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新型红外测温仪可显着提高性能

2019-11-07 15:41:59

通常情况下,你不会遇到辐射温度计,直到有人把一个人放在医生办公室的耳朵里,或者当你感到发烧时,你会在你的额头指出一个辐射温度计。但更复杂和高度校准的研究级“非接触式”温度计 - 测量物体发出的红外(热)辐射而不接触它们 - 对于除医疗保健之外的许多努力至关重要。

然而,即使是高端的传统辐射温度计也会产生令人担忧的巨大不确定性。但现在美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员发明了一种便携式,非常稳定的标准质量辐射温度计,长约60厘米(24英寸),能够测量温度精度在千分之几的千分之一摄氏度。

NIST在研究辐射温度计方面有着悠久的历史。基于该工作的新原型仪器可以测量-50°C(-58°F)至150°C(302°F)之间的温度。相应的红外波长为8至14微米(百万分之一米),这是一种热力学最佳点。

“所有温度相等,但有些温度相等,”NIST物理学家Howard Yoon表示,他创造了温度计设计并指导了该项目,该文章在Optics Express杂志中有所描述。“200度跨度几乎涵盖了地球上几乎所有自然发生的温度。如果你在测量该范围内的物体时产生重大影响,那真的很重要。”

除了临床医学之外,在接触不适当或不可行的应用中,该区域的温度也是至关重要的。例如,外科医生需要在移植前测量器官的温度。现代农民在处理,储存和加工食物时需要准确的温度。卫星需要非接触式温度计来测量陆地和海面的温度。

传统的辐射温度计通常仅包含用于聚焦红外辐射的透镜和热电传感器,热电传感器是将热能转换成电信号的装置。它们的测量值会受到温度计温度差异和仪器外部温度的影响。

NIST设计称为环境辐射温度计(ART),配有一套内部温度计,可以不断测量仪器中不同点的温度。这些读数被发送到反馈回路系统,该系统使包含检测器组件的30厘米(12英寸)圆筒保持在23℃(72℉)的恒定温度。

它还具有其他设计改进,包括减少所谓的源尺寸效应的误差的方法,当辐射从指定视野范围之外的区域进入仪器时会产生这种效应。

ART的主要优势在于其前所未有的稳定性。在针对标准级接触式温度计进行校准后,仪器可以在连续运行几个月内保持稳定在千分之几度内。这使得该系统非常适用于涉及长时间遥感的应用。

“想象一下,能够将现场的NIST设计作为行进式辐射温度计,准确测量陆地和海面温度等变量,”Yoon说。“它可以作为一种值得信赖的校准卫星红外传感器的方法,并验证用于预测飓风的路径和强度的巨大天气科学计划。”其较低的-50°C(-58°F)范围使其适用于监测极地区域的冰温,通常在-40°C(-40°F)至-10°C(14°F)的范围内。

有几种方法可以进行非常高精度的温度测量,但很少有方法非常适合现场工作。铂电阻温度计易碎,需要经常重新校准。将校准转移到ART的标准温度源包括约42升(11加仑)液体内的热源腔。

“这些是我们拥有的最好的资源,”Yoon说。“但是,通过每隔一段时间在海洋中放置一个温度计来测量水温是不切实际的,而且你不想使用像船上那样的校准源来不断地校准你的辐射温度计。”

NIST传感器科学部门负责人Gerald Fraser表示,“Yoon的创新使得非接触式测温仪能够在人类每天体验的温度范围内与最好的商用接触式温度计在精度和稳定性方面具有竞争力。这为产品检测和质量提供了许多新的机会在传统接触方法不切实际或过于昂贵的情况下,控制以及防御和安全。“

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