红外测温仪与红外热像仪 

热像仪还是测温仪：我该使用单点红外传感器，还是具备测温功能的红外热像仪来进行非接触式温度测量？

在非接触式温度测量领域，主要由两类仪器占据主导地位：热像仪和测温仪。这两项技术有着截然不同的用途——红外热像仪通过采集多个测量点的数据来捕捉热图像，从而绘制出物体表面或区域的温度分布图。相比之下，测温仪则提供单点、精确且即时的温度读数，但不具备成像功能。

从历史上看，玻璃、金属、塑料和造纸等过程工业主要依赖于性价比高的单点测温仪。这些测温仪通过针对特定材料优化的探测器波长来提供目标温度测量：例如用于金属应用的短波红外、用于玻璃加工的中波红外，以及用于塑料等高发射率材料环境温度监测的长波红外传感器。在那个时期，热像仪的价格极其昂贵，且缺乏严苛工业环境所需的耐用性。

近年来，低成本焦平面探测器阵列技术的进步彻底改变了这一局面。现代红外热像仪现在可以利用数以千计的独立探测单元，测量其视场内任意点的温度。此外，工业级红外热像仪在实现价格与传统测温仪持平的同时，还提供了更强的环境适应性。

这种技术的融合为工艺工程师提供了一个关键的决策点：即如何根据具体的应用需求，在点式传感器与红外热像仪之间做出选择。以下分析探讨了每种传感器技术的核心优势，并为选择最适合的测温应用技术提供了实用指南。

什么时候红外热像仪是比测温仪更好的解决方案？

• 当您无法确定热点具体位置时。

许多工艺工程师需要了解特定部件上的最高温度。单点传感器需要安装并对准一个固定的点，因此测温仪只能提供该传感器光学系统所限定的那个点的温度测量值。而红外热像仪可以搜索部件上的整个区域，并报告该部件的最高（或最低）温度。简而言之，当测量点的位置被精确已知时，点式测温仪是一个很好的工具；然而，当测量目标并不总是处于相同位置时，若要探测目标上的最高温点，红外热像仪才是正确的选择。

• 当需要进行多点测量时。

大型塑料部件如汽车保险杠或航空航天零件，可能会出现显著的温度波动，这往往预示着严重的工艺问题。一台配备合适光学镜头的红外热像仪可以采集大大小小目标上的数百个点位数据。虽然也可以部署大量的单点测温仪，但在多个位置安装多个红外传感器并处理其输出信号，过程会非常复杂且成本高昂。在监测某一区域内的数十个位置时，例如测试中的汽车发动机舱，许多工程师也更倾向于使用红外热像仪而非接触式热电偶。在受测目标的任一侧安装两台价格低廉的红外热像仪，即可采集数千个温度测量数据，其优势在于能够探测到热电偶可能未覆盖到的热点位置。

• 当温度梯度预示工艺问题时。

许多片材类产品（如纸张、玻璃、钢材、塑料薄膜、墙板等）的温度梯度，通常由红外热像仪或线扫描系统在手动模式下进行监测。操作员根据代表温差的红外图像颜色变化，来调整干燥机或加热元件。虽然使用多台红外测温仪可以采集到大量的点数据，但它们永远无法像热像仪那样，直观、全面地呈现出片材类生产过程中温度的逐渐变化情况。代表高温或低温的“热条纹”在红外热像仪中会变得显而易见，但如果测温仪没有正好对准条纹位置，这些问题就会被遗漏。Optris 的热像仪及配套软件可以切换至“线扫描模式”，从而精准捕捉经过目标扫描线的任何片材的温度梯度。

• 当待测目标非常微小时。

即使配备了近焦光学镜头，测温仪也只有在完全对准目标的情况下才能提供准确的小点尺寸测量。在这种情况下，距离系数（D:S 比，也称为距离与目标尺寸比）是红外测温仪的一项重要性能指标。在长波波段领域，受限于所使用的探测器技术，目前性能最先进的测温仪其距离系数通常限制在 75:1。这意味着所测量的光斑直径是测温仪到物体距离的 1/75。例如，如果一台测温仪距离物体 75m，它所测量的将是一个直径为 1m 的区域的温度。

受限于探测器技术与像元尺寸，一台采用 17 µm 像素间距并配备商用远场光学镜头的现代非制冷型红外热像仪，其距离系数可达到惊人的 813:1，远优于传统设备。

在显微应用中测量微小物体时，小光斑尺寸带来的优势更加显著。如果需要测量极小的目标，红外热像仪是更好的选择，因为其距离系数（D:S 比）在量级上具有压倒性的优势。

什么时候点式测温仪是比热像仪更好的解决方案？

• 当预算限制需要极具性价比的测量方案，或涉及大规模批量应用时。

经过标定且能对高发射率目标提供准确非接触测量值的单点测温仪，其售价已与工业类接触式测温仪相当，这使其成为部分用户唯一能够负担得起的非接触式测量方案。

即使是价格最便宜的测温仪，其成本也仅约为最便宜的红外热像仪的十分之一。

• 当目标材料需要某种红外热像仪无法提供的波长响应时。

某些材料（如薄型塑料薄膜或温度低于 450 °C 的金属）需要特殊波长的传感器，而这些波长在红外热像仪的探测器选型中是无法提供的，这使得测温仪成为了更优的选择。

有些公司多年来一直使用具有特定波长响应的单点红外传感器，可能需要更换一台能在相同波长下工作的红外传感器，以确保与历史数据的一致性。例如用于玻璃测量的测温仪，其响应波长通常为 5.0 µm。由于在该波段下没有高性价比的热像仪可选，因此用一台相同波长的全新测温仪来更换旧设备便成了最佳方案。

• 当安装空间受限，导致无法布置红外热像仪时。

虽然热像仪的尺寸已经可以做到小至 36 mm（直径）x 90 mm（长度），但对于某些测量需求来说，这个尺寸可能仍然过大，例如需要将传感器嵌入到另一台仪器内部的场景。而测温仪可以封装在仅有 14 mm（直径）x 28 mm（长度）的微型感测头中，这使其成为空间受限布局下的最佳解决方案。

• 当工作温度高和严苛的环境约束需要最耐用的技术时。

虽然许多 Optris 热像仪在无需额外冷却的情况下可在高达 70 °C 的环境中运行，但许多工业环境和机器集成对环境温度等级有更高的要求。

小型测温仪传感头在无需冷却的情况下，可在 85 °C 至 250 °C 的环境温度下工作，这使其成为高温环境下的唯一解决方案。

来自工艺设备的冲击和振动可能会损坏红外热像仪获取准确测量值所必需的快门机构。红外热像仪受限于 IEC 60068-2 标准中所描述的振动限制。而大多数红外测温仪属于固态传感器，通常不含运动部件，因此能够承受更高强度的冲击。

• 当简单的 PLC 集成和易安装性至关重要时。

自主运行是 Optris Xi 系列红外热像仪的一项特殊功能。它无需永久连接软件或计算机，只需预先在软件中进行少量设置即可。结合以太网（EthernetIP）、ProfiNet 或 Modbus TCP 等现代现场总线系统，热像仪可以轻松集成到现有的 PLC 网络中。

尽管如此，对于高级图像处理或极其复杂的应用，运行在额外硬件上的附加软件仍可能成为定制化解决方案的核心部分。由于需要处理图像中的每一个像素点，而非仅处理单一温度值，这增加了软件方案的复杂性并对硬件资源提出了更高要求。

相比之下，测温仪的复杂程度较低，因为在大多数情况下，只需将单个温度值输入控制程序即可。Optris 产品中的所有点式传感器均支持常见的模拟量（电压、电流）输出，以及 EthernetIP、ProfiNet、ProfiBus、CANBus、ModbusTCP 等数字输出标准，以及 RS232 和 RS485 等串行通信协议。

• 当响应速度至关重要时。

大多数专为生产环境设计的红外热像仪，在测量 450 °C 以下的目标时，其温度反馈时间无法缩短至 8 ms 以内。相比之下，采用新型探测器材料的红外测温仪，其响应温度变化的速度可快至 0.3 ms，这使其成为高速运动目标测量或具有极快瞬态温度测试的首选方案。红外热像仪在速度限制上的一个例外是用于高温测量的短波热像仪，其提供独立温度数据的速率可达 1 ms。

• 当特殊应用需要比色或双色波长测量时。

某些生产工艺会在传感器的视场内产生大量的粉尘或其他颗粒物，从而削弱被测部件发出的红外信号。通过采用双色波长传感器的输出进行比色温度计算，可以消除由此产生的误差。

这些独特的测温仪根据其测温原理，受发射率的影响较小，它们通过比较所发射的红外辐射强度来计算温度。这些测温仪广泛应用于钢铁生产、陶瓷制造和玻璃加工等各种工业领域。当发射率未知、光路受粉尘削弱或测量视线被部分遮挡时，此类测温仪非常实用。

• 当目标温度超过 3000 °C 时。

用于高温金属测量的短波红外热像仪，其测量上限通常为 2000 °C。目前，一款特殊的 G7 热像仪已能够测量高达 3000 °C 的温度。而短波或短波比色传感器经过标定，其测温上限可达 3500 °C。这与某些探测器的工作原理有关，这些探测器仅在测温仪中提供，其原因包括：微测辐射热计（Bolometers）在高温下会出现过饱和现象，以及模拟电路具有更卓越的动态范围。

结论与后续步骤：

在决定非接触式红外测量方案之前，最佳做法是先确定哪种技术（红外热像仪或测温仪）更适合您的应用。接下来的步骤是选择最佳的传感器波长，以优化测量精度。在选择了能最有效覆盖目标的光学镜头之后，还需要正确的接口选项。

尽管如此，与经过 Optris 培训的应用工程师讨论您的应用会更好，他们能确保您选择到最合适的仪器，从而提供准确的非接触式温度测量。

我们的应用工程师或分销商将凭借丰富的专业知识，为您提供全方位的技术支持。