导读

红外测温仪属于非接触式温度测量设备，它并不是直接测量物体内部温度，而是接收目标表面发出的红外辐射，并通过传感器、信号处理电路和内部算法计算出对应温度。

随着使用时间增加，红外传感器、光学系统以及电子元件的性能可能发生一定变化，测量结果也可能受到环境条件、镜头污染或机械状态等因素影响。因此，对于需要保持测量准确性的应用，通常需要定期对红外测温仪进行校准。

红外测温仪校准的核心并不是简单地“测一个已知温度的物体”，而是在规定条件下，将仪器测得的温度与具有可追溯参考值的标准辐射源进行比较，从而确定仪器在不同温度点上的示值误差。

本文重点

● 红外测温仪校准的本质是将仪器示值与已知参考温度进行比较。
● 红外校准通常采用具有稳定温度和已知辐射特性的黑体辐射源。
● 校准不仅与参考温度有关，还受到发射率、测量距离、测量角度、环境温度和光斑尺寸等因素影响。
● 根据仪器的测量范围和使用需求，通常需要选择多个温度点进行校准。
● “校准”和“调整”并不是同一个概念，校准主要用于确定误差，调整则用于改变仪器参数以减小误差。
● 完整的校准结果还需要考虑参考设备、环境条件和测量重复性带来的测量不确定度。

为什么红外测温仪需要校准？

红外测温仪在出厂时通常已经经过调试和校准，但仪器的测量性能并不意味着在整个使用周期内始终保持完全不变。

● 红外传感器的响应特性可能随着长期使用发生变化。
● 光学镜头受到灰尘、油污或划伤后，进入传感器的红外辐射可能发生变化。
● 模拟电路、放大电路和模数转换电路可能产生一定漂移。
● 仪器长期处于高温、低温、高湿或温度快速变化环境中，也可能影响其测量性能。
● 跌落、冲击或不正确储存可能影响光学系统或内部结构。

通过校准，可以判断红外测温仪当前的实际测量误差是否仍然处于允许范围内。

因此，校准更准确地说是一种“测量性能验证过程”，而不仅仅是对仪器进行重新设置。

红外测温仪校准的基本原理

红外测温仪根据目标表面发出的红外辐射进行温度计算。理论上，物体温度越高，其辐射能量通常越强，但实际物体的辐射特性还与材料表面的发射率有关。

在校准过程中，需要准备一个温度稳定、辐射特性明确的参考辐射源。将参考辐射源稳定在规定温度后，让被校红外测温仪按照规定距离和角度测量其表面。

例如：

● 标准参考温度：100.0 ℃
● 红外测温仪示值：101.2 ℃
● 示值误差：+1.2 ℃

可简单表示为：

示值误差 = 红外测温仪示值 − 参考温度

如果仪器显示温度高于参考值，误差为正；如果显示温度低于参考值，误差为负。

通过在多个温度点重复这一过程，就可以了解红外测温仪在不同温度范围内的测量性能。

为什么校准红外测温仪通常使用黑体辐射源？

普通物体虽然也可以保持在某一温度，但其表面发射率、反射特性和温度均匀性可能并不明确，因此不适合作为高可靠性的红外温度参考源。

专业红外校准通常使用黑体辐射源或具有类似特性的红外校准源。

理想黑体能够吸收全部入射辐射，并按照自身温度产生稳定的热辐射。实际校准设备无法达到理想黑体状态，但通常通过特殊腔体结构和高发射率表面，使其有效发射率非常接近理想状态。

黑体辐射源主要具有以下优势：

● 辐射特性稳定。
● 有效发射率明确。
● 温度可以精确控制。
● 校准区域具有较好的温度均匀性。
● 可以与更高等级的温度标准建立量值溯源关系。

因此，与直接测量热水、金属板或普通加热器相比，使用专业黑体辐射源能够明显降低由于目标表面特性造成的校准误差。

参考温度是如何确定的？

校准时所使用的“参考温度”并不是简单读取黑体设备显示屏上的数字。

在较为规范的校准系统中，参考温度通常由经过校准的标准温度传感器、参考温度计以及黑体辐射源共同建立，并结合设备自身的温度稳定性、均匀性和辐射特性确定最终参考值。

因此，一个可靠的红外校准系统通常需要形成完整的量值传递关系：

● 更高等级的温度标准；
● 标准温度传感器或参考温度计；
● 黑体辐射源；
● 被校红外测温仪。

这种逐级建立参考关系的过程就是测量领域常说的“量值溯源”。

红外测温仪通常如何进行校准？

实际校准流程会根据设备类型、温度范围和精度要求有所不同，但基本原理通常相似。

● 检查红外测温仪外观、镜头和工作状态，确保镜头清洁且仪器能够正常工作。
● 将仪器放置在相对稳定的校准环境中，使其与环境温度充分适应。
● 设置黑体辐射源的目标温度，并等待温度达到稳定状态。
● 根据红外测温仪要求设置正确的发射率参数。
● 按规定的距离、方向和角度对准黑体有效辐射区域。
● 等待仪器示值稳定后记录测量结果。
● 将测量值与参考温度进行比较并计算示值误差。
● 根据需要在其他温度点重复测量。
● 对各个校准点的结果进行分析，判断仪器是否满足规定的精度要求。

为了提高结果可靠性，同一个温度点通常可以进行多次测量，而不是仅依据一次读数判断仪器性能。

为什么通常需要进行多点校准？

红外测温仪在不同温度区域的误差不一定完全相同。

例如，一台仪器在室温附近可能具有较小误差，但在较高温度区域可能出现更明显的偏差。因此，仅在一个温度点进行检查，通常无法完整反映整个测量范围内的性能。

校准点一般应根据以下因素选择：

● 红外测温仪的额定测量范围；
● 仪器实际经常使用的温度范围；
● 产品标称精度；
● 应用场景对测量准确性的要求。

如果某台红外测温仪主要用于100～300 ℃范围的设备维护，那么在这一实际工作范围内设置多个具有代表性的校准点，通常比只校准低温区域更有实际意义。

发射率为什么会影响校准结果？

发射率是红外测温中非常重要的参数，它反映物体表面实际辐射能力与理想黑体辐射能力之间的关系。

如果被校红外测温仪的发射率设置与校准源的有效发射率条件不匹配，仪器计算出的温度就可能产生偏差。

因此，在校准前必须确认：

● 红外测温仪当前的发射率设置；
● 校准设备要求的发射率设置条件；
● 仪器是否具有可调发射率功能；
● 校准程序规定的具体参数。

对于可调发射率红外测温仪，应按照校准条件设置正确参数，而不能随意使用某个默认值。

测量距离为什么也会影响校准？

红外测温仪具有一定的视场范围，其光学性能通常使用D:S距离系数表示。

D表示测量距离，S表示该距离下对应的测量光斑直径。

随着测量距离增加，红外测温仪所接收的目标区域通常也会增大。如果测量光斑超过黑体有效辐射区域，仪器就可能同时接收到周围区域的红外辐射，从而影响测量结果。

因此，校准时需要保证：

● 测量距离符合仪器或校准程序要求；
● 红外测温仪的测量光斑完全位于黑体有效辐射区域内；
● 测量区域不能过于接近黑体开口边缘。

特别是D:S比例较低的红外测温仪，更需要注意测量距离与黑体开口尺寸之间的关系。

测量角度为什么需要保持正确？

正常使用红外测温仪时，一般建议尽可能垂直对准被测表面，在校准过程中同样如此。

如果仪器以较大的倾斜角度对准黑体辐射源：

● 实际测量区域可能发生变化；
● 光学路径可能发生变化；
● 仪器可能接收到黑体开口边缘或周围环境的辐射；
● 校准重复性可能下降。

因此，专业校准装置通常会使用固定支架，使红外测温仪与黑体辐射面保持稳定的位置和角度。

环境温度对校准有什么影响？

红外测温仪内部通常具有环境温度补偿功能，因为红外传感器本身的工作状态也会受到仪器内部温度影响。

如果将仪器突然从寒冷环境带入温暖实验室立即校准，仪器内部温度可能尚未达到平衡，此时测量结果可能出现暂时性漂移。

因此，进行精确校准时通常需要：

● 保持环境温度相对稳定；
● 避免明显气流直接吹向仪器或黑体；
● 避免阳光或强热源直接照射校准区域；
● 让被校仪器具有充分的环境适应时间。

对于高精度红外测温设备，这些环境因素尤其重要。

激光指示器参与温度校准吗？

大多数手持式红外测温仪上的激光主要用于辅助用户判断瞄准位置，并不是实际温度检测元件。

真正参与温度测量的是仪器内部的红外光学系统和红外传感器。

因此：

● 激光点不代表完整的测量光斑尺寸；
● 激光位置也不一定等于全部红外测量区域；
● 校准温度准确性时，核心是红外光学测量区域与黑体辐射区域之间的关系。

部分校准过程中也可能检查激光指示位置是否符合产品要求，但这属于瞄准系统检查，与红外温度示值校准属于不同项目。

校准和调整有什么区别？

在实际使用中，“校准”和“调整”经常被混用，但两者含义不同。

校准主要是通过标准参考值与仪器示值进行比较，确定仪器当前存在多大的测量误差。

调整则是在发现仪器误差后，通过修改内部参数、修正系数或硬件状态，使测量结果重新接近目标值。

例如，一台红外测温仪经过校准发现：

● 100 ℃参考温度下显示102 ℃。

这首先说明校准结果存在约+2 ℃的示值误差。

如果随后通过内部参数修正，使仪器重新显示接近100 ℃，这一操作属于调整。

因此，一台仪器可以“经过校准但没有进行调整”，校准并不一定意味着仪器内部参数被修改。

什么是红外测温仪校准中的测量不确定度？

任何实际测量都存在一定程度的不确定性，即使使用高精度黑体校准设备，也不能认为参考值绝对没有误差。

红外测温仪校准的不确定度可能来自：

● 参考温度计自身的不确定度；
● 黑体辐射源的温度稳定性；
● 黑体有效辐射区域的温度均匀性；
● 黑体有效发射率；
● 被校仪器的显示分辨率；
● 多次测量之间的重复性；
● 测量距离和角度变化；
● 环境温度变化。

因此，专业校准不仅需要给出仪器的示值误差，还需要综合评价整个校准过程能够达到的测量可靠程度。

哪些情况建议重新检查或校准红外测温仪？

不同应用对校准周期的要求不同，并不存在适用于所有红外测温仪的统一时间间隔。通常可以根据使用频率、工作环境、精度要求以及历史校准结果制定周期。

以下情况尤其建议进行检查或重新校准：

● 仪器长期频繁使用；
● 经常用于高温或恶劣工业环境；
● 仪器发生跌落或较强机械冲击；
● 测量结果与其他可靠测量设备出现明显差异；
● 光学系统维修或更换过关键部件；
● 仪器已经达到企业规定的校准周期；
● 测量结果直接影响产品质量判断或重要设备维护决策。

对于普通现场检查，可适当根据使用情况安排周期；对于对测量结果要求较高的应用，应建立更加明确的校准和记录制度。

FAQ

红外测温仪可以自己用热水进行校准吗？

不建议将这种方法视为正式校准。热水表面存在蒸发、对流、温度分布和发射率等影响，而且水温接触式测量结果与红外测量所针对的表面辐射温度并不是完全相同的测量条件。热水测试可以作为简单功能检查，但不能替代专业黑体校准。

红外测温仪为什么不能直接对着普通金属板校准？

许多裸露金属表面的发射率较低，并且具有较强的环境红外反射能力。即使金属板实际温度准确，红外测温仪得到的结果也可能明显受到反射辐射影响，因此普通金属表面通常不适合作为红外校准参考目标。

一次校准合格是否代表所有温度都准确？

不一定。红外测温仪在不同温度区域可能存在不同程度的误差，因此需要根据使用范围选择多个具有代表性的温度点进行校准。

校准后仪器一定会变得更准确吗？

不一定。校准的主要作用是确定仪器当前的测量误差。如果校准结果超出允许范围，还需要根据产品设计进行调整、维修或重新评估是否适合继续使用。

镜头脏了会影响校准结果吗？

会。灰尘、油污或其他污染物可能降低红外辐射进入光学系统的有效能量，从而影响温度测量。因此，在校准和日常测量前都应检查红外镜头状态，并按照产品说明正确清洁。

总结

红外测温仪校准的核心原理，是在规定的环境、距离、角度和发射率条件下，让仪器测量具有已知辐射温度的参考源，并将仪器示值与参考值进行比较，从而确定测量误差。

专业红外校准通常使用稳定的黑体辐射源，并结合经过校准的参考温度测量系统建立可靠的温度基准。与此同时，发射率、D:S距离系数、测量光斑、测量角度、环境温度和仪器稳定状态都会直接影响最终校准结果。

对于红外测温仪来说，校准不仅是判断“准不准”，更重要的是建立一个可以量化、比较和追踪的测量依据。通过合理选择校准温度点、控制校准条件并定期验证仪器性能，可以提高红外温度测量结果的一致性和可靠性。