近年來，隨著新型飛行器飛行馬赫數(shù)的提高、機(jī)動性的增強(qiáng)，飛行器結(jié)構(gòu)所承受的熱、力載荷越來越嚴(yán)酷，對地面靜、熱強(qiáng)度試驗提出了更高的要求，相應(yīng)的，高溫環(huán)境下溫度的測試技術(shù)需要有長足的發(fā)展才能滿足飛行器熱強(qiáng)度考核的要求，而傳統(tǒng)的熱電偶接觸式的測溫方法已不能滿足高溫發(fā)展的需要，函需解決此問題。

紅外測溫也叫輻射測溫，它是利用物體熱輻射來快速、有效測量物體表面溫度，是目前應(yīng)用較為廣泛的非接觸測溫技術(shù)，解決了許多常規(guī)測溫方法不能解決的測溫難題。本文將紅外點溫儀應(yīng)用于熱試驗的測量和控制，解決了傳統(tǒng)接觸式熱電偶溫度測量和控制難題。

1、紅外點溫儀的工作原理

紅外測溫技術(shù)的原理是基于自然界中一切溫度高于絕對零度的物體，每時每刻都輻射出紅外線，同時這種紅外線輻射都載有物體的特征信息，這就為利用紅外技術(shù)判別各種被測目標(biāo)的溫度高低和熱分布場提供了客觀基礎(chǔ)。物體表現(xiàn)熱力學(xué)溫度的變化，使物體發(fā)熱功率發(fā)生相應(yīng)變化，其產(chǎn)生的熱量在發(fā)出紅外輻射的同時，還在周圍形成一定的表面溫度分布場。這種溫度分布場取決于材料的熱物理性，也就是物體內(nèi)部的熱擴(kuò)散和物體表面溫度與外界溫度的熱交換。

紅外點溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由點溫儀的光學(xué)零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路按照儀器內(nèi)部的算法計算和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。除此之外，還應(yīng)考慮目標(biāo)和點溫儀所在的環(huán)境條件，如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對性能指標(biāo)的影響及修正方法。

一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。

紅外點溫儀用來測量物體表面溫度，測溫儀的光學(xué)元件發(fā)射的、反射的以及透過的能量會聚到探測器上，點溫儀的電子元件將此信息轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)并顯示在點溫儀的顯示面板上。紅外點溫儀顯示的溫度常稱為目標(biāo)的亮度溫度，與物體真實溫度有些差別，因為物體發(fā)射率對輻射測溫有一定的影響，自然界中存在的實際物體，幾乎都不是黑體。所有實際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度之外，還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實際物體，必須引入一個與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在0到1之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。

2、熱結(jié)構(gòu)試驗介紹

熱試驗系統(tǒng)如圖1所示。