過程參數(shù)檢測(cè)及儀表課件第4章非接觸測(cè)溫

1、第四章 非接觸測(cè)溫方法和儀表 感受件不需要與被測(cè)介質(zhì)接觸，稱非接觸測(cè)溫方法 基本原理：黑體的輻射出射度與溫度有單值函數(shù)關(guān)系，通過測(cè)全輻射體的輻射出射度對(duì)應(yīng)出溫度（輻射高溫計(jì)）。 優(yōu)點(diǎn)： 儀表不破壞被測(cè)介質(zhì)的溫度場(chǎng) 感溫件不必和被測(cè)介質(zhì)達(dá)到平衡，儀表滯后小。 理論上儀表測(cè)溫上限不受限制。感受元件不必與被測(cè)介質(zhì)達(dá)到同樣溫度值，因此測(cè)溫部件不被高溫破壞。 輸出信號(hào)大，靈敏度高，準(zhǔn)確度高第四章 非接觸測(cè)溫方法和儀表主要內(nèi)容主要內(nèi)容 v第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫的基本原理輻射測(cè)溫的基本原理v第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)v第三節(jié)第三節(jié) 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)v第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)v第

2、五節(jié)第五節(jié) 紅外溫度計(jì)紅外溫度計(jì)第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理一、黑體的光譜輻射出射度m0和輻射出射度m01光譜輻射出射度m01） 全幅射體的輻射出射度m0（單位：w/m3）與波長和溫度t有關(guān)（普朗克定律） 為波長；c1 ，c2為普朗克第一，第二輻射常數(shù)3.7413*10-16(w.m2) 1.4388*10-2(m.k)2）使用條件：溫度低于3000k，波長較短的可見光范圍內(nèi)，用維恩公式代替普朗克定律，誤差不超過1%151012)e(cmtctcecm2510維恩公式維恩公式第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理規(guī)律：a )t上升， m0增大 。b) t高， m0的峰值對(duì)應(yīng)的波長變短。 m0的峰值處的輻射波長m

3、 與t的關(guān)系遵循維恩偏移定律： mt=2897 m.k3）光譜輻射出射度）光譜輻射出射度m0圖圖一、黑體的光譜輻射出射度一、黑體的光譜輻射出射度m0和輻射出射度和輻射出射度m01 1光譜輻射出射度光譜輻射出射度m0第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理2 黑體輻射出射度m01） m0與m0的關(guān)系m0是波長 從0 之間全部光譜輻射出射度的總和2 ）m0的公式（斯忒潘玻耳茲曼定律:) 物體的總的輻射出射度與溫度的四次方成正比 斯忒藩波爾茲曼常數(shù),5.67032*10-8 w/(m2.k4) dmm00041051012td)e(cmtc一、黑體的光譜輻射出射度一、黑體的光譜輻射出射度m0和輻射出射度和輻射出射度

4、m0第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理二、灰體的光譜輻射出射度m和輻射出射度m1 ）灰體的定義：如果物體的輻射光譜是連續(xù)的，且在所有波長下 常數(shù)，則該物體稱為灰體。2）灰體的發(fā)射率 ： 灰體的輻射出射度和同一溫度下全輻射體的輻射出射度之比，3）灰體的m （普朗克定律） m（斯忒潘玻耳茲曼定律）0mm151) 1(2tcecm4tm 是小于是小于1的常數(shù)。的常數(shù)。第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理由于實(shí)際存在的物體，其特性并不完全像灰體，所以需修正：1）光譜輻射出射度m（普朗克定律）： 2）輻射出射度m（斯忒潘玻耳茲曼定律）注意：光譜發(fā)射率和發(fā)射率，其值在0-1之間,都不是常數(shù), 用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。 與溫度、該物體

5、的特性和表面情況有關(guān)， 則按基爾霍夫定律還與有關(guān)。15112)e(cmtc4tm三、實(shí)際物體的光譜輻射出射度三、實(shí)際物體的光譜輻射出射度m和輻和輻射出射度射出射度m第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理四、單色輻射高溫計(jì)和輻射溫度計(jì) 1）應(yīng)用普朗克定律制作的單色輻射高溫計(jì) 2）應(yīng)用輻射定律制作的輻射高溫計(jì) 3）當(dāng)溫度變化時(shí)，光譜輻射出射度的增長要比輻射出射度的增長要快得多。單色輻射高溫計(jì)的靈敏度高第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì) 光學(xué)高溫計(jì) 光電高溫計(jì) 一、光學(xué)高溫計(jì) 由普朗克定律知道，物體的光譜輻射出射率m與溫度有關(guān)，而物體在高溫下會(huì)發(fā)光，稱亮度，因亮度l與光譜輻射出射率m成正比，故通過測(cè)物體亮度l可求物體的溫度。

6、 l=cm=c m0 c-比例常數(shù)。2 由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需解決的問題：亮度溫度1）問題提出：同樣亮度l，由于物體不同，所以物體對(duì)應(yīng)的溫度是不同。因此某一亮度下儀表應(yīng)對(duì)應(yīng)標(biāo)注何種溫度？2）解決辦法：儀表標(biāo)注的是黑體對(duì)應(yīng)的溫度ts ，即亮度溫度，實(shí)際物體的真實(shí)溫度要進(jìn)行修正。第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)1 1 基本工作原理：基本工作原理：3)亮度溫度ts ：當(dāng)物體在輻射波長為 ，溫度為時(shí)t，其光譜輻射亮度l和黑體在輻射波長為 ，溫度為ts時(shí)的光譜輻射亮度l0相等，則把ts稱為這個(gè)物體在波長下的亮度溫度。4)由亮度溫度ts如何求物體的真實(shí)溫度t 已知物體的輻射發(fā)射率，將維恩公式代入：一

7、、光學(xué)高溫計(jì)一、光學(xué)高溫計(jì)第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)2 2 由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需解決的問題：亮度溫度由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需解決的問題：亮度溫度tceccl251stceccl2510兩者的亮度相等，兩者的亮度相等，故：故：1112lnctts注：注：0 10，在充分受熱后，從管口看進(jìn)去管子的底部就可近似認(rèn)為是全輻射體。三三、使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)（2）由于中間介質(zhì)的影響：光學(xué)高溫計(jì)不要距離被測(cè)物體太遠(yuǎn)，一般應(yīng)在12m之內(nèi)比較合適。 光學(xué)高溫計(jì)和被測(cè)物體之間的灰塵、煙霧、二氧化碳等對(duì)輻射都有吸收作用，造成誤差。（3

8、）光學(xué)高溫計(jì)不宜測(cè)反射光很強(qiáng)的物體，容易造成大 誤差（4） 光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度比熱電偶、熱電阻低，并不能測(cè)物體內(nèi)部溫度。三三、使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)四、光電高溫計(jì)1 光學(xué)高溫計(jì)的問題：測(cè)量時(shí)要手動(dòng)平衡亮度；人判定平衡點(diǎn)，平衡點(diǎn)還可能因人而易；故它不是連續(xù)性測(cè)量儀表，應(yīng)用受限制。2 其工作原理：光電器件代替人眼，作為儀表的感受件感受輻射源的亮度變化，并轉(zhuǎn)換成與亮度成比例的電信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)電子放大器放大后被測(cè)量，其大小對(duì)應(yīng)被測(cè)物體的溫度。光電高溫計(jì)時(shí)自動(dòng)連續(xù)測(cè)溫儀表。第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)四、光電高溫計(jì)

9、wdh-ii光電高溫計(jì)的調(diào)制原理第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)3 缺點(diǎn)：光學(xué)元件互換性很差，更換元件時(shí)，整個(gè)儀表要進(jìn)行重新調(diào)整和分度。4 優(yōu)點(diǎn) （l）無 700的下限。因光電器件可感受可見光，紅外光波長 （2）分辨率高，光學(xué)高溫計(jì)最高為0.5，而光電高溫計(jì)可達(dá)0.010.05； （3）精確度高，由于采用性能良好的單色器 （4）可連續(xù)自動(dòng)測(cè)量，響應(yīng)快。第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)四、光電高溫計(jì)第三節(jié) 輻射溫度計(jì) 根據(jù)全輻射定律制成的溫度計(jì)，即全部波長的輻射能m0, 溫度t 。被測(cè)物體的輻射被測(cè)物體的輻射能經(jīng)物鏡聚焦在能經(jīng)物鏡聚焦在鉑箔上，使鉑箔鉑箔上，使鉑箔溫度升高，由

10、熱溫度升高，由熱電堆測(cè)其溫度輸電堆測(cè)其溫度輸出熱電勢(shì)信號(hào)。出熱電勢(shì)信號(hào)。熱電堆由幾支同熱電堆由幾支同樣的熱電偶同向樣的熱電偶同向串聯(lián)，其目的是串聯(lián)，其目的是增加輸出的熱電增加輸出的熱電勢(shì)，提高靈敏度勢(shì)，提高靈敏度。一、基本工作原理一、基本工作原理二、輻射溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理二、輻射溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理熱熱電電堆堆的的作作用？用？第三節(jié) 輻射溫度計(jì)1）問題：由于物體的的不同，同一輻射出射度m，在不同物體對(duì)應(yīng)不同溫度，所以顯示儀表上標(biāo)注的是儀表是輻射溫度（絕對(duì)黑體對(duì)應(yīng)的溫度）2）輻射溫度：被測(cè)物體真實(shí)溫度為t，其對(duì)應(yīng)的輻射出射度m，絕對(duì)黑體在溫度tp 時(shí)的輻射出射度m 0，m=m0, 溫度tp稱為“輻

11、射溫度” 3)輻射溫度低于被測(cè)物體的實(shí)際溫度。 為被測(cè)物體發(fā)射率44ptt14ptt 三三 輻射溫度輻射溫度第三節(jié) 輻射溫度計(jì)四 輻射溫度計(jì)使用時(shí)的注意事項(xiàng)： （1） 影響。盡量創(chuàng)造全輻射體的輻射條件（2）中間介質(zhì)的影響，測(cè)量距離不可太遠(yuǎn)（3）熱電偶冷端溫度影響。（4）按規(guī)定d/l（被測(cè)物體的直徑，被測(cè)物體與溫度計(jì)之間的距離）的范圍，否則會(huì)引起較大的誤差。 l太大，被測(cè)物體在熱電堆上成像太小，不能全部覆蓋住熱電堆十字平面，使熱電堆接受的輻射能減小，指示偏低。 l太小，物像照到光闌邊緣和接近熱電堆的其它零件上，使冷端溫度升高，造成熱電勢(shì)下降，指示偏低，且中間介質(zhì)影響大，也造成指示偏低。第四節(jié) 比

12、色高溫計(jì)一、比色高溫計(jì)的原理二、雙色比色高溫計(jì)實(shí)例三、三色比色高溫計(jì) 第四節(jié) 比色高溫計(jì)一 原理：根據(jù)維恩偏移定律工作的溫度計(jì)。通過測(cè)物體兩個(gè)不同波長下的光譜輻射出射度的比值推得溫度。1 推導(dǎo)過程（黑體）通過測(cè)波長1，2下的光譜輻射亮度兩式相除后取對(duì)數(shù)，整理后：sstcteccl1215110sstcteccl2225210120012251121lnllln)(ctsstts比色比色溫度溫度第四節(jié) 比色高溫計(jì)2 實(shí)際物體的溫度（1）比色溫度： 實(shí)際物體（溫度t）在兩個(gè)波長 1，和2的相應(yīng)亮度比值等于絕對(duì)黑體（ts）在兩個(gè)波長 1，和2的亮度比，絕對(duì)黑體的溫度ts就稱為實(shí)際物體的比色溫度。（2

13、）實(shí)際物體的溫度公式： 根據(jù)定義，用維恩公式，可導(dǎo)出： 1 2為實(shí)際物體的在波長 1，和2時(shí)的光譜發(fā)射率)(clntts212211111第四節(jié) 比色高溫計(jì)二 比色高溫計(jì)的特點(diǎn)：1）對(duì)于絕對(duì)黑體t=ts，因?yàn)?1= 2=1 ；灰體同樣t=ts，由于 1= 2 1 ； 一般物體tts由于 1 2 對(duì)于金屬物體，一般是短波1的 1，大于長波2的 2 ， 1 2則 0， tts比色溫度高于物體實(shí)際溫度。對(duì)于其它物體，視 1 和 2 的大小而定。21ln2 ）比色高溫計(jì)和單色輻射高溫計(jì)、輻射溫度計(jì)相比較，測(cè)量準(zhǔn)確度更高。因?yàn)閷?shí)際物體一般 1和 2的比值變化相對(duì)要比 和 的單位變化小得多，3）比色高溫計(jì)可在周圍環(huán)境較惡劣下測(cè)溫 中間介質(zhì)加水蒸汽，二氧化碳、灰塵等對(duì)波長1 和2 的單