一种红外测温仪负温度校准装置及校准方法与流程

本发明涉及红外测温仪生产领域，具体涉及一种红外测温仪负温度校准装置及校准方法。

背景技术：

红外测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。近20年来，非接触红外人体测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。但红外测温仪的精度，与其出厂前的校准关联很大，如何实现更高精度的校准，一直是广大红外测温仪厂商的研究重点。

现有市面上非接触式红外测温仪在-50℃到0℃的精度都比较低，基本在±3℃到±5℃之间，导致非接触式红外测温仪负温度段精度无法提高的因素主要是现有低温黑体辐射源温场的均匀性和稳定性比较差，特别是在长时间使用过程中黑体容易结冰晶导致黑体温场遭到破坏无法继续使用，即使使用充氮气方式，也只能是短暂的，而且浪费资源，价格也昂贵，成为红外测温仪实现自动化智能制造的一个瓶颈工位。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明公开了一种红外测温仪负温度校准装置及校准方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种红外测温仪负温度校准装置，包括：恒温酒精槽以及对应该恒温酒精槽设置的黑体空腔装置；所述黑体空腔装置包括置于该恒温酒精槽内的黑体空腔，以及与该黑体空腔的开口端连接的酒精槽面板；所述恒温酒精槽上设有面板卡口，所述酒精槽面板对应该面板卡口卡置于所述恒温酒精槽上。

所述黑体空腔包括中空柱体部；该中空柱体部的上端开设有射线入口，所述中空柱体部的下端朝下延伸有中空锥形部；且于所述中空柱体部、中空锥形部内壁面设有黑漆层。

所述中空柱体部与所述酒精槽面板的连接处还设有密封垫圈；所述中空柱体部、密封垫圈、酒精槽面板依次固定连接。

所述酒精槽面板上还对应所述中空柱体部设有隔热挡板；且贯穿所述隔热挡板上下端面对应所述射线入口设有射线通孔。

所述恒温酒精槽包括中空的隔热槽体、搅拌叶以及用于驱使该搅拌叶转动的磁力泵；该搅拌叶设置在所述隔热槽体内部，所述面板卡口设置在该隔热槽体的顶端。

一种根据上述红外测温仪负温度校准装置实施的红外测温仪低温段校准方法，包括：

红外测温仪对准射线入口，采集若干组恒温酒精槽在不同实际温度下的测量温度；

根据测量温度数据与恒温酒精槽的实际温度数据计算出误差温度数据；

拟合误差温度数据与测量温度数据，获得误差温度与测量温度的拟合方程；

根据拟合曲线选取一实际温度为校准点温度；

设置恒温酒精槽的恒定温度为所述校准点温度，红外测试仪再次对准射线入口，采集校准测量温度；

根据校准测量温度算出补偿温度，校准测量温度与补偿温度相加得出目标温度。

在选取校准点温度后，将该校准点温度减去其对应的测量温度后除以误差温度，得到校准参数。

根据校准测量温度算出补偿温度时，进一步包括：

该补偿温度由测量温度通过拟合方程结合校准参数计算得出。

在红外测试仪对准射线入口前，先往恒温酒精槽中加入设定量的酒精，启动磁力泵驱使搅拌叶持续转动。

在得出目标温度后，根据目标温度统计出线性回归方程，根据线性回归方程进一步矫正红外测温仪内的红外测温传感器的拟合差异。

本发明的有益效果为：本发明结构设计合理巧妙，稳定性高，精度高，在校准红外测温仪时，只需将红外测温仪对准黑体空腔即可实施红外测温仪的温度校准，使用方便；不会出现因长时间使用导致的结冰晶，使得黑体温场遭到破坏无法继续使用的问题；并且相对于使用充氮气方式，不会造成资源的浪费，使用成本也更低，利于红外测温仪的自动化智能制造；另外，中空柱体部、中空锥形部的设置，使得红外测温仪的红外射线能射在该中空锥形部的锥形顶部内侧，进一步地增加红外测温仪的校准精度。再者，本发明的校准方法，通过较少的校准点获得高精度的校准，降低了校准成本，提高校准效率，利于生产自动化。

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例中一种红外测温仪负温度校准装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种红外测温仪负温度校准装置的俯视图；

图3是本发明实施例中的发射率验证数据表；

图4是本发明实施例中实际温度与测量温度(x)及误差温度(y)数据表；

图5是本发明实施例中误差温度(y)与测量温度(x)的拟合曲线；

图6是本发明实施例中的校准验证表。

图7是本发明实施例中一种红外测温仪负温度校准装置与搅拌叶的结构示意图。

具体实施方式

实施例，参见图1至图7本实施例提供的一种红外测温仪负温度校准装置，包括：恒温酒精槽1以及对应该恒温酒精槽1设置的黑体空腔装置；所述黑体空腔装置包括置于该恒温酒精槽1内的黑体空腔21，以及与该黑体空腔21的开口端连接的酒精槽面板22；所述恒温酒精槽1上设有面板卡口，所述酒精槽面板22对应该面板卡口卡置于所述恒温酒精槽1上。

具体地，在标准气压下，酒精的最低凝固点是-117℃，利用其凝固点低的特性，通过恒温酒精槽1保证温度的恒定；再通过热传递使黑体空腔21的温度与恒温酒精槽1的恒定温度一致，进而在校准红外测温仪时，只需将红外测温仪对准黑体空腔21即可实施红外测温仪的温度校准；且由于在-50℃～0℃温度段，酒精均不会凝固结冰，进而使长时间的红外测温仪校准成为可能，不会出现因长时间使用导致的结冰晶，使得黑体温场遭到破坏无法继续使用的问题；并且相对于使用充氮气方式，不会造成资源的浪费，使用成本也更低，进一步促进红外测温仪自动化智能制造的发展进程。

进一步地，该恒温酒精槽1用于承装工业环保酒精5，进一步降低生产成本。

所述黑体空腔21包括中空柱体部；该中空柱体部的上端开设有射线入口，所述中空柱体部的下端朝下延伸有中空锥形部；且于所述中空柱体部、中空锥形部内壁面设有黑漆层。

具体地，中空柱体部的设置，是根据红外测温仪的射线线路而设计的；由于黑体空腔21置于恒温酒精槽1内，中空柱体部的设置能使红外测温仪的红外射线能射入的位置更深，也就是说红外测温仪能检测到更接近恒温酒精槽1中部的温度，使校准更为精准；其中，由于热传递是不可避免的，尽管恒温酒精槽1的传热系数很小，也无法完全杜绝温酒精槽壁面的温度动荡，因此，通过中空柱体部的设置有效地解决了这一问题，提高校准精度。

另外，中空柱体部的下端朝下延伸有中空锥形部，使得红外测温仪的红外射线能射在该中空锥形部的锥形顶部内侧，此处四周均直接与恒温酒精槽1内酒精接触，即温度传递更快，进一步地增加红外测温仪的校准精度。

进一步地，所述中空锥形部的锥形顶延伸至所述恒温酒精槽1的纵向中心平面。

所述中空柱体部与所述酒精槽面板22的连接处还设有密封垫圈3；所述中空柱体部、密封垫圈3、酒精槽面板22依次固定连接。

具体地，所述密封垫圈3放置在中空柱体部上端面通过螺丝4将所述酒精槽面板22与所述中空柱体部锁死，即在需要往添加酒精时、或是更换黑体空腔21时，只需取出酒精槽面板22即可将黑体空腔21与恒温酒精槽1分离。其中，密封垫圈3还起到了缓震、保持稳定性、隔热的作用。

具体地，所述中空柱体部、中空锥形部均采用一种导热均匀性极好的金属制成，其具体为黄铜h90；保证黑体空腔21的温度分布更均匀。

所述酒精槽面板22上还对应所述中空柱体部设有隔热挡板23；且贯穿所述隔热挡板23上下端面对应所述射线入口设有射线通孔。

具体地，隔热挡板23的设置，有效隔绝黑体空腔21与外部的热量传递，保证温度校准的准确性。

所述恒温酒精槽1包括中空的隔热槽体、搅拌叶以及用于驱使该搅拌叶转动的磁力泵；该搅拌叶设置在所述隔热槽体内部，所述面板卡口设置在该隔热槽体的顶端。

具体地，通过磁力泵驱使搅拌叶转动，进而带动恒温酒精槽1内酒精流动，使酒精的温度分布均匀，也提高了温度校准的精度。

进一步地，本实施例中，所述搅拌叶6包括活动安装于所述隔热槽体底端内侧的驱动部以及与该驱动部固定连接的搅拌片；所述搅拌片的外端贴近所述隔热槽体的内侧壁面；于所述搅拌片上对应所述驱动部设有从下往上朝外倾斜的上升斜面。因隔热槽体内壁面处的酒精相对于隔热槽体内部中心更易与外界发生热传递，通过搅拌片的外端贴近所述隔热槽体的内侧壁面的设置，使得酒精的温度更均匀，另外从下往上朝外倾斜的上升斜面，在搅拌时促使酒精形成上升旋流，进一步使得酒精的温度分布均匀。

进一步地，所述隔热槽体为高精度低温恒温酒精槽1，其型号为cydc-0515；其采用高精度动态恒温控制技术，通过全封闭压缩机制冷，保证该隔热槽体内酒精能保持与设定温度一致的恒温温度。

一种根据上述红外测温仪负温度校准装置实施的红外测温仪低温段校准方法，包括：

红外测温仪对准射线入口，采集若干组恒温酒精槽1在不同实际温度下的测量温度；

根据测量温度数据与恒温酒精槽1的实际温度数据计算出误差温度数据；

拟合误差温度数据与测量温度数据，获得误差温度与测量温度的拟合方程；

根据拟合曲线选取一实际温度为校准点温度；

设置恒温酒精槽1的恒定温度为所述校准点温度，红外测试仪再次对准射线入口，采集校准测量温度；

根据校准测量温度算出补偿温度，校准测量温度与补偿温度相加得出目标温度。其中，目标温度为校准后温度。

在选取校准点温度后，将该校准点温度减去其对应的测量温度后除以误差温度，得到校准参数。

根据校准测量温度算出补偿温度时，进一步包括：

该补偿温度由测量温度通过拟合方程结合校准参数计算得出。

在红外测试仪对准射线入口前，先往恒温酒精槽1中加入设定量的酒精，启动磁力泵驱使搅拌叶持续转动。

在得出目标温度后，根据目标温度统计出线性回归方程，根据线性回归方程进一步矫正红外测温仪内的红外测温传感器的拟合差异。

进一步地，在校准前，需通过发射率测量仪检测黑体空腔21的发射率，根据附图3的发射率验证数据表，确定发射率，若发射率不达标，则需更换黑体空腔21，保证校准精度。

其中，达标发射率为0.99到1.0之间时，判断发射率达标，判断发射率是否达标的目的是判定材料表面进行辐射传热的能力。发射率数值越大，与周围的辐射热交换的能力越强。

在对红外测温仪的低温段进行校准时，先往恒温酒精槽1中加入设定量的酒精，启动磁力泵驱使搅拌叶持续搅动，红外测温仪对准射线入口，由于本发明主要用于0到-50度低温段的校准，故按照每5度一个间隔，依次通过高精度低温恒温酒精槽1(即隔热槽体)的控制器调节其内部酒精温度为0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃、-30℃、-35℃、-40℃、-45℃、-50℃，其记录为实际温度，并由采集若干组恒温酒精槽1在上述不同实际温度下的测量温度x0、x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10、x11；再根据测量温度数据与恒温酒精槽1的实际温度数据计算出误差温度数据，记录为y0、y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7、y8、y9、y10、y11；将上述数据记录成实际温度与测量温度(x)及误差温度(y)数据表，如附图4所示；

拟合误差温度数据与测量温度数据，建立误差温度(y)与测量温度(x)的拟合曲线，如附图5所示；再由拟合曲线获得误差温度与测量温度的拟合方程：y＝-0.0026x2-0.0725x+4.0841

根据拟合曲线选取一实际温度为校准点温度，本实施例中选取的校准点温度为-20℃；设置恒温酒精槽1的恒定温度为所述校准点温度(即-20℃)，红外测试仪再次对准射线入口，采集校准测量温度；

在采集校准点温度后，将该校准点温度减去其对应的测量温度(x)后除以误差温度(y)，得到校准参数k，校准参数方程：k＝((-20)-x4)/y4，将x4＝24.2代入拟合方程可计算出y4＝4.3159，再将x4、y4代入上述校准参数方程即可计算出校准参数k＝0.97；

再根据校准测量温度算出补偿温度(tcomp)，tcomp＝(-0.0026x2-0.0725x+4.0841)*k，代入该校准点温度对应的测量温度(x)，或者将红外测试仪再次对准射线入口，采集校准测量温度，该校准测量温度理论上与测量温度(x)值相同，再次采集可避免只有一次采集而导致的偶然性，加大红外测温仪低温段校准的准确度，且由于校准时本就要将红外测温仪检测至测量温度再调整，因此并不会使操作变得繁琐；

最后校准测量温度与补偿温度相加得出目标温度(tobj)，根据目标温度(tobj)统计出线性回归方程，根据线性回归方程进一步矫正红外测温仪内的红外测温传感器的拟合差异。完成红外测温仪低温段的校准。

最终将上述实际温度、测量温度(x)或校准测量温度、补偿温度(tcomp)、目标温度(tobj)数据统计成校准验证表，如附图6所示；由表可以看出最后目标温度(tobj)的误差都在±1℃内，即便误差较大，也可根据该表马上找到原因，加以修正。

此处需要注意的是，选取上述校准点温度的原则为下限至上限均匀的选取不少于5个校准点，分别选取量程的10％、30％、50％、80％、100％处。

通过上述方法进行红外测温仪低温段的校准，可保证批量生产时红外测温仪-50℃到0℃精度保证在±1℃范围内。通过较少的校准点获得高精度的校准，降低了校准成本，提高校准效率，利于生产自动化。

本发明结构设计合理巧妙，稳定性高，精度高，在校准红外测温仪时，只需将红外测温仪对准黑体空腔21即可实施红外测温仪的温度校准，使用方便；不会出现因长时间使用导致的结冰晶，使得黑体温场遭到破坏无法继续使用的问题；并且相对于使用充氮气方式，不会造成资源的浪费，使用成本也更低，利于红外测温仪的自动化智能制造；另外，中空柱体部、中空锥形部的设置，使得红外测温仪的红外射线能射在该中空锥形部的锥形顶部内侧，进一步地增加红外测温仪的校准精度。再者，本发明的校准方法，通过较少的校准点获得高精度的校准，降低了校准成本，提高校准效率，利于生产自动化。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术手段和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。