技術文章 · 紅外線加熱

紅外線測溫不準怎麼辦?放射率、反射溫度、D:S、玻璃與薄膜量測

測溫槍、熱像儀與高溫計為什麼會差幾十度?從放射率、反射溫度、量測光斑、視角、玻璃與塑膠薄膜,整理紅外線測溫校正與閉迴路控制方法。

作者 Allen Lin · 發布  · 更新  · 約 6 分鐘閱讀

紅外線加熱 — 廷皓技術專欄插圖

紅外線測溫儀不是直接摸到工件溫度,而是量到特定波段、特定視野內的輻射,再用放射率與背景條件反算溫度。畫面上有數字,不代表那個數字就是工件真實溫度。亮面金屬、Low-E 玻璃、透明薄膜與爐內量測,是最容易差到讓控制器追錯方向的四種情境。

測溫校正閉迴路控制查核日期:2026-08-11
安全提醒:不要為了比對溫度,在運轉中的帶電盤、輸送線或高溫爐內臨時伸入探棒。接觸式比對、黑漆或膠帶法都要先確認耐溫、污染、電氣與製程安全。

紅外線儀器量到的是輻射,不是直接量到溫度

輻射溫度計會收集目標在儀器光譜範圍內的能量。到達鏡頭的能量可能同時包含工件自己發出的輻射、周圍熱源在工件表面的反射,以及穿過半透明材料的背景。儀器再依設定的放射率、反射表觀溫度、距離與大氣條件換算成溫度。

NIST 的輻射溫度校正以高放射率黑體作為基準;現場工件不是黑體,所以「儀器校正合格」和「現場量得準」是兩件事。後者還要處理目標本身與環境。

放射率不是材料表上一個永遠固定的數字

放射率介於 0 與 1 之間,但它會隨波長、溫度、表面氧化、粗糙度、塗層、角度與厚度改變。同一塊不鏽鋼,拋光面、氧化面與烤漆面不能共用同一設定;同一種薄膜,厚度改變也可能因透射率不同而需要另一個量測波段。

最危險的習慣是把所有工件都設成 0.95。高放射率的霧面非金屬有時接近這個區間,但亮面金屬會像紅外線鏡子,把爐壁、燈管或操作員的熱反射進鏡頭。此時儀器可能顯示的是背景,不是金屬。

現場怎麼建立可信的放射率

  1. 先選穩定工況:固定材質、表面、角度、距離、線速與加熱功率,等系統進入可重現狀態。
  2. 用合適的接觸基準:把校正狀態已知的熱電偶、RTD 或接觸溫度計正確固定在代表位置;要控制導線散熱與接觸熱阻。
  3. 同一位置同步比對:讓紅外線光斑完整落在基準區,避免剛好量到固定膠、孔洞或周邊冷面。
  4. 調整放射率並記錄條件:讓讀值與基準一致,再把材料批次、表面處理、溫度、波段、角度與背景寫進配方。
  5. 換料後重新確認:顏色、配方、厚度、含水量或表面氧化變了,都不應默認沿用。

黑色高放射率貼片或塗層可以當比對工具,但要確認耐溫、附著、污染與反應時間。不能把一般電工膠帶貼進超出額定溫度的製程,也不能在食品或潔淨製程隨便塗漆。

D:S 不是雷射紅點大小

D:S(distance-to-spot)描述距離與量測光斑的關係。12:1 的儀器在約 12 單位距離時,名義光斑約 1 單位;但不同廠牌對光斑涵蓋能量的定義可能不同,鏡頭還會收到名義光斑外的部分能量。Fluke 的校正說明也提醒,校正目標要比簡單 D:S 算出的光斑更大。

雷射只是瞄準輔助,不是量測光束。量細電熱絲、窄邊、移動薄膜或小端子時,先看原廠 spot-size 圖,讓目標明顯大於光斑;做不到就縮短距離、換光學系統,或用能解析小區域的固定式熱像/線掃描設備。

爐內量測為什麼容易偏高

爐壁與紅外線發射器通常比工件熱,工件若有反射性,儀器會把背景熱輻射一起收進來。解法不是單純把放射率調低,而是依序處理:

  • 選擇適合材料、且盡量避開加熱器主要輸出干擾的感測波段。
  • 評估反射表觀溫度與背景補償。
  • 調整視角,避免鏡面方向正對燈管或高溫爐壁。
  • 必要時改在出爐後、背景較單純的位置量,但要量化搬運期間的降溫。
  • 用接觸式產品溫度剖面做交叉驗證。

玻璃與透明薄膜不能拿一般 8–14 µm 儀器硬量

玻璃與塑膠薄膜屬於非灰體,透射率會隨波長與厚度劇烈變化。Optris 的官方資料舉例,部分薄塑膠要在材料特定吸收帶使用窄波段感測器,例如某些 PE/PP/PS 薄膜會使用 3.43 µm 波段;其他聚酯、聚醯胺等材料可能採不同波段。這是產品應用例,不是所有塑膠的萬用設定。

選錯波段時,儀器可能看到薄膜後方的加熱器、滾輪或背景。玻璃也有相同問題,還要分清楚你要量表面、玻璃體還是透過玻璃看另一個物體。採購感測器前一定要把材質、厚度、溫度範圍與背景交給原廠核對。

閉迴路控制不是把高溫計接進 PID 就結束

  • 量測位置:感測點要能代表品質關鍵區,不要剛好落在邊緣、孔洞、反射器或治具。
  • 取樣與反應:感測器 response time、PLC scan、濾波與輸送速度要合得起來;濾波太重會把真正過熱延遲掉。
  • 加熱器干擾:IR 感測器可能直接收到發射器反射,控制器會誤以為工件瞬間升溫。
  • 失效策略:訊號斷線、超量程或品質旗標異常時,系統要進入安全輸出,而不是維持最後一次全功率。
  • 分區:單點高溫計無法證明整片均勻;大面積工件至少用多點、掃描或熱像方式建立溫度輪廓。

一張可以直接用的測溫紀錄表

每次換料或換批次至少記這些

材料/批次/厚度/顏色/表面處理
儀器型號/序號/光譜範圍/校正日期
放射率/反射表觀溫度/距離/角度/光斑
背景熱源/視窗材質/鏡頭潔淨狀況
接觸基準型式/固定方法/比對位置
線速/加熱功率/環境溫度/量測結果

這份條件沒有留下來,下次讀值差十度時,很難分辨是材料變了、鏡頭髒了,還是控制真的飄掉。

常見問題

為什麼測溫槍量亮面不鏽鋼會亂跳?

亮面低放射率金屬會反射周圍熱源,儀器容易把爐壁、燈管或操作員的輻射當成工件。應改用適合金屬的短波儀器、建立高放射率比對區,並處理反射表觀溫度。

放射率全部設 0.95 可以嗎?

不行。0.95 只可能適合部分高放射率霧面材料;金屬、玻璃與薄膜會隨波長、表面和厚度變化,必須用實際工況比對。

雷射紅點就是量測範圍嗎?

不是。雷射是瞄準輔助,真正光斑要看原廠 D:S 與 spot-size 圖,而且儀器仍可能收到光斑外的部分能量。

隔著玻璃可以量裡面的產品嗎?

要看玻璃與儀器波段。一般熱像儀常會量到玻璃表面或反射,不一定看得到後方;需依玻璃材質、厚度與目標波段選專用方案。

雙色高溫計可以自動解決所有放射率問題嗎?

不能。雙色法仍有灰體假設、兩波段遮蔽一致、目標填滿視野等條件;煙塵、視窗污染或材料光譜差異仍可能造成誤差。

閉迴路溫度一直震盪,先調 PID 嗎?

先確認量測沒有被燈管反射、光斑跑出工件、訊號濾波延遲或感測器超量程。量測本身不可信時,調 PID 只會把錯誤放大。

延伸閱讀

查核來源

以下連結為本篇查核時使用的標準機構、政府或設備原廠資料。標準與法規會改版,設備設計仍應以專案當下版本、完整原文及主管機關要求為準。

常見問題

為什麼測溫槍量亮面不鏽鋼會亂跳?

亮面低放射率金屬會反射周圍熱源,儀器容易把爐壁、燈管或操作員的輻射當成工件。應改用適合金屬的短波儀器、建立高放射率比對區,並處理反射表觀溫度。

放射率全部設 0.95 可以嗎?

不行。0.95 只可能適合部分高放射率霧面材料;金屬、玻璃與薄膜會隨波長、表面和厚度變化,必須用實際工況比對。

雷射紅點就是量測範圍嗎?

不是。雷射是瞄準輔助,真正光斑要看原廠 D:S 與 spot-size 圖,而且儀器仍可能收到光斑外的部分能量。

隔著玻璃可以量裡面的產品嗎?

要看玻璃與儀器波段。一般熱像儀常會量到玻璃表面或反射,不一定看得到後方;需依玻璃材質、厚度與目標波段選專用方案。

雙色高溫計可以自動解決所有放射率問題嗎?

不能。雙色法仍有灰體假設、兩波段遮蔽一致、目標填滿視野等條件;煙塵、視窗污染或材料光譜差異仍可能造成誤差。

閉迴路溫度一直震盪,先調 PID 嗎?

先確認量測沒有被燈管反射、光斑跑出工件、訊號濾波延遲或感測器超量程。量測本身不可信時,調 PID 只會把錯誤放大。

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