影响轴温测量精度因素及预防措施

影响轴温测量精度因素及预防措施

潘娟娟

（常州市轨道交通发展有限公司运营分公司）

摘要：本文简析并阐述了轨道交通车辆轴温测量精度要求，对影响精度测量因素进行分析，并提出可行的预防措施。

关键词：轴温；测量；精度

轴温测量主要采用红外辐射测温技术，而物体的表面辐射能力主要取决于材料性质和表面状态（如氧化情况、涂层材料、粗糙程度及污秽情况），也就是说即使材料相同，但在不同情形下，其测温结果也可能不同；因不同性质的材料反射透射性能各异，所以必然使之发射性能不同。物体表面形貌特征对反射率和发射率造成影响是随机性的，很难用固定模式来表述，只能在实际工作中分别对待。为此，给红外监测带来的不确定因素，检测时利用发射率来修正检测结果。

1.被测物体的影响

红外辐射测温主要是通过物体的辐射能量来标征物体的温度状态。而物体的表面辐射能力主要取决于材料性质和表面状态（如氧化情况、涂层材料、粗糙程度及污秽情况），也就是说即使材料相同，但在不同情形下，其测温结果也可能不同，这种区别用发射率ε来表示。为此，给红外监测带来的不确定因素，检测时利用发射率来修正检测结果。

根据能量守恒原理，物体的入射辐射的吸收率α、反射率ρ和透射率τ之和必为1，即α+ρ+τ=1。在热平衡条件下，被物体吸收的辐射能量必然转化为该物体向外发射的辐射能量。即物体的吸收率α等于同温度下物体的发射率ε。

因不同性质的材料反射透射性能各异，所以必然使之发射性能不同。物体表面形貌特征对反射率和发射率造成影响是随机性的，很难用固定模式来表述，只能在实际工作中分别对待。

从理论和实验上确定物体的发射率是解决非黑体辐射问题获得准确的红外数据的关键。在红外检测和诊断的工

作中应对实际的发射率进行测定，现场工作中常用的方法有仪器直测法、涂料法及接触测温法。

2.仪器性能的影响

（1）仪器接受辐射信号能力。仪器接受辐射信号的能力越强则响应灵敏，准确度越高。依据普朗克辐射定律，黑体在波长λ下辐射功率Mλ与波长λ、温度T满足下列关系：

式中：c——真空中的光速；H——普朗克常数，h=6.6256×10-34W/S2;K——玻耳兹曼常数，k=1.38054×10-23W·S/K;C1——第一辐射常数，C1=πhc2=3.7415×10-16W·m2；C2——第二辐射常数，C2=hc/K=1.43879×10-2W·K。

对其波长在λ1-λ2的区间进行积分，我们可计算出在特定波长范围的辐射占总辐射的比例ηλ1-λ2。代表性的选择温度为27℃（300K）、227℃（500K）、527℃（800K）在区间1（3-5μm）及区间2（8-14μm）的比例值η。

因此，为满足精度测量要求，本项目选用响应波长为8～14μm的红外测温仪，其接受到的辐射信号较强[12]。

（2）仪器对辐射信号变化的响应能力。温度变化，辐射信号随之变化。仪器若能辨别细微的温差，说明对辐射信号变化的响应能力强，为保证辐射信号的响应能力，应选择辐射对比度大的仪器。

将普朗克辐射公式（2）对温度求导，并使光谱辐射度对温度的变化率为零，可得辐射度随温度变化率最大时的波长λc，必须满足下式：

λcT=2411μm·K对于检测温度在27～127℃的电气设备，选用中心响应波长为8μm的仪器辐射对比度较大。而对于温度在227℃以上的目标物体测宜选择中心响应波长为4μm的红外测温仪。

（3）仪器误差的修正。从仪器选型中不难看出，选用任何响应波长的红外测温仪都只是在一个温度区域范围内响应能力较强。随着测量温度的变化，仪器的辐射接受能力和对辐射的对比度也必然会产生变化，从而引起测温误差。由于使用的仪器的不同，误差的大小也将不同，没有统一的规律可言。对仪器进行年检，根据检测情况在相应温度区间对测温结果进行修正是减少误差的主要方法[15]。

3.检测环境对测温结果的影响

由于红外辐射是在大气中传播，测温过程也是直接在大气环境下进行的，

那么大气对测温结果将随着大气特性变化而产生影响。周围的物体也会产生仪器所不能剔除的辐射能，也必然对测温有影响。总之，检测环境是不可忽视的重要影响因素。

（1）大气的影响。红外测温前必须对检测环境的温度、湿度进行测定。它影响红外辐射的因素主要是气体的吸收、悬浮微粒的散射及背景{辐射等。

气体分子的吸收作用是造成红外辐射衰减的重要原因。在接近地面进行红外测量时，大气对红外辐射的影响，主要来自水蒸气和二氧化碳的含量。虽然它们的占大气总量的比例很少，但对红外辐射影响却很大，基本上决定了大气的红外透过特性。水蒸气的吸收带较多，作用也较强，特别在0.94μm、1.14μm、1.38μm、1.88μm、2.7μm、3.2μm、3.7μm、6.3μm的波长范围内。二氧化碳在2.7μm、4.3μm、15μm处的红外吸收性能也相对较强。

如果环境中含有氨、硫化氢、一氧化碳、二氧化硫等气体及灰尘、烟、雾、雨、雪等固态液态的悬浮颗粒时，这些物质对红外辐射不仅有强烈的衰减和吸收作用，而且它将造成红外辐射传输方向产生偏离，能量减弱，引起散射。

例如雾，它的粒子半径大多在5～5μm之间，它对红外辐射的散射作用是相当严重的。试验表明如果每平方厘米有100个雾粒子，其半径是4μm，当波长为4μm的红外辐射在含有该雾的大气中经过100m后就会散射掉85%。

因此红外测温工作应在天气状况晴好的情况下进行，并且应尽量减少测温距离。

（2）背景的影响。被测目标所处背景对检测结果也有一定影响。例如阳光，它一方面会产生附加温升，另一方面由于阳光的反射和漫反射波长为3～14μm，与红外仪器工作波段相近，而且在此波段内阳光的分布情况也不是固定不变，因而将对红外测温结果产生不规律的影响。又如风力的冷却作用，随着风速加大，设备缺陷产生的热量会被加速流动散发，测温就会出现较大误差。被测物邻近物体也可能对测温结果产生影响。如果被测物表面粗糙度很低，它的发射率很低而反射率很高，或邻近物与被测物的温差很大，都会使测量过程中产生一个较强的反射辐射能量。

因此，红外检测工作宜在没有阳光的黑天或阴天，并在条件允许下要选择无风或风力很小时进行。为避免邻近辐射体反射的干扰，必要时需采取遮挡措施。