淺談電子產(chǎn)品的溫度測量機理與方法

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

熱電偶通過(guò)把非電學(xué)量(溫度)轉化成電學(xué)量(電動(dòng)勢)來(lái)測量，這種方法有許多優(yōu)點(diǎn)，如測溫范圍寬、靈敏度和準確度較高、結構簡(jiǎn)單不易損壞、受熱點(diǎn)可做得很小等，因其對溫度變化響應快，對測量對象的狀態(tài)影響小，可以用于溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)測量和監控。熱電偶的溫差電動(dòng)勢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)勢與溫度的關(guān)系卻可能不完全相同。對于每一支熱電偶的選擇要根據使用溫度范圍、所需精度、使用環(huán)境、響應時(shí)間和經(jīng)濟效益來(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℃以下和負溫測量一般用T型 電偶，在低溫時(shí)穩定而且精度高；S型、B型、K型熱電偶適合于強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)境要求有保護管；鎧裝熱電偶響應時(shí)間快，而且有一定的耐久性。

焊好的熱電偶都應先進(jìn)行分度，即測定出溫差電動(dòng)勢與溫度間的確定關(guān)系，然后才能用它來(lái)測量溫度。采用補償導線(xiàn)用它們連接熱電偶與測量裝置，以補償它們與熱電偶連接處的溫度變化所產(chǎn)生的誤差。合金絲是構成補償導線(xiàn)的導體，可分為兩種：延長(cháng)型合金絲的名義化學(xué)成分及熱電勢標稱(chēng)值與配用熱電偶絲相同，用字母“X”附加在熱電偶分度號之后表示；補償型合金絲的名義化學(xué)成分與配用熱電偶絲不同，但其熱電勢值在0~100℃或0~200℃時(shí)，與配用熱電偶絲標稱(chēng)值相同，用字母“C”附加在熱電偶分度號之后表示。在使用之前，應將熱電偶的內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)連接后與要測處相連。為了達到與被測點(diǎn)同樣的溫度，接點(diǎn)要與被測部件的表面緊密接觸?，F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。在膠合前應固定熱電偶的位置，對于焊接劑易于黏附的金屬表面，采用焊接法在熱傳導性方面優(yōu)于膠合法。

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

紅外熱電視是將被測目標的紅外輻射線(xiàn)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目標物體的表面紅外輻射，并把目標內熱輻射分布的不可見(jiàn)熱圖像轉變成視頻信號。

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