《檢測(cè)儀表溫度2A》PPT課件.ppt

1、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表,第4講溫度檢測(cè),溫度測(cè)量基礎(chǔ) 熱電偶測(cè)溫原理及應(yīng)用 熱電阻測(cè)溫原理及應(yīng) 半導(dǎo)體式測(cè)溫元件 輻射式測(cè)溫儀表 通用式溫度變送器 溫度顯示記錄儀表 小結(jié)與習(xí)題,本章內(nèi)容,熱電式溫度檢測(cè)儀表,利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化這一性質(zhì)做成的溫度計(jì)稱為熱電阻溫度計(jì)。 大多數(shù)金屬在溫度升高1時(shí)電阻將增加0.4%0.6%。 半導(dǎo)體電阻（熱敏電阻）一般隨溫度升高而減小（也有隨溫度總價(jià)而增加的），其靈敏度比金屬的高很多，溫度每升高1，電阻約減小2%6%。,4.3.2.熱阻式測(cè)溫儀表,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,熱電阻溫度計(jì)最大的特點(diǎn)是測(cè)量精度高，在中低溫段，其輸出信號(hào)比熱電偶大得多，性能穩(wěn)定，靈敏度高

2、，可在2721100范圍內(nèi)測(cè)溫。熱電阻溫度計(jì)輸出為電信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳、多點(diǎn)測(cè)量和自動(dòng)控制，不需要冷端溫度補(bǔ)償。缺點(diǎn)是需要電源激勵(lì)，有自熱現(xiàn)象、引線誤差等影響測(cè)量精度。,熱電阻材料特點(diǎn),（1）高溫度系數(shù)、高電阻率-靈敏度高，體積小 （2）較寬測(cè)量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì) （3）良好的輸出特性-線性，復(fù)現(xiàn)性； （4）良好工藝性-便于加工，價(jià)格較低；,熱電阻材料特點(diǎn),熱阻式溫度檢測(cè)儀表,1）金屬熱電阻溫度計(jì),金屬熱電阻的測(cè)溫原理是基于金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化而變化的特性，只要測(cè)出熱電阻阻值的變化，就可以得到被測(cè)溫度。工業(yè)上常用的金屬熱電阻有鉑電阻和銅電阻。,(1) 鉑電阻 鉑是一種貴金屬,它的

3、特點(diǎn)是精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很強(qiáng)。鉑在很寬的溫度范圍內(nèi)（-2001200以下）都能保證上述特性。鉑很容易提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可制成很細(xì)的鉑絲(0.02mm或更細(xì))或極薄的鉑箔。與其他材料相比，鉑有較高的電阻率，因此普遍認(rèn)為是一種較好的熱電阻材料。,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,鉑電阻的缺點(diǎn)是其電阻溫度系數(shù)比較小，價(jià)格貴。在2000范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為：,(4-15),在0850范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為。,(4-16),式中，R0溫度為0時(shí)電阻值； Rt溫度為t時(shí)得電阻值； A分度常數(shù),A=3.90802810-3/； B分度常數(shù),B=-5.775210-7/

4、2； C分度常數(shù),C=-4.183510-12/4。,鉑電阻的分度號(hào)為Pt100和Pt10兩種，是指在0時(shí)鉑電阻的阻值R0為100 和10 。 鉑在高溫下易受還原性介質(zhì)污染，使鉑絲變脆并改變電阻與溫度間的關(guān)系，因此使用時(shí)應(yīng)裝在保護(hù)套管中。,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,(2) 銅電阻 銅易于加工提純，價(jià)格便宜，電阻與溫度關(guān)系呈線性關(guān)系，在-50150測(cè)溫范圍內(nèi)穩(wěn)定性好。因此在一般測(cè)量精度要求不太高、溫度較低的場(chǎng)合，普遍地使用銅電阻。 在-50+100測(cè)溫范圍內(nèi)，銅電阻值與溫度得線性關(guān)系為,(4-17),式中， R0溫度為0時(shí)電阻值； Rt溫度為t時(shí)得電阻值； 銅電阻溫度系數(shù),=4.2510-3/ 。,銅

5、電阻的分度號(hào)為Cu100和Cu50兩種，是指在0時(shí)銅電阻的阻值R0為100和50 。,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,(3) 熱電阻的結(jié)構(gòu) 工業(yè)用熱電阻主要由電阻體、絕緣體、保護(hù)套管和接線盒等組成，如圖2.14所示，通常還具有與外部測(cè)量及控制裝置、機(jī)械裝置相連接的部件。工業(yè)熱電阻具有普通型、鎧裝型和專用型等形式。,圖4-24 工業(yè)用熱電阻結(jié)構(gòu),熱阻式溫度檢測(cè)儀表,1熱電阻絲；2電阻體支架；3引線；4絕緣瓷管；5保護(hù)套管；6連接法蘭；7接線盒；8引線孔。,普通型熱電阻與普通熱電偶的外形結(jié)構(gòu)極為相似，保護(hù)套管和接線盒基本相同，只是熱電阻體和引線方式與熱電偶不同。熱電阻體一般有熱電阻絲和絕緣支架組成，如圖2.1

6、5所示，電阻絲采用無(wú)感雙線繞制在云母、石英或陶瓷支架上，熱電阻體裝在保護(hù)套管內(nèi)，電阻絲通過(guò)引出導(dǎo)線與接線盒內(nèi)的接線柱相接，以便再與外接線路相連測(cè)量溫度。,圖4-25 熱電阻感溫元件的幾種典型結(jié)構(gòu) 1外殼或絕緣片；2鉑絲；3骨架； 4引出線,(a) 玻璃骨架,(b) 陶瓷骨架,(c) 云母骨架,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,鎧裝熱電阻將電阻體預(yù)先拉制成型并與絕緣材料和保護(hù)套管連成一體，直徑小，易彎曲，抗震性能好。 專用熱電阻用于一些特殊的測(cè)溫場(chǎng)合，如端面熱電阻由特殊處理的線材繞制而成，與一般熱電阻相比，能更緊地貼在被測(cè)物體的表面；軸承熱電阻帶有防震結(jié)構(gòu)，能緊密地貼在被測(cè)軸承的表面，用于測(cè)量帶軸承設(shè)備的軸承

7、溫度。 (4) 熱電阻的引線方式 熱電阻溫度計(jì)一般由熱電阻、引線、連接導(dǎo)線、測(cè)量橋路和顯示儀表組成，熱電阻作為測(cè)量橋路的一個(gè)橋臂電阻。引線是熱電阻出廠時(shí)自身具備的，使熱電阻絲能與外部測(cè)量橋路連接，通常位于保護(hù)套管內(nèi)。,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,引線的電阻在環(huán)境溫度變化的情況下會(huì)發(fā)生變化，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大。目前常用的引線方式由兩線制、三線制和四線制3種，如圖4-26所示 兩線制是指在熱電阻體的兩端各連接一根導(dǎo)線的引線方式，如圖4-26 (a) 所示。這種引線方式比較簡(jiǎn)單，但由于兩根引線都接在電橋的一個(gè)橋臂上，引線電阻及其變化值會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)附加誤差，適用于引線較短，測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合。,熱阻式

8、溫度檢測(cè)儀表,圖4-26 熱電阻的幾種引線方式 1熱電阻感溫元件；2、4引線；3接線盒；5顯示儀表；,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,(c),(b),(a),圖4-27 熱電阻的三線制引線原理圖,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,圖4-28 熱電阻的三線制引線圖,如圖4-27及28所示，三線制是指在熱電阻體的一端連接兩根導(dǎo)線，另一端連接一根導(dǎo)線的引線方式。由于熱電阻的兩根連線分別置于相鄰兩橋臂內(nèi)，溫度引起連線電阻的變化對(duì)電橋的影響相互抵消，電源連線電阻的變化，對(duì)供橋電壓影響是極其微小的，可忽略不計(jì)，因此這種引線方式可以較好地消除引線電阻的影響，測(cè)量精度比兩線制高，應(yīng)用比較廣泛。工業(yè)熱電阻通常采用三線制接法，尤其在測(cè)溫范

9、圍窄、導(dǎo)線長(zhǎng)、架設(shè)銅導(dǎo)線途中溫度易發(fā)生變化等情況下，必須采用三線制接法。,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,四線制是指熱電阻體的兩端各連接兩根導(dǎo)線的引線方式，如圖4-30所示。其中兩根引線為熱電阻提供恒流源，在熱電阻上產(chǎn)生的壓降通過(guò)另兩根引線引至電位差計(jì)進(jìn)行測(cè)量。這種接線方式能完全消除引線電阻帶來(lái)的附加誤差，且在連接導(dǎo)線阻值相同時(shí)，也可消除連接導(dǎo)線的影響。這種引線方式主要用于高精度的溫度檢測(cè)。,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,圖4-30 四線制接線法測(cè)量圖,（1） 熱敏電阻的特點(diǎn)：熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的熱敏元件，由某些金屬氧化物與其他畫(huà)畫(huà)無(wú)按不同的比例燒制而成。其特點(diǎn)是電阻率隨溫度變化

10、顯著,一般為金屬電阻的410倍。還具有電阻率大，體積小，熱慣性小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,圖4-31 不同形狀的熱敏電阻,2）半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì),半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度近似呈現(xiàn)指數(shù)變化，且復(fù)現(xiàn)性和互換性較差，其測(cè)溫范圍大約為:40350，已經(jīng)大量用于家電及汽車等的溫度檢測(cè)與控制中。,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,（2）熱敏電阻的分類： 熱敏電阻主要分為三種類型： 正溫度系數(shù)(PTC)、 負(fù)溫度系數(shù)(NTC)和 臨界溫度系數(shù)(CTR) 三種類型。 在溫度測(cè)量中,(NTC)使用的最多。,圖4-32 不同熱敏電阻的溫度特性曲線,式中： 分別為溫度等于T和T0時(shí)熱敏電阻的阻值，B的量綱為溫度

11、，一般為15006000K，取決于熱敏電阻的材料。,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,(4-18),（3）NTC型熱敏電阻的特性：,NTC型熱敏電阻主要由Mn, Co, Ni, Fe, Cu等過(guò)渡族金屬氧化物燒結(jié)而成；改變其成分和配比，就可得到測(cè)溫范圍、阻值及溫度系數(shù)都不同的NTC型熱敏電阻。在一定的范圍內(nèi)，NTC型熱敏電阻的溫度特性符合：,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,(4-19),對(duì)上式求微分并除以RT，得到的是熱敏電阻的溫度系數(shù)：,由式可見(jiàn)：電阻溫度系數(shù)并非常數(shù)，它隨溫度平方的倒數(shù)而變化，這就使得熱敏電阻的靈敏度隨溫度的升高而迅速降低，從而限制了其在高溫下的使用。 測(cè)溫范圍大約為:-40350，已經(jīng)大量用于家電

12、及汽車等溫度檢測(cè)與控制中。,PTC熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大的正溫度特性，且有斜率最大的區(qū)域，當(dāng)溫度超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，其電阻值朝正的方向快速變化。其用途主要是彩電消磁、各種電器設(shè)備的過(guò)熱保護(hù)等。 CTR也具有負(fù)溫度系數(shù)，但在某個(gè)溫度范圍內(nèi)電阻值急劇下降，曲線斜率在此區(qū)段特別陡，靈敏度極高，是金屬電阻的幾十倍。主要用作溫度開(kāi)關(guān)。 各種熱敏電阻的阻值在常溫下就很大（幾K上百K） ，電阻隨溫度的變化率也很大，因此不必考慮導(dǎo)線電阻隨溫度變化對(duì)溫度測(cè)量帶來(lái)的影響，給使用帶來(lái)很大的方便。,(4)其它熱敏電阻的特性-參見(jiàn)圖4-32,熱阻式溫度檢測(cè)儀表,（5）熱敏電阻的非線性的修正,利用包含有熱敏電阻的電阻

13、網(wǎng)絡(luò)（常稱為線性化網(wǎng)絡(luò)）來(lái)代替單個(gè)的熱敏電阻。,在帶有微處理機(jī)（或微計(jì)算機(jī)）的測(cè)量系統(tǒng)中，當(dāng)已知熱敏電阻器的實(shí)際特性和要求的理想特性時(shí)，可采用線性插值法將特性分段，并把各分段點(diǎn)的值存放在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)。計(jì)算機(jī)將根據(jù)熱敏電阻器的實(shí)際輸出值進(jìn)行校正計(jì)算后，給出要求的輸出值。,4.3.3.集成溫度傳感器,集成溫度傳感器是利用晶體管PN結(jié)的電流和電壓特性與溫度的關(guān)系, 把感溫PN結(jié)及有關(guān)電子線路集成在一個(gè)小硅片上, 構(gòu)成一個(gè)小型化、一體化的專用集成電路片。 集成溫度傳感器具有體積小、反應(yīng)快、線性好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn), 由于PN結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制, 它只能用來(lái)測(cè)150以下的溫度。 集成溫度傳感器

14、的信號(hào)輸出方式可分為：電壓輸出型和電流輸出型，電壓輸出型輸出電壓信號(hào)，輸出阻抗低，易于與其他設(shè)備或控制電路結(jié)合；電流輸出型輸出阻抗甚高，可連接長(zhǎng)度為數(shù)百米的導(dǎo)線，不必考慮導(dǎo)線電阻的影響。,1基本工作原理 目前在集成溫度傳感器中, 都采用一對(duì)非常匹配的差分對(duì)管作為溫度敏感元件。 圖4-34是集成溫度傳感器基本原理圖。 其中T1和T2是一對(duì)結(jié)構(gòu)和性能完全匹配的晶體管,I1和I2分別是T1和T2管的集電極電流, 由恒流源提供。,4-34,T1和T2管的兩個(gè)發(fā)射極和基極電壓之差Vbe可用下式表示, 即:,(4-20),式中k-是波爾茲曼常數(shù); q-是電子電荷量; T-是絕對(duì)溫度; -是T1和T2管發(fā)射

15、結(jié)的面積之比。 從式中看出, 如果保證I1/I2恒定, 則Ube與溫度T成單值線性函數(shù)關(guān)系。這就是集成溫度傳感器的基本工作原理, 在此基礎(chǔ)上可設(shè)計(jì)出各種不同電路以及不同輸出類型的集成溫度傳感器。 ,(1)電壓輸出型電壓輸出型集成溫度傳感器原理電路圖如圖 4-30 所示。 當(dāng)電流I1恒定時(shí), 通過(guò)改變R1的阻值, 可實(shí)現(xiàn)I1=I2, 當(dāng)晶體管的1時(shí), 電路的輸出電壓可由下式確定, 即: （ 4 - 21） 若取R1=940, R2=30K, r=37, 則電路輸出的溫度系數(shù)為: ,（ 4 - 22）,（2）電流輸出型如圖 4-32，為電流輸出型集成溫度傳感器的原理電路圖。 T1和T2是結(jié)構(gòu)對(duì)稱的

16、兩個(gè)晶體管, 作為恒流源負(fù)載, T3和T4管是測(cè)溫用的晶體管, 其中T3管的發(fā)射結(jié)面積是T4管的8倍, 即r=8。流過(guò)電路的總電流IT為: （ 4 - 23） 式中當(dāng)R和r一定時(shí), 電路的輸出電流與溫度有良好的線性關(guān)系。 若取R為358, 則電路輸出的溫度系數(shù)為:,（ 4 - 24）,4-35,電流輸出型典型的集成溫度傳感器有美國(guó)AD公司生產(chǎn)的AD590, LM134/SL134 系列集成溫度傳感器,我國(guó)產(chǎn)的SG590也屬于同類型產(chǎn)品。 基本電路與圖4-32一樣, 只是增加了一些啟動(dòng)電路, 防止電源反接以及使左右兩支路對(duì)稱的附加電路, 以進(jìn)一步地提高性能。 AD590的電源電壓430V, 可測(cè)

17、溫度范圍-50+150。 ,電壓輸出型的有：LM35/45 系列溫度傳感器，以及LM135 系列集成溫度傳感器,溫度檢測(cè)儀表,4.4. 輻射測(cè)溫儀表 輻射測(cè)溫是一種非接觸測(cè)溫，主要是利用物體的能量輻射來(lái)測(cè)量物體溫度的方法。,采用輻射測(cè)溫時(shí)，輻射感溫元件不與被測(cè)介質(zhì)相接觸，不會(huì)破壞被測(cè)溫度場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)遙測(cè)；測(cè)量元件不必達(dá)到與被測(cè)對(duì)象相同的溫度，可測(cè)量高溫。因無(wú)接觸，速度快，可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度。 輻射測(cè)溫適用于很寬的測(cè)量范圍，可達(dá)到-503000，但影響測(cè)量精度的因素很多，應(yīng)用技術(shù)較復(fù)雜。,溫度檢測(cè)儀表,4.4.1 輻射測(cè)溫的基本原理 熱輻射就是電磁波能量傳遞的過(guò)程。由于其內(nèi)部帶電粒子的熱運(yùn)動(dòng)，

18、就會(huì)帶來(lái)向外發(fā)射不同波長(zhǎng)的電磁波。 任何物體只要溫度高于絕對(duì)零度，就會(huì)就會(huì)發(fā)生帶電粒子運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，就會(huì)產(chǎn)生輻射現(xiàn)象。溫度越高，則發(fā)射到周圍空間的能量就越多。 輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來(lái)，其波長(zhǎng)的范圍極廣，從短波、x光、紫外光、可見(jiàn)光、紅外光一直到電磁波。 在輻射溫度測(cè)量中主要利用的是可見(jiàn)光和紅外光。因?yàn)榇祟惸芰勘唤邮找院?，多轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽刮矬w的溫度升高，所以一般就稱為熱輻射。,溫度檢測(cè)儀表,圖4-36波長(zhǎng)分布,物體在不同的溫度范圍內(nèi)，熱輻射的電磁波波段也不同。,輻射測(cè)溫的有效區(qū)段,4.4.2 輻射測(cè)溫的基本概念： 絕對(duì)黑體：一種理想的物體，它在任何溫度下都能全部的吸收投射到其表面的任何波長(zhǎng)的輻射

19、能量。 非黑體：它們吸收、發(fā)射能量的能力總是要小于絕對(duì)黑體。,物體在接受外界輻射到其表面的輻射能量時(shí)，都具有吸收、反射或透射現(xiàn)象，可以用吸收率，反射率和透射率來(lái)描述：,4-25,溫度檢測(cè)儀表,4.4.3 熱輻射基本定律 1.基爾霍夫定律 2.斯蒂芬玻耳茲曼定律 3.普朗克定律 4.維恩位移定律 基爾霍夫定律：該定律確定了物體熱輻射的發(fā)射與吸收之間的關(guān)系：一個(gè)物體向周圍輻射能量的同時(shí)，也從周圍吸收其他物體幅射的能量；吸收輻射能量能力強(qiáng)的物體受熱后輻射能量的能力也強(qiáng)。,溫度檢測(cè)儀表,它在任何溫度下，黑體都能全部的吸收投射到其表面的任何波長(zhǎng)的輻射能量，所以其吸收率為1；非黑體的吸收比率小于1.,定義

20、光譜吸收比 表示物體能夠?qū)椛涞剿砻婺芰康奈毡嚷省?4-26,在熱平衡時(shí)，物體向周圍的輻射的功率等于它能夠吸收的功率。,4-27,4-28,基爾霍夫還證明了物體輻射強(qiáng)度（出射度）與吸收比的比值是與波長(zhǎng)和溫度有關(guān)的普適函數(shù).,輻射率：熱輻射物體在溫度T時(shí)所有波長(zhǎng)范圍的輻射量與同溫度下黑體的輻射量之比-該輻射體的黑度（輻射率）; 光譜輻射率：?jiǎn)紊椛渎?在溫度T，輻射波長(zhǎng)為時(shí)的輻射量與同樣溫度、波長(zhǎng)黑體輻射量之比。實(shí)際物體的輻射率都是低于黑體的。 黑度是物體的輻射能力接近黑體的程度。,溫度檢測(cè)儀表,根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，物體的總的輻射出射度 與溫度的四次方成正比。又稱為黑體的全輻射定律：,2.斯蒂

21、芬玻耳茲曼定律：,對(duì)于非黑體的一般物體：,4-29,4-30,溫度檢測(cè)儀表,3.普朗克定律（維恩公式）,絕對(duì)黑體可在全波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射能量，但對(duì)不同的波長(zhǎng)，其能量的分布并非一致，輻射能力不但與溫度有關(guān)，且隨熱輻射的波長(zhǎng)變化。,4-31,波長(zhǎng)，c1-普朗克第一輻射常數(shù)： c2-普朗克第二輻射常數(shù)：,當(dāng)在3000K以下時(shí)，可用維恩公式近似：,溫度檢測(cè)儀表,普朗克公式也可以用亮度的形式表示：,4.維恩位移定律,熱輻射電磁波中包含著各種波長(zhǎng)，從實(shí)驗(yàn)可知，單色輻射峰值處的波長(zhǎng) 與絕對(duì)溫度T成以下關(guān)系:,對(duì)比前兩式，得,4-32,4-33,4-34,用該式可以估計(jì)出物體的溫度輻射所處于的波長(zhǎng)的區(qū)域。,溫度檢

22、測(cè)儀表,光譜發(fā)射峰值隨著溫度 的增加向波長(zhǎng)減小的方 向移動(dòng)。,輻射式溫度檢測(cè)儀表主 要是應(yīng)用上述定理實(shí)現(xiàn) 溫度測(cè)量。,圖4-37輻射波長(zhǎng)分布,物體在900K時(shí)暗紅色，1200K是為亮紅色，1400K是桔紅色，2700K為呈白熾色。顏色的不同時(shí)由于在不同波長(zhǎng)上輻射的相對(duì)量不同。,溫度檢測(cè)儀表,輻射測(cè)溫儀表主要由：光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件、轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理電路以及顯示等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)包括瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、透鏡和濾光片等，把物體的輻射能通過(guò)透鏡聚焦到檢測(cè)元件上，再通過(guò)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理電路將信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大、輻射率修正和標(biāo)度變換等，輸出被測(cè)溫度相應(yīng)的信號(hào)。,圖4-38輻射式測(cè)溫,溫度檢測(cè)儀表,輻射測(cè)溫的常用方

23、法有亮度法、全輻射法、比色法和多色法等。 輻射測(cè)溫儀表有全輻射高溫計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、紅外探測(cè)器、紅外測(cè)溫儀、紅外熱像儀等。 1) 全輻射高溫計(jì) 全輻射溫度計(jì)由輻射聚集系統(tǒng)、感溫器、顯示儀表及輔助裝置構(gòu)成，如圖4-3-4所示。 被測(cè)物體的熱輻射能量，經(jīng)物鏡聚集在熱電堆上(由一組微細(xì)的熱電偶串聯(lián)而成) ，并轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)輸出，其值與被測(cè)物體的表面溫度成正比，用顯示儀表進(jìn)行指示記錄。,溫度檢測(cè)儀表,圖4-39 全輻射溫度計(jì)的工作原理 1被測(cè)物體；2物鏡；3輻射感溫器；4補(bǔ)償光闌； 5熱電堆；6顯示儀表,溫度檢測(cè)儀表,但所有非黑體物體的全發(fā)射率均小于1，則其幅射能量與溫度之間的關(guān)系

24、表示為:,圖中補(bǔ)償光闌由雙金屬片控制，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，光闌相應(yīng)調(diào)節(jié)照射在熱電堆上的熱輻射能量，以補(bǔ)償因溫度變化影響熱電勢(shì)數(shù)值而引起的誤差。 絕對(duì)黑體的熱輻射能量與溫度之間的關(guān)系（斯蒂芬-玻爾茲曼定律）為:,- 黑度系數(shù)，反映了物體對(duì)黑體的接進(jìn)程度。,4-35,4-36,溫度檢測(cè)儀表,一般全輻射溫度計(jì)選擇黑體作為標(biāo)準(zhǔn)體來(lái)分度儀表，此時(shí)所測(cè)的是物體的輻射溫度，即相當(dāng)于黑體達(dá)到此輻射量時(shí)的某一溫度TP。 在輻射感溫器的工作譜段內(nèi)，當(dāng)表面溫度為TP的黑體的積分輻射能量和表面溫度為T 的物體積分輻射能量相等時(shí)，即,則物體的真實(shí)溫度為:,4-37,4-38,溫度檢測(cè)儀表,因此，當(dāng)已知物體的全發(fā)射率和輻射

25、溫度計(jì)指示的輻射溫度TP時(shí)，就可算出被測(cè)物體的真實(shí)表面溫度。 2) 亮度式溫度計(jì) 光學(xué)高溫計(jì)是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的非接觸式溫度計(jì)之一。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)溫范圍廣(7003200)，一般可滿足工業(yè)測(cè)溫的準(zhǔn)確度要求。 光學(xué)高溫計(jì)目前廣泛用于高溫熔體、爐窯的溫度測(cè)量，是冶金、陶瓷等工業(yè)部門十分重要的高溫儀表。,溫度檢測(cè)儀表,圖4-40光學(xué)高溫計(jì),光學(xué)高溫計(jì)是利用受熱物體的單色輻射強(qiáng)度隨溫度升高而增加的原理制成的，由于采用單一波長(zhǎng)進(jìn)行亮度比較，因而也稱單色輻射溫度計(jì)。物體在高溫下會(huì)發(fā)光，也就具有一定的亮度，物體的亮度與其輻射強(qiáng)度成正比，所以受熱物體的亮度大小反映了物體的溫度。通常先得到被測(cè)物體的

26、亮度溫度，然后轉(zhuǎn)化為物體的真實(shí)溫度。,溫度檢測(cè)儀表,絕對(duì)黑體在波長(zhǎng) 的亮度和溫度的關(guān)系為：,實(shí)際物體在波長(zhǎng)為 時(shí)，亮度與溫度的關(guān)系為：,對(duì)于單色輻射高溫計(jì)規(guī)定按照絕對(duì)黑體去刻度，用這種刻度的高溫計(jì)去測(cè)量實(shí)際的溫度，所得的溫度示值為亮度溫度Ts。物體的實(shí)際溫度:,4-39,4-40,4-41,溫度檢測(cè)儀表,早期的光學(xué)高溫計(jì)的缺點(diǎn)是以人眼觀察，并需用手動(dòng)平衡，因此不能實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量和自動(dòng)記錄，且測(cè)量結(jié)果帶有主觀性。, 光學(xué)高溫計(jì),主要由光學(xué)系統(tǒng)和電測(cè)系統(tǒng)兩部分組成。,圖4-41光學(xué)高溫計(jì)原理,后來(lái)發(fā)展成為光電式溫度計(jì)，由于光電探測(cè)器、干涉濾光片及單色器的發(fā)展，使光學(xué)高溫計(jì)在工業(yè)測(cè)量中基本被淘汰，被較

27、靈敏、準(zhǔn)確的光電高溫計(jì)所代替。光電高溫計(jì)是在光學(xué)高溫計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，用光敏元件代替人眼，實(shí)現(xiàn)光電自動(dòng)測(cè)量。, 光電高溫計(jì),圖4-42光電高溫計(jì)原理,溫度檢測(cè)儀表,圖4-43 光電比色計(jì)外觀,這里以比色高溫計(jì)為例，介紹光電高溫計(jì)的工作原理。圖4-43為光電比色高溫計(jì)的外觀圖。,從圖4-44結(jié)構(gòu)原理圖看到：被測(cè)對(duì)象經(jīng)物鏡1成像，經(jīng)光闌3與光導(dǎo)棒4投射到分光鏡6上，使長(zhǎng)波(紅色光)輻射線透過(guò)，而使短波(可見(jiàn)光)部分反射。透過(guò)分光鏡的輻射線再經(jīng)濾光片9將殘余的短波濾去后被光電元件(硅光電池)10接收，轉(zhuǎn)換成電量輸出。,3）比色式高溫計(jì),溫度檢測(cè)儀表,圖4-44光電比色高溫計(jì)的原理結(jié)構(gòu)圖 1物鏡；2平行平面玻璃；3光欄；4光導(dǎo)棒；5瞄準(zhǔn)反射鏡；6分光鏡；7、9濾光片；8、10硅光電池；11圓柱反射鏡；12目鏡；13棱鏡；14、15負(fù)載電阻；16可逆電動(dòng)機(jī)； 17放大器,溫度檢測(cè)儀表,分光鏡反射的短波（藍(lán)色光）輻射線經(jīng)濾波片7將長(zhǎng)波濾去，而被可見(jiàn)光硅光電池8接收，轉(zhuǎn)換成與波長(zhǎng)亮度成函數(shù)關(guān)系的電量輸出。將這兩個(gè)電信號(hào)輸入自動(dòng)平衡顯示紀(jì)錄儀進(jìn)行比較得出光電信號(hào)比，即可讀出被測(cè)對(duì)象的溫度值。,光闌3前的平行平面玻璃2將一部分光線反射到瞄準(zhǔn)反射鏡5上，再經(jīng)圓柱反射鏡11、目鏡12和棱鏡13，就能從觀察系統(tǒng)中看到被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)，以便校準(zhǔn)儀