CN103148945A - 红外测温仪检定成套装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外测温仪检定的技术领域，尤其涉及一种红外测温仪检定成套装置，是对红外测温仪的各项性能指标进行检定的设备。本发明包括以下部分：三维运动系统、三维运动控制与记录装置、发热源装载平台和靶面。本发明具有自动化程度高、实用性强、设计新颖、操作简单等特点,能对各种型号规格及外形不同的红外测温仪的各项性能指标进行检定。解决了红外测温仪器的距离比和瞄准器精度的检定的问题，使红外测温仪的测量值得到溯源，使应用于生产领域的红外测温仪能够得到有效的监控，保证了电气设备运用监控设备检测数据的准确可靠。

Description

红外测温仪检定成套装置

技术领域

本发明涉及一种红外测温仪检定的技术领域，尤其涉及一种红外测温仪检定成套装置，是对红外测温仪的各项性能指标进行检定的设备。适用于各种型号规格及外形不同的红外测温仪的检定，可以检定的项目包括、测温精度、距离比（红外点温仪）、激光瞄准器精度，使红外测温仪的测量值得到溯源。

背景技术

红外测温仪是近年来电力设备随着状态检修的开展而投入使用的重要带电检测手段。在电力行业中主要用于电气设备的温升监测，其准确与否直接影响电气设备状态量的准确度，关系到电网安全和电力企业的安全生产。计量检测仪器计量确认通常有三种方法：检定、校准和在线比对，对于电力系统红外测温仪的计量确认，采用检定方法，但到目前为止国内尚无电力行业的红外测温仪器的检定方法及技术规程。

本项目基于原理：一个物体在单位时间内辐射的热量与其表面积的绝对温度的四次方成正比。在合适的环境下，对于一个已知温度、已知辐射率、已知辐射面积和距离的发热体通过红外测温仪进行测试就可以检定红外测温仪的各项指标。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种红外测温仪检定成套装置，目的是为保证“红外测温仪器”保持常态工作，及时准确的提供精准的测量数据。是一种集机制、自动化控制、计算机、计量检测技术于一体的成套红外测温仪检定装置。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

红外测温仪检定成套装置，包括以下部分：三维运动系统、三维运动控制与记录装置、发热源装载平台和靶面；

在工作台面上的一端设有三维运动系统，三维运动系统通过12芯控制电缆与三维运动控制与记录装置相连接；被测试红外测温仪固定连接在三维运动系统的夹具上；三维运动系统的底部设有三维运动系统的水平调节底角；

工作台面另一端设有可调节水平靶面平台，红外辐射源放置在可调节水平靶面平台上；低辐射率遮挡板通过两块带凹槽的金属柱固定在可调节水平靶面平台上，可调节水平靶面平台的底部设有辐射源与靶面平台的水平调节底角。

所述的低辐射率遮挡板与被测试红外测温仪前端的透镜的距离为D 。

所述的低辐射率遮挡板设有至少一块以上。

所述的低辐射率遮挡板中心的小洞的直径为S，S的范围值为1-5cm之间的三个不同数值。

所述的辐射源与靶面平台的水平调节底角共设有四个，均固定连接在可调节水平靶面平台的下面。

所述的金属柱设有两块，并且金属柱上设有凹槽。

红外测温仪检定成套装置的检定方法，是： 

a、开始，上电；

b、对程序初始化程序开始运行；

c、位置寄存器清零；

d、计时320ms时间；如果时间到，继续执行程序至e；如果时间没到，则直接跳至h；

e、对键盘进行扫描,扫描键盘是否按了清零键；如果选择“是”，则返回至c步骤；如果选择“否”，则继续执行至f步骤；

f、扫描键盘是否按了X，Y，Z各方向的快慢运动键；如果选择“是”，则继续执行，如果选择“否”则跳至h步骤；

g、针对f步骤扫描结果计算相应的脉冲值发送到电机驱动器和显示锁存器；

h、读取将显示锁存器数值显示到LED，显示后返回至d步骤；

i、程序结束，断电。

本发明的优点效果是：

具有自动化程度高、实用性强、设计新颖、操作简单等特点,能对各种型号规格及外形不同的红外测温仪的各项性能指标进行检定。解决了红外测温仪器的距离比和瞄准器精度的检定的问题，使红外测温仪的测量值得到溯源，使应用于生产领域的红外测温仪能够得到有效的监控，保证了电气设备运用监控设备检测数据的准确可靠，为电力企业安全生产做出了贡献。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明中低辐射率遮挡板的结构示意图；

图3是本发明中三维运动系统结构图：

图4是本发明中三维运动系统操作框图：

图5-图8是本发明中可调节水平靶面平台结构图；

图9是本发明中三维运动控制与记录系统结构图；

图10是本发明中Cpu和键盘扫描控制电路图；

图11是本发明中显示控制电路图；

图12是本发明X、Y、Z轴LED显示控制电路图；

图13是本发明X、Y、Z轴通讯接口控制电路图；

图14是本发明去耦合电容控制电路图；

图15 是本发明电源输入控制电路图；

图16是本发明电机控制脉冲电路图；

图17是本发明软件控制流程图；

图18是本发明三维运动控制与记录系统控制系统操作面板设计图；

图19是本发明中激光瞄准器误差检定示意图；

图20是本发明中测量D示意图。

图中：三维运动控制与记录装置1，三维运动系统2，被测试红外测温仪3，低辐射率遮挡板4，红外辐射源5，可调节水平靶面平台6，控制电缆7， A电机8，B电机9，C电机10，三维运动系统的水平调节底角11，高温辐射源12，激光点13，辐射源与靶面平台的水平调节底角14，金属柱15。

具体实施方式

本发明是一种红外测温仪检定成套装置，具体是按部件分为三维运动系统2、三维运动控制与记录装置1、发热源装载平台和靶面三个部分。

如图1所示，工作台面上的一端设有三维运动系统2，三维运动系统2通过12芯控制电缆7 与三维运动控制与记录装置1相连接；被测试红外测温仪3固定连接在三维运动系统2的夹具上，这样被测试红外测温仪3就可以上下左右运动同时需要激光束水平。三维运动系统2的底部还设有用来调节三维运动系统2的水平的三维运动系统的水平调节底角11。

工作台面上的另一端设有可调节水平靶面平台6，红外辐射源5即黑体炉放置在可调节水平靶面平台6上；低辐射率遮挡板4通过两块带凹槽的金属柱15固定在可调节水平靶面平台6上，金属柱15用来固定低辐射率遮挡板4；并且低辐射率遮挡板4 与被测试红外测温仪3前端的透镜的距离为D ，低辐射率遮挡板4中心的小洞的直径为S。可调节水平靶面平台6的底部设有辐射源与靶面平台的水平调节底角14，是用来调节辐射源与靶面平台的水平。

如图2所示，图2 是本发明中低辐射率遮挡板的结构示意图。在图中，低辐射率遮挡板4共设有三个，中心设有直径分别为2cm、3cm、5cm的圆形孔洞。该中心圆形孔孔洞的大小可以根据红外辐射源5即黑体炉的尺寸大小来设置，通常可以在低辐射率遮挡板4中心设有直径分别为1-10cm之间的不同尺寸的圆形孔洞。具体实施时，低辐射率遮挡板4可以设有至少一个以上均可，如1块、2块、3块、4块……若干块均可。低辐射率遮挡板4的中心孔洞直径可以设置为1cm、1.5cm、2cm、2.5cm、3cm、3.5cm、4cm、4.5cm、5cm、10cm之间的三个任意不同数值大小均可。

图3 是本发明三维运动系统结构示意图，在图中，A电机8为X轴运动的步进电机，B电机9为Y轴运动的步进电机，C电机10为Z轴运动的步进电机。

图4是本发明中三维运动系统操作框图。本装置按部件分为三维运动系统、三维运动控制与记录系统、发热源装载平台和靶面三个部分。三维运动控制与记录系统由控制面板操作控制，三维运动系统2上、下、左、右的方向进行瞄准器校准使用，三维运动系统2前、后方向进行距离比测定使用，该装置移动速度可调0.1-12mm/S，通过控制装置调节，并且自动记录移动距离。

如图5至图8所示，图5-图8 是本发明可调节水平靶面平台结构示意图。图中，辐射源与靶面平台的水平调节底角14共设有四个，均设在可调节水平靶面平台6的下面，与可调节水平靶面平台6坚固相连。可调节水平靶面平台6上设有两块用与固定低辐射率遮挡板的带凹槽的金属柱15。

图9是本发明三维运动控制与记录系统结构图；图10是本发明CPU和键盘扫描控制电路图。其中CPU采用89S52单片机，IDC10为键盘输入接口。

图11是本发明显示控制电路图。其中锁存器控制LED显示驱动。

图12是本发明X、Y、Z轴LED显示控制电路图；图13是本发明X、Y、Z轴通讯接口控制电路图；图14是本发明去耦合电容控制电路图，图中去耦电容，保证电路稳定。

图15 是本发明电源输入控制电路图；图16是本发明电机控制脉冲电路图。其中控制电路说明如下：

本发明控制装置的主要功能包括三个部分：

1、控制X、Y、Z轴步进电机的转动方向、速度、旋转角度。

2、读取薄膜键盘的各按键状态，根据按键情况控制各轴电机运动、改变电机运动速度、确定零位等。

3、控制LED数码管显示X、Y、Z三轴运动位置。

该控制装置中央处理单元采用89S52单片机，该单片机内部具有定时单元，通过程序可以产生不同频率的脉冲，控制X、Y、Z轴步进电机的转速以及旋转角度，单片机P0口连接74LS273锁存器扩展8位输出口，其中3位输出口通过输出高低电平控制电机运动方向。该装置的薄膜键盘与89S52单片机P1输入输出口相连，以4*4的行列结构连接薄膜键盘的16个按键，通过定时扫描方式读取按键状态，处理程序根据按键情况控制各轴电机运动、改变电机运动速度、确定零位等。装置的显示部分采用三组5位LED数码管，单片机P0口连接3个74LS273锁存器，每个锁存器与一组LED数码管连接，确定5位LED 数码管其中一位的显示数字，数码管采用动态扫描的控制方式，三组5位LED数码管分别显示X、Y、Z三轴运动位置，显示精度为0.1mm。

红外测温仪检定成套装置的检定方法如图17所示，图17是本发明控制流程图，具体控制流程如下：

a、开始,上电；

b、对程序初始化程序开始运行；

c、位置寄存器清零；

d、计时320ms时间；如果时间到，继续执行程序至e；如果时间没到，则直接跳至h；

e、对键盘进行扫描,扫描键盘是否按了清零键；如果选择“是”，则返回至c步骤；如果选择“否”，则继续执行至f步骤；

f、扫描键盘是否按了X，Y，Z各方向的快慢运动键；如果选择“是”，则继续执行，如果选择“否”则跳至h步骤；

g、针对f步骤扫描结果计算相应的脉冲值发送到电机驱动器和显示锁存器；

h、读取将显示锁存器数值显示到LED，显示后返回至d步骤；

i、程序结束,断电。

如图18所示，图18是本发明三维运动控制与记录系统控制系统操作面板设计图。其中面板上设有上、下、左、右、前、后方向移动及加速移动键盘，并设有开关、清零、复位、F1、F2按钮。

本发明可以检定的项目包括、测温精度、距离比（红外点温仪）、激光瞄准器精度（单激光瞄准器红外点温仪）,具有自动化程度高、实用性强、设计新颖、操作简单等特点,能对各种型号规格及外形不同的红外测温仪进行检定，使红外测温仪的测量值得到溯源。

整体成套装置的激光瞄准器误差的测试装置可以自动显示两个方向上的误差距离,仪器测量误差小于0.1mm，具体误差与被检测仪器精度,检测距离等有关，控制模块和记录显示模块部分为本装置技术特点。

本发明可以进行以下检测：

1、瞄准器误差检测:

被测试红外测温仪3在检定时要求瞄准红外辐射源5即黑体炉的靶心，同时与红外辐射源5的距离也随着各种被测试红外测温仪3的型号的不同而做出相应的调整，为保证各种型号规格及外形不同的红外测温仪均能得到检定，研制的检定装置采用步进电机驱动丝杠，上下和左右四个方向电动调节。分体式设计提高了装置的运行可靠性，测量误差小于0.1mm。能使被测红外测温仪平稳地前、后、左、右移动及上、下升降。激光瞄准器误差的检定方式如图19所示。

校正方法是调整激光瞄准器激光点13至黑体辐射源的靶心，通过上下和左右移动测温仪读取测温数据，找到测得最高温度的位置。这时激光点13所在位置和黑体辐射源的靶心的相对位置即为激光瞄准器误差。

实际操作时，对不同距离比的红外点温仪选定合适的距离，找到测温仪显示最高温度点时激光点13所在的位置。其中高温辐射源12的直径为10mm的园。先通过瞄准器瞄准黑体炉辐射中心，然后通过三维运动系统2分别调整XY轴改变红外测温仪3的位置，找到红外测温仪显示温度最大值，这一点就是红外测温仪的实际测试位置，这时三维运动控制与记录装置1显示的座标值就是激光瞄准器误差。此时激光点13落在圆的直径为30mm内即为合格.

2、距离比（D：S）测试：

如图20所示，图20是本发明中测量D示意图。距离比为测温仪与被测物体的距离（D）：有效的被测范围（圆）直径（S）之比，红外测温仪的光学系统从圆形测量范围收集红外辐射并聚焦在探测器上。本发明采用独创的遮挡法,采用粗糙表面的铝合金材料，辐射率小于0.1，遮挡发热体，使辐射面积固定。通过步进电机调整前后距离找到红外测温仪显示的温度开始降低的位置D，则距离D与辐射面积的直径S之比为距离比。

温度误差：将经溯源的黑体辐射源作为温度标准，用被检的红外测温仪测量黑体辐射源得到一温度值t，与黑体辐射源的标准温度t0作比较，确定被检红外测温仪的示值误差δ=t- t0，达到检测目的。

本发明装置采用的较低精度、较高辐射率的面源黑体辐射源，即红外辐射源5即黑体炉,该黑体炉辐射率≥0.95 温度控制误差±0.1℃/10min，

红外测温仪的的检定应在测温仪和环境温度等温后进行。

将被测试红外测温仪3放置于红外辐射源5空腔辐射源的腔口，用面源黑体辐射源检定测温仪时，应将测温仪置于其使用说明书规定的距离范围内并对准辐射源靶心，并将红外测温仪的发射率调整至辐射源的有效发射率。

将黑体辐射源的温度调整并控制在第一个检定点上，稳定10min后，打开测温仪，开始测量，在30sec内连续测量3次，测量期间黑体辐射源的温度变化不得超过0.1℃，测温仪三次测量结果的最大值和最小值之差不得大于1℃，然后取3次测量的平均值作为该点的测量结果，否则应检查瞄准和控温情况并重新测量。

Claims (7)

1.红外测温仪检定成套装置，其特征是：包括以下部分：三维运动系统（2）、三维运动控制与记录装置（1）、发热源装载平台和靶面；

在工作台面上的一端设有三维运动系统（2），三维运动系统（2）通过12芯控制电缆（7）与三维运动控制与记录装置（1）相连接；被测试红外测温仪（3）固定连接在三维运动系统（2）的夹具上；三维运动系统（2）的底部设有三维运动系统的水平调节底角（11）；

工作台面另一端设有可调节水平靶面平台（6），红外辐射源（5）放置在可调节水平靶面平台（6）上；低辐射率遮挡板（4）通过两块带凹槽的金属柱（15）固定在可调节水平靶面平台（6）上，可调节水平靶面平台（6）的底部设有辐射源与靶面平台的水平调节底角（14）。

2.根据权利要求1所述的红外测温仪检定成套装置，其特征是：所述的低辐射率遮挡板（4）与被测试红外测温仪（3）前端的透镜的距离为D 。

3.根据权利要求1所述的红外测温仪检定成套装置，其特征是：所述的低辐射率遮挡板（4）设有至少一块以上。

4.根据权利要求1所述的红外测温仪检定成套装置，其特征是：所述的低辐射率遮挡板（4）中心的小洞的直径为S，S的范围值为1-10cm之间的多个不同数值。

5.根据权利要求1所述的红外测温仪检定成套装置，其特征是：所述的辐射源与靶面平台的水平调节底角（14）共设有四个，均固定连接在可调节水平靶面平台（6）的下面。

6.根据权利要求1所述的红外测温仪检定成套装置，其特征是：所述的金属柱（15）设有两块，并且金属柱（15）上设有凹槽。

7.红外测温仪检定成套装置的检定方法，其特征是： 

a、开始，上电；

b、对程序初始化程序开始运行；

c、位置寄存器清零；

d、计时320ms时间；如果时间到，继续执行程序至e；如果时间没到，则直接跳至h；

e、对键盘进行扫描,扫描键盘是否按了清零键；如果选择“是”，则返回至c步骤；如果选择“否”，则继续执行至f步骤；

f、扫描键盘是否按了X，Y，Z各方向的快慢运动键；如果选择“是”，则继续执行，如果选择“否”则跳至h步骤；

g、针对f步骤扫描结果计算相应的脉冲值发送到电机驱动器和显示锁存器；

h、读取将显示锁存器数值显示到LED，显示后返回至d步骤；

i、程序结束，断电。

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