固定式紅外測溫儀是一種無需與被測物體直接接觸，即可實現非接觸式溫度測量的設備，廣泛應用于工業生產、電力監測、醫療防疫、食品加工等領域。其核心原理基于黑體輻射定律，通過捕捉物體發出的紅外輻射能量，經光學系統、探測器及信號處理單元的轉化，最終輸出物體的溫度值。

 

一、核心理論基礎：黑體輻射與紅外輻射特性

 

任何溫度高于絕對零度（-273.15℃）的物體，其內部的分子、原子都會持續做無規則熱運動，這種運動必然向外輻射電磁波，即熱輻射。熱輻射的波長范圍覆蓋紫外線、可見光、紅外線及微波，其中波長在0.76μm~1000μm之間的電磁波被稱為紅外線，是物體熱輻射的主要組成部分。

 

19世紀末，物理學家普朗克、斯蒂芬-玻爾茲曼等人通過研究“黑體”（一種能完全吸收所有入射輻射、且能完美輻射能量的理想物體）的輻射規律，建立了紅外測溫的理論基石，核心定律包括：

 

斯蒂芬-玻爾茲曼定律：物體單位面積輻射的總能量（輻射出射度）與物體絕對溫度的四次方成正比（公式：\(M=εσT^4\)），其中\(ε\)為物體的“發射率”（實際物體與黑體的輻射能力比值，取值0~1），\(σ\)為斯蒂芬-玻爾茲曼常數。這一定律表明：物體溫度越高，輻射的總能量越強，為紅外測溫提供了“能量-溫度”轉化的定量依據。

 

維恩位移定律：物體熱輻射的峰值波長與絕對溫度成反比（公式：\(λ_=b/T\)，b為維恩常數）。例如，人體（約37℃）的峰值輻射波長約9.7μm，工業高溫爐（約1000℃）的峰值波長約2.9μm，這決定了不同測溫場景需匹配特定波長范圍的紅外探測器。

 

二、核心結構與工作流程

 

固定式紅外測溫儀的工作過程是“紅外輻射捕捉-能量轉化-信號處理-溫度輸出”的連續過程，主要由光學系統、紅外探測器、信號處理單元、顯示/輸出模塊四部分組成，各環節協同實現溫度測量。

 

1.光學系統：聚焦紅外輻射

 

光學系統是測溫儀的“眼睛”，主要由透鏡、反射鏡、濾光片等元件組成，核心功能是收集并聚焦被測物體發出的紅外輻射。

 

透鏡/反射鏡：采用鍺（Ge）、硅（Si）或硫化鋅（ZnS）等對紅外線透明的材料制成，將被測區域的紅外輻射匯聚成一束平行光或聚焦到紅外探測器的敏感面上，確保探測器能高效接收能量。

 

濾光片：起到“波長選擇”作用，只允許特定波長范圍的紅外線通過（如測量低溫物體選8~14μm，高溫物體選1~5μm），過濾掉可見光、紫外線及環境雜散輻射，減少測量干擾。

 

2.紅外探測器：將輻射能量轉化為電信號

 

紅外探測器是測溫儀的“核心傳感器”，其作用是將光學系統聚焦后的紅外輻射能量轉化為可測量的電信號（電壓或電流）。根據工作原理，探測器可分為“熱型”和“光子型”兩類：

 

熱型探測器（如熱電偶、熱釋電探測器）：利用紅外輻射的熱效應——輻射能量被探測器吸收后轉化為熱量，導致探測器材料的溫度、電阻或極化狀態發生變化，進而產生電信號。這類探測器響應范圍寬、成本低，但響應速度較慢，適用于中低溫（-50℃~1000℃）、對測量速度要求不高的場景。

 

光子型探測器（如紅外光電二極管、紅外電荷耦合器件CCD）：利用“光電效應”——紅外光子被探測器材料的原子吸收后，激發電子躍遷形成光電流。其響應速度快、靈敏度高，但需在低溫下工作（通常需制冷），成本較高，適用于高溫（1000℃以上）、高速動態測量場景（如鋼鐵連鑄測溫）。

 

3.信號處理單元：校準與溫度計算探測器輸出的電信號通常微弱且受環境干擾（如環境溫度、雜散輻射）影響，需通過信號處理單元進行放大、濾波、校準后，才能轉化為準確的溫度值。這一環節的核心是發射率補償和環境溫度修正：發射率補償：實際物體并非黑體，其輻射能量比黑體弱（\(ε<1\)）。若直接按黑體輻射公式計算，會導致測量值偏低。因此，信號處理單元需根據用戶設定的被測物體發射率（如金屬約0.1~0.3，非金屬約0.8~1.0），對能量信號進行修正，確保計算結果準確。環境溫度修正：測溫儀自身的光學系統、探測器會受環境溫度影響產生“背景輻射”，信號處理單元通過內置的溫度傳感器采集環境溫度，扣除背景輻射干擾，進一步提升測量精度。

 

4.顯示/輸出模塊：結果呈現與數據傳輸經過處理的溫度信號最終通過顯示模塊（如LCD、LED）實時顯示，同時可通過模擬量（4~20mA、0~10V）、數字量（RS485、以太網）接口傳輸至PLC、DCS等控制系統，實現溫度的實時監控、記錄與報警，這也是“固定式”設備適配工業自動化場景的核心優勢。