中控制印刷電路板預(yù)熱

IRt/c是解決PC板預(yù)熱的加熱器恰當(dāng)控制 問題的理想方案。這兩者結(jié)合使用效果 非常理想，因?yàn)榧訜岷涂刂凭诒砻嫔?發(fā)生，這也是焊接必須經(jīng)過的位置。 IRt/c讀數(shù)不受加熱器反射的影響，因?yàn)?6-14微米IRt/c鏡頭的光譜響應(yīng)可過濾掉 輻射加熱器能量任何較短的波長(zhǎng)。

對(duì)于這種應(yīng)用，IRt/c可安裝至真空成型/熱成型（上文）。

感應(yīng)加熱控制

感應(yīng)加熱流程可由部件的溫度控制，而 測(cè)量由IRt/c非接觸式紅外線熱電偶進(jìn) 行。在安裝中應(yīng)注意幾個(gè)問題。

1. 電場(chǎng)對(duì)IRt/c的影響：測(cè)量信號(hào)與外 殼電氣隔離，IRt/c將在非常強(qiáng)的電場(chǎng)中 工作。防護(hù)屏電線應(yīng)恰當(dāng)連接到信號(hào)接 地。如果電場(chǎng)中過度加熱，則考慮使用 可選的冷卻護(hù)套，且水源與冷卻線圈的 水源應(yīng)相同

2. 視場(chǎng)：首xuan方法是在線圈匝數(shù)之間或 從線圈末端查看部件。選擇fu合要求 的IRt/c機(jī)型。

3. 部件溫度：OS36-2和OS36-5 機(jī)型均 可用來鎖定1100?C (2000?F)的溫度，而 且線性范圍都達(dá)到260?C (500?F)。

瀝青溫度控制

瀝青屬性對(duì)溫度特別敏感，而且在恰當(dāng)?shù)?溫度下使用瀝青非常重要，以便發(fā)揮其特 性。因此，通常需要執(zhí)行溫度監(jiān)測(cè)，但因 為材料的磨蝕性原因常用的熱電偶存在嚴(yán) 重的破損問題，而且必須不斷更換，從而 抬高成本并導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。

IRt/c可直接解決此問題，因?yàn)闊o(wú)需接觸 即可監(jiān)測(cè)溫度。可使用普通的熱電偶控 制器，只需在必要時(shí)校準(zhǔn)偏移即可。推 薦OS36-2和OS36-5機(jī)型，因?yàn)樗麄冇?內(nèi)置空氣凈化系統(tǒng)，可防止蒸汽凝結(jié)在 鏡頭上、確保鏡頭干凈。OS36-2可安 裝在斜槽內(nèi)通過小孔查看瀝青，OS36-5 由于其較窄的5:1視場(chǎng)可安裝在較遠(yuǎn)的 位置。