淺談電子產(chǎn)品的溫度測(cè)量機(jī)理與方法

在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型時(shí)，為防止表面溫度過(guò)高傷害用戶或由于溫度超出材料件所能承受的限值而導(dǎo)致著火、絕緣失效和觸電危險(xiǎn)，需要分別在正常工作狀態(tài)和模擬故障狀態(tài)下對(duì)設(shè)備各個(gè)部分的溫度進(jìn)行測(cè)試，目前一般采用熱電偶測(cè)量或外加紅外測(cè)溫監(jiān)控的方式進(jìn)行。

熱電偶通過(guò)把非電學(xué)量(溫度)轉(zhuǎn)化成電學(xué)量(電動(dòng)勢(shì))來(lái)測(cè)量，這種方法有許多優(yōu)點(diǎn)，如測(cè)溫范圍寬、靈敏度和準(zhǔn)確度較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不易損壞、受熱點(diǎn)可做得很小等，因其對(duì)溫度變化響應(yīng)快，對(duì)測(cè)量對(duì)象的狀態(tài)影響小，可以用于溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控。熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)雖然主要取決于所選用的材料和兩個(gè)接頭的溫度，但材料中所含的雜質(zhì)和加工工藝過(guò)程也會(huì)對(duì)它產(chǎn)生一定的影響，所以，盡管是由相同材料組成的熱電偶，它們的溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系卻可能不完全相同。對(duì)于每一支熱電偶的選擇要根據(jù)使用溫度范圍、所需精度、使用環(huán)境、響應(yīng)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)效益來(lái)綜合考慮。溫度在1000~1300℃并且精度要求比較高的，可用S型熱電偶和N型熱電偶；1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶；低于400℃一般用E型熱電偶；250℃以下和負(fù)溫測(cè)量一般用T型 電偶，在低溫時(shí)穩(wěn)定而且精度高；S型、B型、K型熱電偶適合于強(qiáng)的氧化和弱的還原氣氛中使用；J型和T型熱電偶適合于弱氧化和還原氣氛，有化學(xué)污染的環(huán)境要求有保護(hù)管；鎧裝熱電偶響應(yīng)時(shí)間快，而且有一定的耐久性。

焊好的熱電偶都應(yīng)先進(jìn)行分度，即測(cè)定出溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度間的確定關(guān)系，然后才能用它來(lái)測(cè)量溫度。采用補(bǔ)償導(dǎo)線用它們連接熱電偶與測(cè)量裝置，以補(bǔ)償它們與熱電偶連接處的溫度變化所產(chǎn)生的誤差。合金絲是構(gòu)成補(bǔ)償導(dǎo)線的導(dǎo)體，可分為兩種：延長(zhǎng)型合金絲的名義化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo)稱值與配用熱電偶絲相同，用字母“X”附加在熱電偶分度號(hào)之后表示；補(bǔ)償型合金絲的名義化學(xué)成分與配用熱電偶絲不同，但其熱電勢(shì)值在0~100℃或0~200℃時(shí)，與配用熱電偶絲標(biāo)稱值相同，用字母“C”附加在熱電偶分度號(hào)之后表示。在使用之前，應(yīng)將熱電偶的內(nèi)部絕緣體從頂端向后剝露約1.5mm，外部絕緣體則從頂端向后剝約15mm，頂端用單點(diǎn)焊接來(lái)連接后與要測(cè)處相連。為了達(dá)到與被測(cè)點(diǎn)同樣的溫度，接點(diǎn)要與被測(cè)部件的表面緊密接觸?，F(xiàn)在一般通過(guò)膠合、焊接等方法固定，膠合法將高齡粉和硅酸鈉溶液以同等比例相混合，再與氰丙烯酸酯膠合。在膠合前應(yīng)固定熱電偶的位置，對(duì)于焊接劑易于黏附的金屬表面，采用焊接法在熱傳導(dǎo)性方面優(yōu)于膠合法。

接下來(lái)談?wù)劶t外測(cè)溫技術(shù)。高溫區(qū)是位于光帶最邊緣處紅光的外面，稱為“熱線”或者紅外線，紅外線的波長(zhǎng)在0.76_100μm之間，按波長(zhǎng)的范圍可分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)紅外4類，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無(wú)線電波與可見(jiàn)光之間的區(qū)域。任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。紅外測(cè)溫儀是通過(guò)接收物體發(fā)出的紅外線(紅外輻射)，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況。和接觸式測(cè)溫方法相比，紅外測(cè)溫有非接觸、響應(yīng)時(shí)間快、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。紅外測(cè)溫儀器主要有3種類型：紅外熱像儀、紅外熱電視和紅外測(cè)溫儀(包括便攜式、在線式和掃描式)。紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)，接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量，并反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上。

紅外熱電視是將被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射線通過(guò)透鏡聚焦成像到熱釋電攝像管，熱釋電攝像管是一種具有中等分辨率的實(shí)時(shí)寬譜成像器件，主要由透鏡、靶面和電子槍三部分組成。通過(guò)熱釋電攝像管接受被測(cè)目標(biāo)物體的表面紅外輻射，并把目標(biāo)內(nèi)熱輻射分布的不可見(jiàn)熱圖像轉(zhuǎn)變成視頻信號(hào)。

常用的便攜紅外測(cè)溫儀是由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理顯示輸出等部分組成，光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)再經(jīng)換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值，其測(cè)量精度可達(dá)1度或更高。我們要根據(jù)被測(cè)設(shè)備尺寸和環(huán)境條件從測(cè)溫范圍、測(cè)量精度、工作波長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間、光學(xué)分辨率、顯示和輸出、價(jià)格等方面來(lái)選用便攜紅外測(cè)溫儀。測(cè)溫范圍是最重要的一個(gè)性能指標(biāo)，不同型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍，一般來(lái)說(shuō)，測(cè)溫范圍越窄監(jiān)控溫度的輸出信號(hào)分辨率越高，測(cè)溫范圍過(guò)寬會(huì)降低測(cè)量精度。如果被測(cè)設(shè)備尺寸超過(guò)視場(chǎng)大小的50%，測(cè)溫儀就不會(huì)受到測(cè)量區(qū)域外面的背景影響造成誤差，可以選擇單色測(cè)溫儀；反之，如目標(biāo)尺寸小于視場(chǎng)，雙色測(cè)溫儀是最佳選擇，其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)帶內(nèi)輻射能量的比值來(lái)確定的。因此當(dāng)被測(cè)目標(biāo)很小，即使測(cè)量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋對(duì)輻射能量有衰減時(shí)，仍能保證測(cè)量精度。由于設(shè)備組成材料的發(fā)射率和表面特性不同，測(cè)溫儀的光譜相應(yīng)波長(zhǎng)也不同，如測(cè)量高溫金屬材料的最佳波長(zhǎng)是近紅外，可選用0.8~1.0mm，測(cè)溫時(shí)應(yīng)盡量選用短波。在測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時(shí)，要選用快速響應(yīng)紅外測(cè)溫儀，否則缺乏足夠的信號(hào)響應(yīng)，會(huì)降低測(cè)量精度。而對(duì)于靜止的或目標(biāo)熱過(guò)程存在熱慣性時(shí)，測(cè)溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以放寬要求了。需要強(qiáng)調(diào)的是紅外測(cè)溫儀必須經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)才能使它正確地顯示出被測(cè)目標(biāo)的溫度，特別是要進(jìn)行定期檢定，試驗(yàn)人員在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中也要不斷積累經(jīng)驗(yàn)和掌握測(cè)試技巧，避免讀數(shù)偏差而得出錯(cuò)誤結(jié)果。 紅外熱像儀相關(guān)文章:紅外熱像儀原理