MEMS 红外温度传感器应用之-补偿校准/发射率篇

Dorian.liu

                 如何校准环温补偿热敏电阻NTC

为了获得足够高的整体测量精度，需要校准NTC。根据应用场景所需的性能及公差范围，可以设定1~3个环境温度点作为NTC校准温度点，可通过恒温水槽或恒温箱实现。校准步骤如下：

6.1 在选取的校准温度点（一般选取25 ℃）下，将待校准NTC的热电堆传感器TPx用绝缘塑料防水薄膜包好后浸入恒温水槽中（或将传感器与标准热敏电阻Ry (3950B100k)相邻放置于恒温箱内）。

6.2 测量TPx的NTC电阻值RNTC x，与标准R-T表校准温度点对应的标称值RNTC标称计算得到NTC校准系数p，存储到单片机的非易失性存储器中。

p = RNTC标称/ RNTC x = Ry / RNTC x

采用多个NTC校准温度点时，先在每个温度点Ti下计算得对应的NTC校准系数pi，然后取平均值为p，存储到单片机的非易失性存储器中。

6.3补偿后的NTC电阻值RNTC,Corr = p* RNTC实测。

                如何校准热电堆电压

美思先端随热电堆传感器提供给用户的V-T表，是在没有外部结构件，传感器本征视场全视场覆盖黑体辐射面（发射率0.98~1.00）的条件下测量得到的，如下图（需要修改）所示。

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当传感器搭配光学组件进行应用时，一方面光阑套筒缩小了红外光进入到传感器的角度范围，另一方面透镜对红外光的透过率仅有20%~90%；意味着测量同一温度的物体，带光学组件的传感器TP1与不带光学组件的传感器TP0相比，TP1接收到的红外辐射能量小于TP0接收到的，也即热点堆输出电压VTP1<VTP0。

根据黑体辐射的相关公式可以计算得近似关系

VTP1 ≈ VTP0*(FOV1/FOV0)*τ

FOV1/FOV0是视场比例系数，τ透过率比例系数。用户可以通过已经确定下来结构（外壳、光学组件、传感器）的测温应用产品实测几组VTP1与V-T表中的VTP0计算得到视场比例系数和透过率比例系数，也可以通过结构参数进行理论计算得到两个系数。

发射率

高精度黑体发射率ε接近1（或100%）， 在现实生活环境下，大多数材料的发射率<1。

发射率<1的任何物体将透射或反射由周围物体提供的红外辐射。 如果透射率可以忽略不计，则反射率是发射率与1的平衡。

因此，所产生的测量失败不仅取决于待测物体本身的发射率，还取决于传感器温度本身和环境温度。总的来说，物体的发射率越小，环境产生的红外辐射就越多。

根据Stefan-Boltzmann公式：

VTP = S *ε * (Tobj4-δ- Tamb4-δ)

得发射率校正公式：

VTP, Corr = VTP / ε

            发射率表

材料	发射率ε		材料	发射率ε
铝			人体皮肤	0.99
抛光	0.05~0.10		铁
氧化	0.10~0.40		抛光	0.20
粗糙	0.10~0.30		氧化	0.50~0.95
阳极氧化处理	0.60~0.95		生锈	0.50~0.70
沥青	0.90~1.00		涂料
黄铜			铝粉漆	0.50
抛光	0.05		青铜漆bronze	0.80
氧化	0.50~0.60		在金属上涂漆	0.60~0.90
磨光	0.30		在塑料上涂漆	0.80~0.95
陶瓷	0.90~0.95		纸	0.85~1.00
铜Copper			塑料	0.95~1.00
抛光	0.10		不锈钢
氧化	0.20~0.80		抛光	0.10~0.15
食品	0.85~1.00		氧化	0.45~0.95
黄金	0.05		水
玻璃			液体	0.90~0.95
盘子	0.90~0.95		冰	0.95~1.00
熔融石英	0.75		雪	0.80~1.00

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