导读

红外测温仪能够在不接触被测物体的情况下测量表面温度，其中一个核心部件就是用于接收红外辐射的红外探测器（Infrared Detector），通常也被称为红外传感器。

所有温度高于绝对零度的物体都会向外辐射电磁能量。红外测温仪通过光学系统将目标物体发出的部分红外辐射汇聚到探测器上，再将辐射能量转换为电信号，经过信号处理、环境温度补偿、发射率修正和温度算法计算后得到测量结果。

不同红外测温设备采用的探测器并不完全相同。对于常见手持式红外测温仪，热电堆探测器应用非常广泛；而在高速测温、特殊波段测量或专业工业系统中，还可能采用其他类型的红外探测器。

本文重点

● 红外测温仪实际上检测的是目标表面发出的红外辐射能量，而不是直接检测温度。
● 红外探测器负责将接收到的红外辐射转换成可测量的电信号。
● 热电堆（Thermopile）是普通手持式红外测温仪中非常常见的探测器类型。
● 热释电探测器和光子型红外探测器也可以检测红外辐射，但工作方式和典型应用与热电堆不同。
● 探测器类型会影响仪器的工作波段、响应速度、灵敏度、成本以及适用温度范围。
● 红外测温仪的整体性能并不只由传感器决定，还与光学系统、信号处理、发射率设置、环境补偿和校准算法有关。

红外测温仪中的传感器是什么？

在红外测温系统中，所谓“传感器”通常指负责检测红外辐射的探测元件。

目标物体产生的红外辐射首先经过红外测温仪的镜头或其他光学结构，被限制在一定视场范围内并汇聚至探测器。探测器将接收到的辐射能量转换成电压、电流或电荷等电信号，再由后端电路进行放大和处理。

因此，一台典型红外测温仪的测量过程可以简单理解为：

● 目标物体产生红外辐射；
● 光学系统收集目标区域内的红外能量；
● 红外探测器将辐射转换为电信号；
● 电路对微弱信号进行放大和转换；
● 系统结合环境温度、发射率等参数进行补偿；
● 最终计算并显示目标物体的表面温度。

从这个过程可以看出，红外探测器是红外测温仪的重要组成部分，但它并不能独立决定整台仪器的测温性能。

热电堆传感器（Thermopile）

热电堆是手持式红外测温仪中最常见的红外探测技术之一。

它属于热型红外探测器。其工作原理并不是直接检测某一个特定波长的光子，而是吸收红外辐射后产生温度变化，再利用热电效应将这种温度差转换为电压信号。

热电堆通常由多个热电偶串联构成。当红外辐射照射到吸收区域后，感温端与参考端之间形成温差，从而产生与接收到的辐射能量相关的电压。

热电堆的主要特点包括：

● 可以在室温条件下工作，通常不需要复杂的制冷系统；
● 对较宽范围的红外辐射具有响应能力；
● 功耗较低，适合电池供电的便携式仪器；
● 结构成熟，可靠性较高；
● 易于与红外镜头、滤光片和环境温度补偿元件组成完整测温系统；
● 成本和性能之间具有较好的平衡。

这些特点使热电堆非常适合普通工业维护、电气检查、HVAC 检测、机械设备检查以及日常非接触温度测量。

需要注意的是，热电堆输出的原始信号通常十分微弱，因此仪器内部还需要低噪声放大电路、高精度模数转换以及温度补偿算法。

为什么手持式红外测温仪经常采用热电堆？

手持式红外测温仪通常要求设备体积小、功耗低、成本可控，同时能够在较宽的环境温度范围内稳定工作。

热电堆正好具有这些优势。

例如，很多通用红外测温仪主要用于测量常温至数百摄氏度范围内的物体表面温度。对于这类应用而言，并不一定需要极高速度或非常窄的光谱响应，而更强调稳定性、可靠性和便携性。

此外，常见红外测温应用可以利用适合目标温度范围的红外波段进行检测。通过配合相应的光学材料和滤光结构，热电堆能够构成稳定且成熟的非接触测温方案。

因此，在普通手持式红外测温仪中，热电堆是一种非常具有代表性的探测器。

热释电红外传感器（Pyroelectric Detector）

热释电探测器同样属于热型红外探测器，但它与热电堆的工作机制并不相同。

某些热释电材料在温度发生变化时，其表面电荷状态会发生改变，从而产生可检测的电信号。因此，这类探测器更适合检测变化的红外辐射。

为了检测持续存在的红外辐射，热释电系统通常需要通过机械光学调制、电子调制或目标变化，使进入探测器的红外辐射产生周期性变化。

其特点通常包括：

● 对红外辐射变化较为敏感；
● 可以用于较宽光谱范围的红外检测；
● 通常需要对入射红外辐射进行调制；
● 常用于人体感应、气体分析、光谱检测及部分专业红外检测系统。

因此，虽然热释电探测器属于重要的红外传感技术，但在普通手持式点测温红外测温仪中，它通常不像热电堆那样普遍。

光子型红外探测器（Photon Detector）

除了热电堆和热释电等热型探测器，还有一类重要的红外传感器称为光子型探测器，也称量子型红外探测器。

这类探测器直接利用红外光子与半导体材料相互作用所产生的电学变化进行检测。

不同半导体材料对应不同的红外响应波段，例如一些专业红外系统可能采用 InGaAs、InSb、HgCdTe 等材料。

与热型探测器相比，光子型探测器通常具有：

● 更快的响应速度；
● 较高的探测灵敏度；
● 可以针对特定红外波段进行优化；
● 适合高速变化目标或特殊光谱测量；
● 系统结构和信号处理要求通常更高。

部分类型为了降低噪声、提高检测性能，还需要进行制冷，因此设备结构、成本和维护要求可能明显高于普通热电堆系统。

这类探测器更多应用于高速工业测温、科研设备、光谱仪器、热成像以及其他专业红外检测系统，而不是普通便携式红外测温仪的主流方案。

热型探测器与光子型探测器有什么区别？

从基本工作机制上，可以将红外探测器大致分为热型和光子型两类。

热型探测器首先吸收红外辐射，使探测元件自身产生一定的温度变化，然后再把这种变化转换成电信号。热电堆和热释电探测器都属于这一类别。

光子型探测器则利用红外光子直接改变半导体材料内部载流子的状态，从而产生可检测的电信号。

两者不存在简单的“哪一种更先进”或“哪一种更准确”的结论，而是适合不同应用。

对于便携式、低功耗和通用工业测温，热电堆往往更加合适；对于高速测量、特殊波段或高灵敏度检测，则可能需要使用光子型探测器。

传感器的工作波段为什么重要？

不同温度的物体，其红外辐射能量分布并不完全相同。因此，红外测温系统需要根据目标温度、材料特性和应用环境选择合适的工作波段。

常见通用红外测温仪经常工作在长波红外区域，因为常温及中低温物体在这一波段具有较明显的热辐射。

对于高温金属、玻璃、塑料薄膜或其他特殊材料，则可能需要选择不同的检测波段和相应探测器。

因此，探测器不能脱离光学系统单独讨论。真正决定仪器接收哪些红外辐射的是：

● 红外探测器的响应波段；
● 镜头材料的红外透过范围；
● 滤光片的光谱特性；
● 被测目标的辐射特性；
● 仪器的测温范围和设计用途。

这些因素需要作为一个完整系统进行匹配。

传感器类型会影响红外测温仪哪些性能？

红外探测器是影响红外测温仪性能的重要因素之一。

响应速度：不同探测器把红外辐射转换为电信号的速度不同。需要监测高速运动目标或快速温度变化时，对响应速度的要求通常更高。

灵敏度：探测器需要识别非常微弱的红外辐射变化。较高的探测能力有助于系统分辨更小的辐射变化，但最终温度分辨能力还受到电子电路和算法影响。

工作波段：不同探测器材料对不同红外波长具有不同响应特性，因此会直接影响仪器可以采用的测量波段。

环境适应性：温度变化本身也会影响红外探测系统，因此测温仪通常需要配置环境温度检测和补偿机制。

功耗与结构：无需制冷的热电堆非常适合便携设备，而需要制冷的高性能探测器则可能需要更复杂的电源和热管理系统。

红外测温仪的传感器是否决定测量精度？

传感器非常重要，但不能简单认为“传感器越高级，测温精度就一定越高”。

红外测温仪是一个完整的光、电、热和算法测量系统。最终测量结果通常同时受到以下因素影响：

● 红外探测器的性能；
● 光学系统的设计；
● D:S 距离系数及测量视场；
● 信号放大与模数转换精度；
● 环境温度补偿；
● 发射率设置；
● 仪器校准；
● 被测物体的表面状态；
● 测量距离和目标尺寸；
● 环境中的蒸汽、灰尘、强热源及其他干扰。

例如，即使使用性能优秀的红外探测器，如果目标尺寸小于测量光斑，或者被测表面的发射率设置明显错误，最终温度结果仍然可能产生较大偏差。

因此，评价一台红外测温仪时，应关注整机测量性能，而不能只比较传感器类型。

红外传感器与环境温度传感器有什么区别？

红外测温仪内部往往不只有一个与温度有关的传感元件。

红外探测器用于接收来自目标物体的红外辐射，是非接触测温的核心。

与此同时，仪器通常还需要检测自身或探测器附近的环境温度，用于进行冷端补偿或环境温度补偿。

这是因为红外探测器本身也处于一定温度环境中，其输出并不仅仅受到目标红外辐射影响。只有同时掌握探测器参考温度，并通过内部算法进行修正，才能更加准确地计算目标温度。

因此，红外探测器与内部环境温度传感器承担的是不同任务，两者共同参与最终温度计算。

不同应用如何选择红外探测技术？

对于普通工业维护、电气设备检查、HVAC 检测以及日常表面温度检测，采用热电堆的手持式红外测温仪通常已经能够满足实际需求。

如果应用涉及非常快速的温度变化、高速生产线、小尺寸高温目标、特殊材料或特定红外波段，则需要根据目标温度、响应速度、光谱特性和测量距离等条件选择更加专业的探测方案。

选择红外测温设备时，与其只关注内部采用哪一种传感器，更重要的是确认整机参数是否与实际应用相匹配，包括：

● 测温范围是否合适；
● 测量精度是否满足需求；
● D:S 距离系数是否满足测量距离；
● 发射率是否可调；
● 响应时间是否满足目标变化速度；
● 光谱响应是否适合被测材料；
● 使用环境是否在仪器规定范围内。

FAQ

红外测温仪最常用的传感器是什么？
普通手持式红外测温仪中，热电堆是非常常见的红外探测器类型。它具有无需制冷、功耗低、结构成熟和适合宽波段检测等特点。

红外测温仪的传感器直接测量温度吗？
不是。红外探测器首先检测目标物体产生的红外辐射并转换成电信号，然后由仪器结合环境温度、发射率和校准数据计算目标表面温度。

热电堆和热电偶一样吗？
两者都利用热电效应，但用途不同。普通热电偶通常通过与被测物体接触测量温度；热电堆红外探测器则通过吸收红外辐射形成温差，并将多个热电偶产生的电压进行组合，从而检测红外辐射。

热释电传感器可以用于红外测温吗？
热释电探测器能够检测红外辐射，但更适合检测变化或经过调制的红外信号，因此在普通手持式点测温仪中的应用通常不如热电堆普遍。

光子型探测器一定比热电堆测温更准确吗？
不一定。光子型探测器通常具有更快的响应速度和较高的灵敏度，但红外测温精度取决于整个测量系统，包括光学结构、信号处理、温度补偿、发射率设置和校准等。

更换不同传感器能扩大红外测温仪的测温范围吗？
探测器类型和响应波段确实会影响测温范围，但实际测温范围还与镜头、滤光片、电子电路、信号增益以及校准算法有关，因此不能只通过更换单一传感器决定。

红外传感器能测量物体内部温度吗？
一般不能。普通红外测温仪主要测量目标物体的表面温度。它检测的是从物体表面到达仪器的红外辐射，而不是直接检测物体内部温度。

总结

红外传感器是红外测温仪实现非接触温度测量的核心器件，其主要作用是将目标物体发出的红外辐射转换为能够被电子系统处理的信号。

在常见手持式红外测温仪中，热电堆探测器凭借无需制冷、低功耗、可靠性高和适合便携设备等特点得到广泛应用。热释电探测器则更适合检测变化的红外辐射，而光子型探测器凭借较快响应速度和特定波段性能，更多应用于高速测量和专业红外系统。

需要注意的是，红外测温仪并不是依靠单一传感器完成温度测量。探测器、光学系统、工作波段、信号处理、环境温度补偿、发射率设置以及校准算法共同决定最终测量性能。因此，在选择红外测温仪时，应根据实际测量对象和应用条件综合评估整机参数，而不是仅根据传感器类型判断产品性能。