Hot or Cold 之 红外测温的精度
为什么要做这个评估 ?
首先因为温度丈量在产物测试过程中是一个要害步骤，可以用来计算半导体器件的事情结温、计算电解电容的事情寿命、掌握机壳的外貌温度等等，这些数据对于评估产物的可靠性至关重要。而在丈量温度的时候，接触式热电偶和非接触式红外仪器是最常用的两类设备，以下是目前硬件测试实验室在使用的丈量设备：
虽然泛起两种温度丈量设备并不是偶然，因为各有各的优点。热电偶的优点是丈量结果准确，缺点是热偶线的粘贴以及与待测物到达热平衡的时间长，所以丈量比力费工费时，温度响应速度也比力慢；红外仪器的优点是丈量快速，而且可丈量难以靠近的物体温度，缺点是丈量结果容易受到影响，而且无法直接丈量关闭结构内部的器件温度。所以在实际应用中，通常是先使用红外测温仪快速扫描产物的高温区域漫衍，然后再使用热电偶进行准确的温升测试。
但在丈量精度上很多人都市有这样的疑问 ：“同样在丈量处于开放环境下的物体外貌温度，红外测温仪能否取代热电偶 ? ”如果可行，那么很多场景下的温度测试使用红外丈量能够节省大量时间。
1测温原理
1.1红外测温原理
在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不停地向四周辐射电磁波,其中就包罗了波段位于0.75 ～ 1000μm 的红外线，红外测温仪即通过丈量该辐射量来计算待测物体温度。
斯蒂芬--玻耳兹曼定理 ：
其中：
Pb(T) -- 温度为T 时，单元时间从黑体单元面积上辐射出的总辐射能，称为总辐射度
σ -- 斯蒂芬—玻耳兹曼常量
T -- 物体温度
以上是黑体辐射公式，此处引入一个辐射率参数ε(λ)，界说为：
因为只有黑体ε=1，自然界中的物体0<ε<1 ，称为灰体，将式（2）带入式（1）得到：
凭据基尔霍夫定理：物体外貌的半球单色发射率(ε)即是它的半球单色吸收率(α)，ε=α。在热平衡条件下，物体的辐射功率即是吸收功率。设被测目标的温度为 T1，环境温度为T2 ，该目标单元面积外貌发射的辐射能为，而被它所吸收辐射能为，则该物体发出的净辐射能Q 为:
其中：
A-- 单元面积
ε -- 辐射率
α -- 吸收率
因为ε=α，式（4）简化为 ：
红外测温仪即参照公式（5）进行温度丈量。注意公式中除了参数T1，其他参数都市影响到红外测温仪的丈量结果，主要因素有辐射率ε，透射率τ，北京温度BG以及其他因素影响。
1.2热电偶测温原理
热电偶测温是凭据热电效应，即塞贝克效应原理。以下仅作简单描述 ：
如上图将差异质料的导体A、B接成闭合回路,接触测温点的一端称丈量端,一端称参比端。若丈量端和参比端所处温度t和t0 差异,则在回路的A、B之间就发生一热电势EAB(t，t0 ),这种现象称为塞贝克效应。EAB巨细随导体A、B的质料和两端温度t和t0 而变,这种回路称为原型热电偶。在实际应用中，将A、B的一端焊接在一起作为热电偶的丈量端放到被测温度t处，而将参比端离开，用导线接入显示仪表，并保持参比端接点温度t0稳定。显示仪表所测电压只随被测温度而t变化，从而通过丈量电压计算得到丈量端的温度值。
2温度丈量验证
考虑到热电偶丈量准确度更高，所以使用MCC/USB5201的测试结果作为尺度参考值，比力红外测试设备与其丈量结果的差异，从而评估准确性。
2.1测试环境
温度测试点选择以下比力典型的：CPU散热片（代表金属散热片）、电源IC外貌（代表半导体器件）、硬盘金属外壳（代表外貌光亮的金属）、电解电容铝壳。
测试结果
（1）注意62mini 在丈量小尺寸电源IC上的误差
62mini 因为产物设计的原因，只能丈量收罗范围内的所有物体温度的平均值，所以使用时就必须注意到应用场景。如果待测物体尺寸大于或接近收罗范围，那么丈量结果还是比力准确的，与Ti32结果相近；但如果待测物尺寸远小于收罗范围，误差就比力大。如下图所示 ：
（2）注意红外测温仪对硬盘金属壳的丈量结果
规格标签和金属外壳的温度经过热电偶测试验证温度相同，但使用热像仪测试（如图6），标签温度为43.8℃，金属外壳温度为33.1℃，泛起了接近10℃的差异。
验证分别在金属外貌粘贴黄胶带和使用黑色记号笔涂抹后的丈量值，可见黄胶带外貌丈量温度和标签以及热电偶丈量温度近似为43.8℃。而记号笔涂抹后没有作用。所以如果需要丈量这类比力光滑的金属外貌，因为其辐射率比力低，所以可在其外貌笼罩高辐射率的导热质料，如黄胶带、电工胶带或者涂抹导热硅脂，待其与待测物到达热平衡后，丈量笼罩质料的外貌温度作为测试结果作为近似值。
3注意会影响到测试结果的因素
3.1反射现象 - 当心外貌光亮的金属可能发生错觉
下图为不锈钢外貌的温度丈量。其外貌温度使用热电偶丈量是29℃左右，但注意如果将手指靠近其外貌后，实际丈量会得到一个36.4℃的高温区。虽然这个高温区并不是真实存在的，是不锈钢外貌反射手指的红外成像，就像可见光的镜面反射一样，并不是待测物外貌的热辐射。
透射现象 - 当心看似透明的质料可能并不能透过红外能量
下图中当手和红外测试仪之间被亚克力隔离后，会发现手指的热成像也被阻断了，所以图中28.1℃只是亚克力外貌的温度。实际上只有少数质料可以透过红外线，如：锗、硅、塑料薄膜等，而且当在丈量路径上有这些质料的时候，也必须将质料的透射率参数输入热像仪中，否则丈量结果并不行靠。
3.3另外还有一些情况需要注意，在此不做验证。包罗大量水蒸汽的大气层会吸收和散射红外辐射能，如在高湿度的条件下寓目远景；当待测物直径太小而无法填满像素，例从远处寓目高压线。
4结论
（1）热像仪Ti32在ε=0.95，τ=100% ，BG=20℃ 设置下，丈量目前产物的大部门部件温度，准确水平可以接受，与热电偶差异在2℃左右。但在丈量光滑金属外貌或使用在高湿环境等情况下需要注意评估丈量结果。
（2）62mini 使用时需要特别注意到：只有待测物尺寸大于收罗范围时，其丈量结果才比力准确，与Ti32接近。其他需要注意的情况与Ti32基底细同。
所以红外测温仪如果使用恰当，在针对物体外貌温度的丈量上，准确性是可以接受的，虽然如果对精度要求很高，还是需要使用接触式热电偶的丈量要领。
