红外热像仪精确测温技术

为实现红外热像仪对温度的精确测量,根据热辐射理论和红外热像仪的测温原理,推导了计算被测物体表面真实温度的通用计算公式;讨论了发射率对测温精度的影响,分析了用红外热像仪进行精确测温的条件,探讨了环境、大气和热像仪本身对测量精度的影响,并绘制了各种因素对测温精度影响的理论曲线。结果表明:发射率为0.7时,真实温度为50℃,发射率偏离0.1时,对于3~5 μm热像仪来说,测温结果偏离真实温度0.76~0.89 ℃; 对于8~14 μm热像仪来说,测温结果偏离真实温度1.56~1.87℃。本研究结果对提高热像仪测量温度和表面发射率的准确性,减小不必要的测量误差具有实际意义。     

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切削温度是影响切削加工过程中刀具状况和工件表面质量的重要物理量,但切削温度信号的获取与处理存在一些实际问题。针对切削温度测量中的自然热电偶法、人工热电偶法以及红外热图像法,介绍了热电偶的固定、从旋转体上引出测量信号、自然热电偶的标定、工件和刀具表面发射率的标定,以及应用红外热像仪进行测温时切削实验的设计等一些实践做法。实践证明,开槽嵌夹绞丝热电偶方法的测量结果比较可靠;采用集流器引出旋转体热电势信号时所产生的摩擦附加电势可被定量测定并可将其从测温信号中减除;应用红外热像仪测量切削温度时应标定被测材料在各温度段的表面发射率并量化标定环境的影响。     

金属反光表面的发射率的测定实验研究

在加工过程中,金属表面的发射率的准确设定,对于采用红外热像仪精确测量金属加工温度有重要影响。采用不同的切削用量,用铣削方法制备了5个具有不同反光程度的样件,并用白光干涉仪测量了各自的粗糙度。利用恒温加热炉加热样件到设定温度,调节FLIR红外热像仪Tools软件上的发射率,让测量温度等于设定温度,所设定的发射率就是对应的表面的发射率。利用这种方法,分别测量了不同反光表面的发射率。实验结果表明,金属反光件的发射率和表面粗糙度存在一定的对应关系。金属反光件的表面粗糙度越大,表面反光程度越小,金属的发射率就越大。对于金属反光表面的测温有实际应用重要的意义。     

金属切削刀具和工件的波段发射率标定

使用红外热像仪对切削加工中常见的工件材料碳钢和模具钢、常用的刀具材料硬质合金和涂层硬质合金在300～900 ℃进行表面发射率的标定,并考虑加热箱内环境热辐射对试样的作用,分析温度、表面结构、几何形状对试样表面发射率的影响。结果表明钢材表面发射率随温度升高而增大,但模具钢在较宽的温度范围内保持较小的表面发射率;试样表面平整性影响表面发射率;涂层刀具的表面发射率在比较宽的温度范围内一直稳定在相当低的值。     

红外热像仪外场测温的大气透过率二次标定

为了实现测温红外热像仪的外场精确测温,研究了大气透过率的二次标定。建立了红外热像仪的外场远距离测温标定模型,采用一个标准面源黑体和红外热像仪对大气透过率进行了二次标定。首先,用标准面源黑体的设置温度标定大气透过率的二次修正系数;然后,在已知目标感兴趣区域发射率的情况下,用二次修正系数对未知辐射源测量值进行修正,实现未知辐射源目标辐射温度的准确测量。实验显示,随黑体设置温度从50℃不断升高(二次大气透过率近似为1),大气二次透过率修正系数在50～100℃内迅速下降,在100～200℃内下降趋势减缓,逐渐接近于约为0.7的常数。实验结果为测温红外热像仪外场精确测温提供了保证。     

基于方向发射率校正的红外测温补偿方法

红外热成像仪具有实时在线、非接触获取被测对象二维温度分布等优点,在钢铁、农业、电力电子等众多领域应用广泛。但是,红外测温结果容易受到干扰因素的影响。针对方向发射率变化引起的红外测温误差,本文提出了基于方向发射率校正的红外测温补偿方法。首先,基于红外测温原理,构建了针对方向发射率变化的红外测温补偿模型。其次,为确定补偿模型中的方向发射率,利用红外热像仪和激光扫描仪构建的三维热成像系统,提出了基于参考体的方向发射率校正方法。然后,通过多项式拟合确定方向发射率随视角变化的规律。实验结果表明所提红外测温补偿方法可以有效降低方向发射率变化造成的红外测温误差,经过补偿温度后,红外测温最大误差由9.64℃降低为2.97℃,标准差由3.57℃降低为0.71℃。     

铝合金高速铣切屑温度实验研究

高速切削过程中切削温度对刀具磨损、工件的表面质量及加工精度有很大的影响。应用红外热像仪测温系统对高速铣削过程中切削温度的动态变化规律进行实验研究,其结果对高速切削具有很高的指导意义。     

弹流润滑点接触Hertz区温度分布及其变化规律的实验研究

为实现对点接触赫兹接触区温度的测量,根据热辐射理论和红外热像仪的测温原理,利用红外热像仪测量被测物体表面真实温度以及分布情况,得到点接触区的温度分布规律,并与摩擦力进行对比分析.结果表明:在弹流润滑下,接触区温升与压力分布相对应,最大温升一般发生在Hertz接触区中心的附近;最大温升随载荷的增加而增大,与速度也有一定的关系.     

大型空间反射镜发射率测量及误差分析

为了准确测定空间相机主镜毛坯件的表面发射率以便定量分析相机热控效果,本文在分析热像仪测温原理的基础上,利用现有测量条件,提出一种利用两种已知发射率材料作为参考的发射率测量方法.根据测量试验,得到主镜表面发射率为0.565.为定量反映各因素对测量精度的影响,对测量公式进行了误差分析.分析结果表明,与被测件表面发射率接近的材料的热像仪测温误差及发射率标称误差对测量精度有较大影响,同时得到本次试验因热像仪测温误差及参考材料发射率标称误差带来的测量误差为±0.028.最后,结合相机热平衡试验的数据对测量结果进行了验证,结果表明测量得到的主反射镜的发射率基本反映了热平衡试验的主镜表面状态,证明本文的方法对主反射镜发射率的测量是适用有效的.     

铝合金高速铣削中切削温度动态变化规律的试验研究

切削温度与刀具磨损、工件加工表面完整性及加工精度密切相关。高速切削过程中切削温度随工件材料、所选刀具及切削用量的不同而呈现出与普通切削过程不同的变化规律。本文应用红外热像仪测温系统对高速铣削过程中切削温度的动态变化规律进行试验研究 ,首次给出了铝合金高速铣削过程中存在的临界切削速度关键数据及切削温度随切削速度的变化规律 ,其结论有助于指导铝合金高速铣削加工、优化高速切削工艺及建立高速切削数据库。     

红外热像技术在材料疲劳研究中的应用

利用红外热像仪可以精确、实时、非接触地测量材料疲劳过程中的温度变化,确定材料的疲劳极限和Wohler线。该方法相对于传统的疲劳实验方法,红外热像法具有方便、快捷、低成本等优点,同时红外热像法确定的材料疲劳极限都在工程误差范围内。     

微细铣削航空铝合金温度场试验研究

采用红外热像仪测量微细铣削加工航空铝合金材料中的切削温度。分析微刀具、工件及切屑的温度场分布规律;研究进给速度、主轴转速、背吃刀量对切削温度的影响。研究结果表明微细铣削加工中切削温度较低,最高切削温度出现在微刀具与工件的接触区域。进给速度对切削温度影响较大。该试验结果可用于微细铣削加工参数优化,也可为提高工件表面加工质量、合理设计与使用刀具提供理论依据。     

管道焊接激光视觉系统的红外测温实验研究

焊接温度场对于管道焊接机器人的视觉系统能否正常运行有重要影响,因此,有必要测量焊接熔融区域的温度分布场,为确定相机的工作距离提供依据。根据红外热像仪的测温原理,通过比较视觉传感器处于不同高度时的温度分布场,得出了相机的最佳安装高度范围。在焊接实验中,每次将相机下降10mm记录温度场分布。实验结果表明:相机的最佳工作距离为115mm~165mm,在此范围内能保证视觉传感器获取图像的质量和相机寿命。     

工业现场环境下提高红外测温精度的方法探究

通过分析红外热像仪测温的基本原理,得出了计算被测物体表面真实温度的通用计算公式;对影响该系统测温精度的因素进行了分析,并提出了提高测温精度的相应措施。     

高速切削温度的二维热传导模型建立及求解

在高速加工过程中,切削热的产生将影响工件加工表面的质量和刀具寿命,分析切削温度的分布对研究切削机理及工艺参数的优化有着重要意义。基于传热学和金属切削理论建立了高速车削温度的热传导模型,结合切削过程中的边界条件和初始条件,应用数学解析法推导出二维热传导方程的解,利用求解导热逆问题的方法估算边界条件。实验中采用人工热电偶测量切削温度,根据测得的刀具内部点的温度值计算出表面热流,进而通过MATLAB软件仿真得到切削温度场,并利用红外热像仪的测量结果进行试验验证。     

红外热像仪在工业加热炉无损检测中的应用

本文介绍了红外热像仪及其无损评估软件系统在工业加热炉无损检测中的应用。通过对红外热像仪测温基本原理的分析，重点叙述了测试温度的误差分析及修正方法。实践证明红外无损检测技术作为一种重要的在线监测手段，在理论上和工程上都具有重要的应用价值。     

反射温度补偿法及其实验验证

为补偿环境辐射对红外测温的影响,根据红外辐射理论和红外热像仪的测温原理,提出了反射温度补偿法。介绍了该方法的原理,给出了该补偿方法的理论计算公式。相关实验显示,在被测物体周围存在高温物体的情况下,采用提出的反射温度补偿法可补偿高温物体的反射能量。红外反射镜的选取与被测物体的表面状况有关,若被测物体可视为朗伯体,则可选铝箔为红外反射镜;若被测物体为非朗伯体,则需选用与被测物体表面结构相似的材料为红外反射镜。经过反射温度补偿,能较为准确地得到朗伯体的表面温度,误差可控制在2%以内;该方法亦能够较大地提高对非朗伯体的测温精度,其误差不超过5%。这些结果表明该方法简单易行,精度较高,适用于大部分的红外热像仪。     

高精度红外热成像测温技术研究

红外热成像测温系统由于其远距离、非接触、多目标、高精度的特点,发展非常迅速。在当前新型冠状病毒流行的时期,为快速、高效地筛查出高温人群,及时防控、隔离疫情,红外热成像测温技术凸显了其重要性。测量过程中被测物体温度、环境温度、大气温度、镜头温度、探测器温度等因素,对测温精度都有一定影响,尤其是测温曲线的高精度标定对于红外热像仪测温精度影响最为关键。对红外测温原理进行了研究,建立了红外测温系统输出灰度值与被测物体测量温度的匹配模型,找到一种精确标定测温曲线的方法,提出了应用于高精度测温的V-T_r~4曲线,以及应用于温漂补偿的V-T_(FPA)、V-T_(镜筒)和V-T_(快门)曲线。经过实验验证,达到了理想的效果,使得测温精度显著提升,测温精度可以达到0.15 K以内。     

热管车刀红外热成像测温试验研究

为降低切削过程中车刀温度,设计并制作了一种新型的乙醇工质的烧结式热管内嵌车刀。采用单因素法进行实验,通过红外热像仪测量刀具在不同切削速度下的切削温度。实验结果表明,新型热管车刀与传统车刀相比,具有降低车刀在切削过程中温度的作用。对于热管车刀进一步的研发和应用具有实际的指导意义。     

切削区热电偶测温刀具的制备及其性能测试

由于切削测温温感器无法直接接触切削区,故在铂铑丝表面喷涂耐热绝缘层制作耐热热电偶,把表面覆盖耐热绝缘层的热电偶埋入硬质合金粉末,压制、烧结成热电偶测温刀片。通过恒温箱测温实验判定热电偶的测温性能,用性能正常的热电偶测温刀具进行切削测温实验,测温实验结果及切削刀具镜测结果表明,热电偶测温刀具能直接、可靠地进行切削区温度的测量,但是用此工艺制作的刀具切削寿命较短;实验结果还表明直径越大的铂铑丝制作的热电偶测温刀具的成品率越高,但是铂铑丝直径越大,刀具寿命越短;实验进一步揭示切削区内各点的温差较大,但是一次切削切削区温度场处于稳态时切削测温点的温度是稳定的,温度场处于稳态时切削温度的变化能迅速反映刀具的磨损状态的变化。