导读

使用红外测温仪时，人们通常会关注测量距离、D:S距离系数和发射率，却容易忽略仪器与被测表面之间的角度。

实际上，红外测温仪接收到的并不是激光点本身的温度，而是一定范围内目标表面发出的红外辐射。当仪器从较大的倾斜角度测量时，其有效测量区域会发生变化，周围背景更容易进入测量视场；对于金属等高反射表面，测量角度还可能改变环境反射对结果的影响。

因此，在条件允许的情况下，让红外测温仪尽量正对被测表面，通常能够获得更加稳定和可靠的温度数据。

本文重点

● 红外测温仪最好尽量接近垂直于被测表面的方向进行测量。
● 测量角度越倾斜，有效测量区域通常越容易扩大并呈椭圆形。
● 如果目标尺寸不足以覆盖整个测量区域，仪器可能同时测量到目标周围的其他物体。
● 对高反射、低发射率表面，测量角度变化还可能改变反射辐射对测量结果的影响。
● 测量角度、测量距离、D:S距离系数和目标尺寸需要综合考虑。
● 激光点主要用于辅助瞄准，并不代表红外传感器实际接收辐射的全部区域。

什么是红外测温仪的测量角度？

这里所说的测量角度，是指红外测温仪的光学轴线与被测表面之间的相对方向。

为了方便理解，通常可以把仪器正对目标表面、光学轴线接近垂直于表面的状态看作理想测量方向。当仪器向一侧倾斜时，测量角度逐渐增大。

例如，对一块平整的金属板进行测量：

● 正对金属板测量时，仪器的测量区域相对规则；
● 向一侧倾斜测量时，同样距离下测量区域会在表面方向上被拉长；
● 倾斜程度继续增加后，测量区域可能覆盖目标之外的其他区域。

因此，测量角度并不仅仅影响“瞄准位置”，还会影响红外传感器实际看到的目标范围。

为什么测量角度会影响结果？

红外测温仪通过光学系统收集一定视场范围内的红外辐射，然后根据接收到的辐射能量计算目标表面温度。

当仪器正对目标时，其视场投射到目标表面的区域相对集中。当仪器逐渐倾斜后，同样的光学视场投射到平面目标上时会被拉长。

理想情况下，如果仪器与目标表面法线之间的夹角为 θ，则倾斜方向上的投影尺寸大致会随着 1/cosθ 增加。这意味着角度越大，同样距离下实际覆盖的表面范围越大。

例如，当倾斜角度较小时，这种变化通常并不明显；但随着角度进一步增加，测量区域会明显拉长。

实际红外测温仪的光学系统比简单几何模型更加复杂，因此具体测量区域仍应以产品规定的D:S距离系数和视场参数为准，但这个关系可以帮助理解为什么过大的倾斜角度容易带来测量误差。

测量区域会从圆形变成椭圆形

当红外测温仪接近垂直测量一个平面目标时，可以简单地把测量区域理解为接近圆形。

如果仪器倾斜，测量区域在一个方向上会被拉长，从而逐渐形成类似椭圆的区域。

这会产生一个非常重要的问题：即使激光仍然准确落在目标中心，也不能说明整个红外测量区域都位于目标内部。

例如测量：

● 一根较细的管道；
● 一个小型轴承；
● 电气端子；
● PCB上的电子元件；
● 小尺寸加热部件。

如果测量角度过大，仪器可能同时接收到目标及其周围背景的红外辐射，最终显示的是整个视场综合计算后的温度，而不是激光点位置的真实温度。

测量角度与D:S距离系数有什么关系？

D:S代表Distance-to-Spot Ratio，即测量距离与测量光斑直径之间的关系。

例如，一台12:1的红外测温仪，在理想条件下距离目标约1200 mm时，对应的测量区域直径大约为100 mm。实际产品还可能受到光学结构和规定测量距离等因素影响，因此应以制造商参数为准。

D:S通常是在仪器按照规定方向测量目标时定义的。

如果仪器明显倾斜：

● 测量距离没有改变；
● 仪器自身的光学视场没有改变；
● 但视场投射到目标表面后的有效覆盖面积会增加。

因此，仅仅按照D:S计算光斑尺寸还不够，还必须考虑测量角度。

尤其是在测量面积较小的物体时，应尽量缩短测量距离并保持较小的倾斜角度，使目标充分覆盖整个测量视场。

目标必须大于实际测量区域

红外测温仪的基本测量原则之一是：

● 被测目标应充分覆盖仪器的整个测量区域。

如果目标尺寸小于测量区域，仪器接收到的红外辐射就会同时来自目标和背景。

例如，一个高温管道的真实表面温度为120°C，但管道后方墙面的温度只有25°C。如果因为测量距离过远或角度过于倾斜，使测量视场同时覆盖管道和墙面，那么显示温度可能明显低于管道真实温度。

相反，如果测量一个低温目标，而背景温度很高，则测量结果也可能偏高。

因此，与其让目标尺寸刚好等于理论光斑尺寸，更稳妥的方法是让目标明显大于测量区域，为测量距离、角度和瞄准误差留出一定余量。

测量角度还可能影响表面发射特性

对于理想的漫射表面，从不同方向观察时，其红外辐射特性相对稳定。

但现实中的材料并不完全符合这种理想状态。随着观察角度逐渐偏离表面法线方向，一些材料的方向性辐射和反射特性可能发生变化，从而改变红外测温仪接收到的辐射组成。

这种现象在以下表面尤其需要注意：

● 抛光金属；
● 不锈钢；
● 铝材；
● 铜材；
● 镀铬表面；
● 光滑玻璃；
● 光亮塑料表面；
● 其他低发射率或高反射材料。

因此，对这些材料进行红外测温时，即使仪器的发射率设置没有改变，测量角度变化仍可能导致结果发生变化。

为什么金属表面对角度更加敏感？

未经处理的光亮金属通常具有较低的发射率，同时具有较强的红外反射能力。

红外测温仪接收到的能量可能不仅包含目标自身发出的红外辐射，还包含目标表面对周围热源的反射。

例如目标附近存在：

● 高温加热设备；
● 电炉；
● 高温管道；
● 人体；
● 阳光照射区域；
● 其他温度明显不同的物体。

改变红外测温仪的观察角度后，目标表面对这些环境热源的反射方向也可能发生变化，因此仪器接收到的红外能量会发生变化。

这就是为什么测量光亮金属时，即使对准的是同一个位置，从不同方向测量也可能得到不同的温度读数。

这种情况下，问题并不一定来自红外测温仪本身，而可能来自目标表面的低发射率和环境反射。

角度越大，误差就一定越大吗？

并不是所有情况下都会如此。

如果被测物体：

● 尺寸远大于测量区域；
● 表面发射率较高；
● 表面接近漫反射特性；
● 温度分布均匀；
● 周围没有明显高温或低温反射源；

那么一定范围内的小角度变化可能不会明显影响测量结果。

例如黑色橡胶、涂漆表面、纸张、木材等较高发射率材料，在正常测量条件下通常比抛光金属对测量角度更加宽容。

但这并不意味着测量角度可以完全忽略。随着倾斜程度增加，目标投影面积扩大以及表面方向性辐射和反射等因素都会增加测量的不确定性。

因此，对于需要获得稳定数据的测量任务，仍应尽量保持一致的测量角度。

是否必须保持90°测量？

并不要求所有测量都必须严格达到几何意义上的90°。

在工业现场，受设备结构、管道位置、安全距离等条件限制，有时无法完全正对目标测量。此时可以在保证目标充分覆盖测量视场的前提下，从适当角度进行测量。

实际操作更重要的是：

● 尽量减少不必要的大角度倾斜；
● 保证目标面积足够大；
● 避免测量区域覆盖背景；
● 对同一设备进行趋势比较时保持相同测量位置和角度；
● 对低发射率材料特别注意环境反射。

如果制造商对特定产品给出了测量角度、视场范围或使用方向要求，应优先按照产品说明执行。

激光点能够判断测量角度是否正确吗？

不能完全判断。

很多红外测温仪配有单激光或双激光瞄准功能，但激光主要用于帮助用户确定测量方向和目标位置。

需要注意：

● 激光点本身并不进行温度测量；
● 红外传感器接收的是一个区域内的红外辐射；
● 实际测量区域通常明显大于激光点；
● 当仪器倾斜时，即使激光仍然位于目标内部，测量区域边缘也可能已经超出目标。

因此，不能简单地认为“激光点打在目标上，就一定测量准确”。

判断是否适合测量，还应结合测量距离、D:S距离系数、目标尺寸和测量角度综合判断。

如何正确控制红外测温仪的测量角度？

为了减少测量角度带来的误差，可以遵循以下原则：

● 尽量正对目标。 条件允许时，让仪器光学轴线尽量接近垂直于被测表面的方向。
● 避免过大的倾斜角度。 当仪器明显斜向测量目标时，应特别检查实际测量区域是否仍完全位于目标内部。
● 缩短测量距离。 对面积较小的目标，适当靠近通常可以减小测量区域。
● 确认D:S距离系数。 不同红外测温仪的光学性能不同，不能使用同一种距离判断所有仪器。
● 保证目标足够大。 实际目标最好明显大于理论测量区域，而不是刚好覆盖。
● 避免环境反射。 测量金属等低发射率表面时，应注意周围高温设备、人体、阳光等红外辐射源。
● 保持测量条件一致。 如果用于设备巡检或温度趋势比较，应尽量使用相同的位置、距离和角度重复测量。

固定角度为什么对趋势监测特别重要？

在工业维护中，很多红外测温并不是为了获得实验室意义上的绝对温度，而是为了观察设备温度是否发生异常变化。

例如定期检查：

● 电机外壳；
● 轴承；
● 配电设备；
● 电气连接点；
● HVAC管道；
● 加热设备。

如果第一次测量时正对目标，第二次却从明显不同的角度测量，那么读数变化可能同时受到温度变化和测量条件变化的影响。

这会降低不同时间数据之间的可比性。

因此，建立固定测量点时，除了记录测量距离之外，也建议保持相近的测量方向和角度。对于要求较高的巡检任务，可以直接规定固定测量位置、距离和方向，使每次测量条件尽可能一致。

哪些情况下更需要注意测量角度？

以下情况对测量角度尤其敏感：

● 测量目标面积比较小；
● 测量距离比较远；
● 仪器D:S距离系数较低；
● 测量光亮金属；
● 测量低发射率材料；
● 目标附近存在高温设备；
● 目标与背景温差很大；
● 需要进行多次重复测量；
● 需要比较不同时间的温度变化；
● 需要测量局部热点。

遇到这些情况时，应同时检查测量角度、距离、目标尺寸和发射率，而不能只看激光瞄准位置。

FAQ

红外测温仪斜着测一定不准吗？

不一定。小范围角度变化在目标足够大、表面发射率较高且温度均匀的情况下，可能不会产生明显误差。但倾斜角度越大，测量区域扩展、环境反射和材料方向性特性的影响通常越值得关注。

红外测温仪最好以什么方向测量？

在实际条件允许时，建议尽量正对被测表面，使仪器光学轴线接近表面法线方向。这样更容易控制测量区域，也有利于提高重复测量的一致性。

为什么同一个位置换一个角度温度就不同？

可能原因包括测量区域发生变化、周围背景进入视场、目标表面的方向性发射特性发生变化，或者光亮表面对周围热源的反射发生变化。

激光点打在目标中心为什么仍然可能测不准？

因为激光只是瞄准辅助工具。真正参与温度计算的是红外光学系统覆盖的整个测量区域。如果目标小于这个区域，仪器仍可能同时接收到背景的红外辐射。

测量角度和测量距离哪个更重要？

两者都会影响测量结果，而且通常需要同时考虑。距离决定基础测量光斑尺寸，而倾斜角度会改变这个视场投射到目标表面后的有效覆盖范围。

测量金属时为什么更要保持角度一致？

因为光亮金属通常发射率较低、反射率较高。改变观察角度可能改变仪器接收到的环境反射辐射，因此不同角度下的读数可能存在明显差异。

总结

红外测温仪的测量角度是影响非接触温度测量稳定性的重要因素之一。

仪器倾斜测量时，有效测量区域可能被拉长，目标周围的背景更容易进入测量视场；对于光亮金属等低发射率材料，测量角度变化还可能改变环境反射对结果的影响。

因此，实际使用红外测温仪时，应同时考虑测量角度、测量距离、D:S距离系数、目标尺寸、发射率以及环境反射。

在条件允许的情况下，让仪器尽量正对目标，并在重复测量中保持相同的距离、位置和角度，可以有效提高红外测温数据的稳定性、重复性和可比性。