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摘要：温度是表征物质状态的主要参数之一。当前测温方法分为接触式、非接触式测温，后者以红外测温为主。由于采用非接触式测温，中间介质对测温结果影响大。当距离超过一定范围时，会降低红外测温仪测温精度，导致测量值不准确。基于此，本文探讨了红外测温精度的影响因素及补偿方法。

关键词：红外测温;精度;影响因素;补偿

一、红外测温精度的影响因素

1、影响测量精度的因素。温度是确认物质本身状态的主要参数之一，其测量及控制在各领域起着重要作用。热辐射是指物体因自身温度而辐射电磁波的现象。若物体温度高于绝对零度，会向周围环境发射红外辐射能，其大小与物体表面温度分布密切相关。因此，一旦探测到物体表面发射的红外辐射能量，就可获得物体表面温度。

依据这一思想推导的普朗克黑体辐射定律、斯蒂芬·玻尔兹曼定律、维恩位移定律、朗伯余弦定律都定量描述了温度和红外辐射能量强度间关系，所以物体表面温度和热辐射能量间数学关系为：

式中：T为物体表面温度;P（T）是物体辐射功率;为斯蒂芬·玻尔兹曼常量;为物体表面发射率。

由此可知，红外测温仪测量的物体表面温度T与P（T）、及大小有关。其中，物体辐射功率P（T）受外界条件影响，如空气成分、附近辐射能量、测温距离等。物体发射率受其自身属性因素影响，所以被测物体温度会随着物体环境温度、表面发射率、测量距离等因素变化，使红外测温仪测量的物体表面温度也会发生变化，这将对红外测温仪的测量精度产生很大影响。

2、红外测温误差

1）环境因素：被测目标外部环境因素，如环境温度、大气吸收等，对红外测温仪测量结果也有很大影响，主要考虑环境温度影响。若被测物体温度为T1，外部环境温度为T2，则物体在单位面积发出的辐射能量为，吸收的辐射能量为，则获得物体净辐射能为：

=-

式中：为被测物体单位面积;是被测物体发射率及吸收率。

若待测物体相等，则：

=

随着环境温度T2的变化，测量结果也会发生变化。

2）发射率：发射率是指在相同温度下，物体辐射能力与黑体辐射能力之比，是一个介于0与1间的值，用于衡量物体辐射能力的强弱。

假设目标物实际发射率为，红外测温仪设定发射率为，根据红外辐射测温定律，目标物实际温度T1、红外测温仪测量温度T2和环境温度T0关系为：

当被测物体实际发射率为0.95，红外测温仪设定发射率为0.98时，若外部环境温度T0为20℃，红外测温仪测得温度T2=50℃，则可计算物体实际温度为50.38℃。若被测物体实际发射率改为0.8，红外测温仪测得温度仍为50℃，则可计算出物体实际温度为52.54℃，误差较大。一般来说，为减小测量误差，先清除被测物体发射率，然后监测温度。一般电力设备发射率为0.85～0.95，因此大多数红外测温仪发射率固定在0.95。

3）距离系数：距离系数（K）是红外测温仪分辨率的度量，被测物体到红外测温仪距离S与被测物体直径D间比值，K越大，分辨率越高。当距离增加时，会使红外测温仪测量物体尺寸瞬时视场面积倍数减小，当被测物体无法充满视场时，输出数据将减少，导致误差。为提高红外测温仪测温精度，目标物体必须处于瞬时视场中，并有适量富余，所以距离系数的选择尤为重要。

通过对同一物体在不同距离、不同温度下的红外测温仪数据进行分析，确定距离因素对测温精度的影响度。为提高红外测温仪测量精度，设计了一套基于距离补偿的红外测温系统。

二、实验方法及结果

当室温恒定时，用测温仪测量标准黑体在不同距离的温度，测得黑体在50℃（323K）、60℃（333K）、70℃（343K）不同温度下的测温数据。见表1。

使用表1中测得数据和三阶多项式拟合实验数据，得出温度为50℃、60℃、70℃时，不同距离-温度拟合曲线，如图1。

由此可知，距离因素对红外辐射测温影响大，所以当测温距离不断变化时，为获得高精度测量数据，对温度进行距离补偿十分重要。

三、距离补偿系统设计和实现

按测量标准黑体与红外测温仪距离，得到测量数据，再根据测量数据得到公式，根据公式得到温度距离补偿值，最后得到补偿后被测物体真实温度值。

1、硬件设计。基于距离补偿的红外测温系统由红外测温仪、单片机、超声波传感器、标准黑体组成。首先，红外测温仪测量被测黑体温度，将黑体温度作为物体真实温度，再与红外测温仪测量温度比较，得出红外测温仪在不同距离测量数据不同的结论。然后利用超声波传感器测量两者距离，并根据测量数据得出距离补偿公式。最后根据补偿公式在单片机中编程下载，计算补偿后温度T，实现温度的距离补偿。

1）红外测温仪：该系统采用JRTS80在线红外测温仪，其具有抗电磁干扰、抗水蒸气、抗烟雾等特点，能小目标测量，可直接与各种仪器设备及PC机等连接，测量范围为0～300℃，系统测量精度为±0.5%±2℃。

2）单片机：系统采用SM5964作为硬件电路设计核心芯片，与传统51系列单片机相比，SM5964是一款嵌入64KB闪存及1K字节RAM的8位单片机，具有系统内编程（ISP）功能，PDIP封装有32个I/O口，而PLCC/QFP封装有36个I/O口。SM5964有一个强大指令系统，这使其成为一个性价比高的控制器。

四、结论

当目标温度为50℃、60℃、70℃时，在4.0m测量距离处误差最大，但经距离补偿后，发现距离温度拟合曲线有了很大改善，所以测量距离的大小对红外测温仪精度有很大影响。在忽略外部一些条件下，该方法可对实验数据进行校正，得到更准确结果，该方法在理论和实践上具有一定可行性。

参考文献

[1]晏敏.红外测温原理及误差分析[J].湖南大学学报：自然科学版，2015，31（05）：110-112.

[2]孙志远.提高红外测温系统测温精度的研究[J].仪器仪表学报，2015，27（06）：67-68.