NB T 10308-2019 电热元件用红外温度场分布测试方法.pdf

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1、ICS 17.200.01 K 04 NB 中 华 人 民 共 和 国 能 源 行 业 标 准 NB/T 10308 2019 电 热元件用红外温度场分布测试方法 Infrared temperature field distribution test method for electric heating element 2019 - 11 - 04发布 2020 - 05 - 01实施 国 家能源局 发布 NB/T 10308 2019 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 测试目的和主要 物理 参数 . 2 5 技术要求 .

2、 2 6 测试前准备程序 . 4 7 测试和拍摄 . 7 8 后处理 . 8 9 测试报告 . 8 附录 A（资料性附录） 视场角的图示 . 9 附录 B（资料性附录） 聚乙烯材质红外窗口红外吸收光谱图 . 10 附录 C（资料性附录） 常用 电热元件外层材质发 射率 . 11 附录 D（ 资料 性附录） 常见非金属材质发射率 . 12 附录 E（资料性附录） 大气透过率修正参数 . 13 附录 F（规范性附录 ） 发热均匀度计算方法 . 14 参考文献 . 16 图 1 贴塑对照法示意图 . 6 图 2 辐射亮度示意图 . 7 图 A.1 视场角示意图 . 9 图 A.2 瞬时视场角示意图

3、. 9 图 B.1 聚乙烯红外吸收光谱图 . 10 图 E.1 大气透过率修正参数 (大气窗口 ) . 13 图 F.1 电热元件划分子区域示例 . 14 表 B.1 聚乙烯红外吸收光谱图 . 9 表 C.1 常见金属材质 8m 14m波段发射率 . 11 表 D.1 常见非金属材质 8m 14m波段发射率 . 12 NB/T 10308 2019 II 前 言 本标准按照 GB/T1.1 2009给出的规则起草。 本标准由 中国电器工业协会 提出。 本标准由全国电器附件标准化技术委员会（ SAC/TC 67）归口。 本标准起草单位： 芜湖市九龙控制器有限公司 、 中国电器科学研究院股份有限公

4、司、 合肥美的电冰 箱有限公司 、 广东美的制冷设备有限公司 、 厦门弗兰家电科技有限公司 、 威凯检测技术有限公司 、 浙江 鸿雁电器有限公司 、 西安旭迈智能家电科技有限公司、西安凯益金电子科技有限公司、浙江欧意智能厨 房股份有限公司、东莞瑞景电器科技有限公司 。 本标准主要起草人： 庄伟玮 、 朱洲阳 、 周扬 、 张天宇 、 彭仕畅 、孔睿迅、 汪凤琴 、 陈锋 、 全永德 、 方志明 、 林金理 。 NB/T 10308 2019 1 电热元件用红外温度场分布测试方法 1 范围 本标准规定了利用红外辐射原理，使用红外热成像仪对电热元件进行红外温度场分布测量时的检测 方法 要求 ， 包

5、括环境要求、人员要求、设备要求、测量方法规范、图像处理等 。 本标准适用于 在一段时间内 对电热元件 或其附近部件 进行 持续 的 非接触式表面温度测量，测量的温 度点 可以是一个，也可以是多个，甚至是一个面。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 9445-2015 无损检测 人员资格鉴定与认证 GB/T 27025-2008 检测和校准实验室能力的通用要求 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 电热元件 electric h

6、eating element 基于焦耳定律原理发热的元件。 3.2 红外热成像仪 infrared imager 基于红外检测原理，通过红外光学系统、红外探测器和电子处理系统等，将物体红外辐射能量转换 成在二维坐标系中分配有测量所得温度的可见图像的设备。 3.3 （红外热成像仪） 工作波段 working band 红外热成像仪 的红外探测器的响应波长范围。 3.4 红外光谱透过率 infrared spectral transmittance 红外线透过物体的辐射通量与入射到该物体表面上的辐射通量之比。 3.5 视场角 field of view； FOV 物体在 红外热成像仪 中完整成像的

7、水平角度和垂直角度。 注： 视场角 通过 水平视场角（ HFOV， Horizontal Field of View），垂直视场角（ VFOV， Vertical Field of View） 和显示视场角 （ DFOV， Display Field of View）进行表示。 各类视场角示意图可参 见 附录 A中图 A.1。 3.6 瞬时视场 instantaneous field of view； IFOV NB/T 10308 2019 2 红外热成像仪 探测器的单个敏感元通过光学系统后所对应的空间光学角。也叫空间分辨率。 注： 瞬时视场角示意图可参 见 附录 A中图 A.2。 3.7

8、测量视场角 measuring field of view； MFOV 红外热成像仪 探测器可精准测得数据的最小的像素范围。 3.8 发射率 Normal emissivity 某一物体在一特定波长和温度下的发射辐射强度与理想黑体在相同波长和温度下所发射的发射强 度之比。 3.9 背景辐射 background radiation 由红外传感装置接收到的，非被检测表面所发射的全部辐射。 注： 背景辐射包含外源反射辐射。 3.10 辐射亮度 radiance 单位投影面积在单位立体角内的离源辐射通量 。 注： 单位为瓦每球面度平方米 W/(srm2)。 4 测试目的和主要 物理 参数 4.1 电

9、热元件用红外温度场分布 测试的目的 相较于接触式的单点温度测量法，红外温度场分布测试能够同时对整个发热源的表面温度进行测 量，使用户能够了解电热元件的表面温度分布。同时由于红外温度场分布测试属于非接触式测量法，不 必接触在工作时会出现高温的电热元件，从而让用户安全迅速获得温度场数据。 本标准通过建立一系列标准化的基础测试方法，克服红外温度场测量不确定度较大的问题，使电热 元件的红外温度场分布测试的数据尽量准确，并以此获得有效的电热元件正常或异常工作情况下的温度 场数据。 4.2 主要 物理 参数 影响测量结果的 主要 物理 参数： a) 发射率，无量纲； b) 波长， 单位为微米（ m）； c

10、) 视场角，单位为弧度（ rad）。 5 技术要求 5.1 环境要求 5.1.1 检测时应注意被检电热元件的温度状态，使人员和设备与之保持安全距离，以免烫伤或造成设 备损坏。 NB/T 10308 2019 3 5.1.2 测试环境应尽量避免背景辐射对测量造成误差。此外，亦应尽量避免包括太阳，照明用灯在内 的光源导致测量产生误差。一般应遮挡阳光和关灯测试，或通过搭建封闭的无光 非光面 黑漆测试角 或无 风网箱 来避免外源辐射干扰。 5.1.3 测量时 红外热成像仪 所处的环境温度和湿度不得超过其设计要求，如确实需要靠近高温环境测 量，应使用冷却装置保护 红外热成像仪 或通过红外窗口进行测试。

11、5.1.4 红外 热成像仪 的工作和储存环境均应避免静电，电弧焊机和强烈的电磁场的影响。 5.1.5 红外热成像仪 的工作和储存环境还应满足其技术手册要求。 5.1.6 应注意测量环境中若存在高浓度的灰尘或烟雾，将使测量结果不准确。 5.2 人员要求 5.2.1 实施检测的人员应按 GB/T 9445-2015或合同各方同意的体系进行资格鉴定与认证，并由雇主或 其代理对其进行职业专业培训和操作授权。 5.2.2 检测人员应遵守被检电热元件现场的安全要求，根据检测地点的要求穿戴防护工作服和佩戴有 关防护 装备 。 5.2.3 除非具有持证电工、专业工程师或其他同等资格，负责红外测温的人员不应执行

12、通常由专业人 员完成的电热元件的安装、调试、替换等任务。 5.2.4 本标准没有完全给出进行测量时的安全要求，使用本标准的各方有义务在测量前建立适当的安 全和健康准则。 5.3 设备要求 5.3.1 红外热成像仪 应有下列功能： a) 应能检测被测电热元件表面的温度并生成红外热成像图或视频； b) 应能采集到所测区域内的红外信息，进行测量并及时显示表面温度分布图像； c) 应能快速准确地记录及存储图像、数据和文本注释。 5.3.2 应根据产品使用说明书或技术手册制定书面规程或作业指导书，对红外热成像仪进行周期性维 护、校准、计量和检查，以保证仪器功能 正常 。 5.3.3 如有需要，实验室应配

13、备黑体辐射 源标定箱在每次测试前对 红外热成像仪 进行校准及标定。 5.3.4 无论 红外热成像仪 是否在工作中，均不得用强化能量源（例如激光辐射）照射 红外热成像仪 镜 头。 5.3.5 红外热成像仪 使用 完成 后应立即关闭被打开的端盖或其他镜头保护装置，避免镜头受到污染或 损坏。一旦镜头受到灰尘或油脂等污染，应根据产品使用说明书，对镜头进行清洁。 5.3.6 本标准中所指 红外热成像仪 均应具有超温温度报警功能。 5.3.7 应至少配备满足被测电热元件工作温度范围的热电偶用于测量电热元件的表面温度，该热电偶 应至少每年进行一次校准或满足计量要求， 并且该热电偶的测量精度应高于依据本标准规

14、定 使用的红外 热成像仪测量精度，即该热电偶测量不确定度应低于依据本标准规定使用的红外热成像仪的测量不确定 度。 NB/T 10308 2019 4 5.3.8 由于不同红外热成像仪的功能和性能差别较大，本标准仅对使用红外热成像仪测量时的通用要 求进行规定。本标准不对测量过程中的异常情况进行解释和排除。 6 测试前准备程序 6.1 总则 由于电热元件工作时一般会出现较高温度，故测试应首要遵循安全原则，应在每次测试前做好充分 准备，确保测试过程中不出现人员伤害和设备受损。其次，准确的测试数据的获取是建立在测试前对被 测电热元件和 红外热成像仪 的性能和功能有充分了解的基础上。最后，应根据被测电热

15、元件和环境的变 化，及时对测试设备和测试参数作出调整。 6.2 了解被测电热元件 对于被测电热元件应在测试前至少获取以下信息： a) 被测电热元件的型号，输入电压和电流，加热介质，安装方式，工作模式； b) 表面材料在红外探测器的响应波段的发射率； c) 预计工作温度。 6.3 红外热成像仪 的功能 6.3.1 红外热成像仪的测温范围应与被测电热元件的工作温度范围相匹配，且具有相匹配的适用条件， 通过查阅相关的技术手册确定。推荐使用 8 m 14 m工作波段的红外热成像仪，并在条件允许的范 围内，选择高热灵 敏度的红外热成像仪。 6.3.2 为确定测试中将用到的 红外热成像仪 是否满足使用要求

16、，测试人员应至少获取以下信息： a) 红外探测器的响应波长； b) 测温范围； c) 测温精度，温度分辨率； d) 镜头焦距或调焦范围； e) 镜头视场角参数； f) 空间分辨率。 6.4 电热元件和测试设备的安装 6.4.1 电热元件的安装方式应便于 红外热成像仪 对被检部位的观测。 6.4.2 根据被测对象的性质选择对应工作波段的 红外热成像仪 。 6.4.3 每次测量前应通过适当的设备将电热元件和红外热成像仪进行固定。 6.4.4 红外热成像仪应安装在电热元件最大辐射表面或待测表面的法线方向上，使观察方向正对电热 元件的待测面。 6.4.5 对 于红外热成像仪不能直接观察到的电热元件部位

17、，通过适当的方法对该部位进行测量，如通 过平面反光镜折射后观测。 6.4.6 对于工作时需要有导热介质协助散热的电热元件，应安装正常工作时器具的容器以盛放适当的 水或其他介质进行散热，避免电热元件超过设计的极限工作温度。 NB/T 10308 2019 5 6.4.7 当测量需要使用红外窗口进行防护时，可参 见 附录 B或其他相关工作手册，对红外热成像仪进 行温度补偿和 红外光谱 透过率补偿。 6.4.8 当电热元件表面发射率较低时，应特别注意调节 红外热成像仪 和电热元件的位置，回避红外反 射较强的角度，避免外源辐射的影响。 6.5 测量距离的调节 6.5.1 根据红外热成像 仪镜头的焦距，

18、视场角（ FOV），瞬时视场（ IFOV）和测量视场角（ MFOV）等参 数，调节红外热成像仪光学镜头与被测元件的相对距离，使 红外热成像仪 在安全距离允许范围内尽量靠 近被测电热元件，以提高 红外热成像仪 对被测电热元件表面细节的分辨能力及测温精度。视场角的调节 计算可参 见 附录 A。 6.5.2 当被测区域较大或结构为细长形时，应通过多次较近距离的局部拍摄分别获得被测元件的温度 场信息。 6.6 温度校正 6.6.1 焦距调整 通过转动 红外热成像仪 的外部镜头环或使用电子调焦功能来调整图像的焦点，使图像达到清晰。 6.6.2 发射率调整 6.6.2.1 材料属性设置法 当测量 只是用于

19、初步判定，对温度测量精度无要求时，可以通过查询电热元件表面材质发射率的方 法，进行发射率快速设置。 不同材质的发射率可参 见 附录 C和附录 D。 该 两 附录中的数值仅为平均值，材料的实际发射率还取决 于以下因素： a) 温度； b) 表面构成（如抛光，氧化，粗糙，喷砂等）； c) 透射率（如薄膜）。 注： 测量角度，材料表面的几何形状，材料的厚度，测量的光谱范围，高温条件下电热元件表面氧化或其他化学反 应等因素在一定条件下也能对发射率产生影响。 一般情况下，非金属具有比金属高的发射率；非氧化金属具有比氧化金属更低的发射率；粗糙表面 具有比相 同材料的抛光表面更高的发射率。 6.6.2.2

20、接触测量对比设置法 在被测电热元件较为平整的部位布置接触式温度计（如热电偶）或接触式传感器。将电热元件调整 到温度发热状态，用温度计或传感器读取发热温度。同时用 红外热成像仪 测量该部位布点附近温度，调 节发射率参数，直到显示温度与温度计或传感器的测量温度一致。保留此发射率参数作为该材质发射率。 测量前应预估电热元件的发热温度，选择合适测量范围的热电偶类型。 6.6.2.3 贴塑对照法 如图 1左图所示， 测量前，将特殊材质塑料贴纸紧密贴合于被测元件的待测发热面上。 NB/T 10308 2019 6 测量时，将发射率设置为贴纸的发射率， 如图 1右 图所示， 获取贴纸的温度后记录下来。随后，

21、查 看与贴纸相邻区域的温度，并调整发射率，使未贴纸区域的测量温度值与记录下的贴纸温度相同，此时 的发射率即为待测电热元件该区域的发射率。 测量时，电热元件应处于温度恒定状态。 此方法适用于表面平整，温度分布均匀的电热元件。 应注意选择合适类型的贴纸以承受电热元件发热时的高温。 图 1 贴塑对照法示意图 6.6.2.4 喷涂法 测量前，在电热元件待测表面均匀喷涂丙烯酸树脂漆或其他不导电的粉末，设置发射率为该涂层发 射 率。 此方法适用于电热元件表面为抛光或有锈蚀层等发射率不一致情况时 的测量。 6.6.3 透射率修正 根据测试环境温度、湿度和粉尘颗粒物浓度情况，调整大气透过率参数。 一般日常室内

22、生活环境可设为 1， 不同波段 大气 透过率修正参数可参 见 附录 E， 其余特殊环境条件可 查阅相关技术手册。 6.6.4 背景辐射温度校正 红外热成像仪 测量不透明物体时检测到的热辐射是物体发出的热辐射和背景辐射的组合。应以某种 方式补偿背景辐射或降低背景辐射，以获得准确的测试数据。 一般情况下，背景辐射补偿可以通过设备自带功能自动处理完成。 如果环境温度与被测电热元件相等或更高（如电热元件在高温炉内），则背景辐射的影响非常大。 通过建立符 合 5.1.2要求的测试环境，可以最大限度地减少背景辐射。 6.7 常见特殊情况处理 6.7.1 当被测电热元件表面材质不均匀，存在大面积疏松的锈蚀层

23、，或表面发射率低于 0.5等情况时， 应尽量采用 6.6.2.4的方法进行处理，以避免外源反射干扰和统一发射率。 NB/T 10308 2019 7 6.7.2 在 6.6.2.2 6.2.2.4的方法中，可以通过重复多次测量取平均值以降低测量不确定度。 6.7.3 材质的发射率随温度变化而变化的幅度较大时，应考虑增加发射率的温度修正系数，以保证测 量精度。 6.7.4 部分 红外热成像仪 提供温度偏移表进行校准。在这种情况下，用户 应 进行手动计算以获取更准 确的温度。 6.7.5 如果被测过程会经历露点或霜点，则电热元件表面的发射率可能会发生变化。 如果表面完全被 露水覆盖，则表面将具有在

24、表面上形成的液态水的发射率。如果表面完全被霜覆盖，则发射率将是霜的 发射率。 7 测试和拍摄 7.1 测试时，应尽量避免移动、调整、接触工作状态下的电热元件。 7.2 电热元件在被测工作状态下工作（如温度上升或稳定发热状态），红外热成像仪根据所需测量的 时机适时启动拍摄，记录红外热像照片或摄录红外视频。拍摄前后可切换功能，拍下被测电热元件部位 的可见光照片。 7.3 对于多面结构的电热元件，从一个方向获取的不同发热面的辐射亮度不同， 应调整拍摄角度至相 应法线方向后再次拍摄或通过下述方式换算后，并记录换算过程和数据。 参照图 2，按照式（ 1）可计算对应角度的辐射亮度。 图 2 辐射亮度示意图

25、 （ 1） 式中： d 投影面积为 dAcos 的源发射到立体角 d内的辐射通量； 面积元 dA 的表面法线与观测方向之间的夹角。 7.4 对于无法在一次拍摄中被测部分全部清晰成像的结构较为复杂的电热元件，可按 6.5.2的方法， 调节电热元件的拍摄角度，重复上述步骤，拍摄 多张照片后对比选取最高温度点。 NB/T 10308 2019 8 7.5 当需要在测试视场中同时体现环境温度时，可在电热元件附近布置与发热元件被测部位相同发射 率的材料片，并采取适当的方式隔绝电热元件对材料片热传递。测得的材料片温度可视为环境温度。 7.6 测试时应充分利用 红外热成像仪 的有关功能达到最佳测试效果，如图

26、像平均，自动跟踪等。 8 后处理 8.1 图像要素 红外成像图应至少包含以下必要的 要素： a) 调色板 -色度； b) 有时序关系的热图应包含时间序列。 8.2 图像分析 通过红外热成像仪后期处理软件，对拍摄到的红外热像图进行处理。 使用软件的自调节功能，或人工设定调色板的内温度 的缩放比例，使被测区域的温度分布既能全部 显示，又能显示出分布差异。 需要计算电热元件发热均匀度时， 按照 附录 F方法进行计算。 9 测试报告 9.1 测试报告的组成 检测报告至少应包含以下信息： a) 红外热成像仪 型号、设备编号、镜头规格、测温范围、工作波段、温度分辨率等； b) 检测软件名称、检测设置文件名

27、称及数据文件名称； c) 被检电热元件的型号规格，表面状态，检测时机，红外发射率等； d) 执行标准 号 （文件）和（或）参考标准 号 ； e) 测量环境的温度，湿度，及其他有必要描述的信息； f) 检测过程和数据分析解释； g) 红外热成像图和对应的可见光照片； h) 检 测结果的评定； i) 测试，编制，审核和批准人员的资格、签字及日期。 注： 记录温度场动态变化的影像 可 作为附件额外保存。 9.2 检测记录、报告和资料存档 应 根据 GB/T 27025-2008建立完善的管理体系。 NB/T 10308 2019 9 A A 附 录 A （资料性附录） 视场角的图示 A.1 视场角示

28、意 图 视场角示意图参 见 图 A.1。 图 A.1 视场角示意图 A.2 瞬时视场角示意图 瞬时视场角示意图 参见 图 A.2。 图 A.2 瞬时 视场角示意图 NB/T 10308 2019 10 附 录 B （资料性附录） 聚乙烯材质 红外窗口红外吸收光谱图 聚乙烯 材质 红外吸收光谱图见图 B.1。 图 B.1 聚乙烯红外吸收光谱图 NB/T 10308 2019 11 附 录 C （资料性 附录） 常用电热元件外层材质发射率 常见金属材质在 8 m 14 m波段发射率见表 C.1。 表 C.1 常见金属材质 8 m 14 m波段发射率 材质 表面状态 发射率 铝 非氧化 0.02 0

29、.1 抛光 0.02 0.1 粗糙 0.1 0.3 氧化 0.2 0.4 黄铜 抛光 0.01 0.05 粗糙 0.3 氧化 0.5 铜 抛光 0.03 粗糙 0.05 0.1 氧化 0.4 0.8 Haynes合金 - 0.3 0.8 铬镍铁合金 电抛光 0.15 喷砂 0.3 0.6 氧化 0.7 0.95 铁 非氧化 0.05 0.2 生锈 0.5 0.7 氧化 0.5 0.9 锻造，钝化 0.9 铸铁 非氧化 0.2 氧化 0.6 0.95 Monel（镍铜）合金 - 0.1 0.14 镍 电抛光 0.05 0.15 氧化 0.2 0.5 钢 抛光 0.1 无锈迹 0.1 0.8 厚钢

30、板 0.4 0.6 冷轧 0.7 0.9 氧化 0.7 0.9 钛 光滑 0.05 0.2 氧化 0.5 0.6 NB/T 10308 2019 12 B B 附 录 D （资料性附录） 常见非金属材质发射率 常见非金属材质在 8 m 14 m波段发射率见表 D.1。 表 D.1 常见非金属材质 8 m 14 m波段发射率 材质 表面状态 发射率 石棉 - 0.95 石墨 - 0.7 0.8 碳化硅 - 0.9 陶瓷 - 0.95 玻璃 非熔融 0.85 砂砾 - 0.95 石膏 - 0.8 0.95 石灰石 - 0.98 油漆面 非碱性 0.9 0.95 纸质 - 0.95 塑料 厚度 50

31、m，且非透明 0.95 橡胶 - 0.95 纺织品 - 0.95 水 - 0.93 天然木材 - 0.9 0.95 NB/T 10308 2019 13 C C 附 录 E （资料性附录） 大气透过率修正参数 大气透过率修正参数见图 E.1。 图 E.1 大气透过率修正参数（大气窗口） NB/T 10308 2019 14 D D 附 录 F （规范性附录） 发热均匀度计算方法 F.1 获取温度数据 利用 红外热成像仪 的软件分析功能，在电热元件被测区域选取若干子区域，如图 F.1所示，获取温 度数据。注意框选区域不应超出被测区域范围。子区域应尽量细分，且均匀分布在主要被测面。 图 F.1 电

32、热元件划分子区域示例 F.2 数值计算 获取某一时刻测试区间中各个子区域的平均温度或某个子区域不同时刻的平均 温度，根据公式 （ F.1）计算发热均匀度方差： （ F.1） 式中： 2 发热均匀度方差； X 各个子区域内平均温度或某个子区域内不同时刻平均温度 ， 单位为 摄氏度 （ ） ； 所有子区域的平均温度或所有测试时刻的平均温度 ，单位为摄氏度（） ； N 子区域数量或测试时刻数量。 NB/T 10308 2019 15 F.3 数值分析 通过 F.2的方法，可以横向比较同类发热面的发热均匀度或不同条件下同一区域的发热均匀情况。 2值越小则表示发热均匀度越高 。 NB/T 10308 2019 16 参 考 文 献 1 GB/T 12604.9-2008 无损检测 术语 红外检测 2 GB/T 28706-2012 无损检测 机械及电气设备红外热成像检测方法 3 ASTM E1256-17 Standard Test Methods for Radiation Thermometers (Single Waveband Type) 4 ASTM E2758-15a Standard Guide for Selection and Use of Wideband, Low Temperature Infrared Thermometers _