第二章 溫度測量ppt課件

1、2.1溫度的基本概念和測量方法 溫度是一個基本物理量。 溫度的宏觀概念是冷熱程度的表示，或者說，互為熱平衡的兩物體，其溫度相等。 溫度的微觀概念是大量分子運動平均強度的表示。分子運動愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。l1.經(jīng)驗溫標l經(jīng)驗溫標的基礎是利用物質(zhì)體膨脹與溫度的關系。認為在兩個易于實現(xiàn)且穩(wěn)定的溫度點之間所選定的測溫物質(zhì)體積的變化與溫度成線性關系。把在兩溫度之間體積的總變化分為若干等分，并把引起體積變化一份的溫度定義為1度。經(jīng)驗溫標與測溫介質(zhì)有關，有多少種測溫介質(zhì)就有多少個溫標。l按照這個原則建立的有攝氏溫標、華氏溫標 。l攝氏溫標：所用標準儀器是水銀玻璃溫度計。攝氏溫標：所用標準儀器是水銀玻璃溫度

2、計。分度方法是規(guī)定在標準大氣壓力下，水的冰點分度方法是規(guī)定在標準大氣壓力下，水的冰點為零度，沸點為為零度，沸點為100度，水銀體積膨脹被分為度，水銀體積膨脹被分為100等份，對應每份的溫度定義為等份，對應每份的溫度定義為1攝氏度，單攝氏度，單位為位為“oC“l(fā)華氏溫標：標準儀器是水銀溫度計，按照華氏華氏溫標：標準儀器是水銀溫度計，按照華氏溫標，水的冰點為溫標，水的冰點為32oF，沸點是，沸點是212oF。分成。分成180份，對應每份的溫度為份，對應每份的溫度為1華氏度，單位為華氏度，單位為“oF”。攝氏溫度和華氏溫度的關系為。攝氏溫度和華氏溫度的關系為熱力學溫標又稱開爾文溫標，或稱絕對溫標，它

3、規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度，水的三相點，即液體、固體、氣體狀態(tài)的水同時存在的溫度，為273.16K，水的凝固點，即相當攝氏溫標0，相當華氏溫標32 的開氏溫標為273.15K。熱力學溫標符號為T它的單位為開爾文符號為K），定義為水三相點的熱力學溫度的1/273.16。273.15tTCK 按照所用方法之不同，溫度測量分為接觸式和非接觸式兩大類。 1. 接觸式測溫 接觸式的特點是測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進行充分的熱交換，最后達到熱平衡，這時感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測對象的溫度值。優(yōu)點：直觀可靠。缺點：是感溫元件影響被測溫度場的分布，接觸不良等都會帶來測量誤差，

4、另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對感溫元件的性能和壽命會產(chǎn)生不利影響。 2、非接觸式測溫 非接觸測溫的特點是感溫元件不與被測對象相接觸，而是通過輻射進行熱交換，故可避免接觸測溫法的缺點，具有較高的測溫上限。此外，非接觸測溫法熱慣性小，可達千分之一秒，故便于測量運動物體的溫度和快速變化的溫度。 對應于兩種測溫方法，測溫儀器亦分為接觸式和非接觸式兩大類。 接觸式儀器又可分為: 膨脹式溫度計(包括液體和固體膨脹式溫度計、壓力式溫度計)、 電阻式溫度計(包括金屬熱電阻溫度計和半導體熱敏電阻溫度計)、 熱電式溫度計(包括熱電偶和P-N結(jié)溫度計)以及其它原理的溫度計。 非接觸式溫度計又可分為輻射溫度計、亮度溫度計

5、和比色溫度計，由于它們都是以光輻射為基礎，故也統(tǒng)稱為輻射溫度計。 按照溫度測量范圍，可分為超低溫、低溫、中高溫和超高溫溫度測量。超低溫一般是指010K，低溫指10800K，中溫指8001900K，高溫指19002800K的溫度，2800K以上被認為是超高溫。l1. 液體膨脹式溫度計l 這是應用最早而且當前使用最廣泛的一種溫度計，典型結(jié)構(gòu)如圖所示。它由液體儲存器、毛細管和標尺組成。 l 液體玻璃溫度計的測溫上限取決于所用液體汽化點的溫度，下限受液體凝點溫度的限制為了防止毛細管中液注出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，并提高測溫液體的沸點溫度，常在毛細管中液體上部充以一定壓力的氣體。液體玻璃溫度計分為全浸式和部分浸入式

6、液體玻璃溫度計分為全浸式和部分浸入式兩種。全浸是指測溫時把液柱部分全部浸兩種。全浸是指測溫時把液柱部分全部浸入被測介質(zhì)中。部分浸入是把溫度計浸入入被測介質(zhì)中。部分浸入是把溫度計浸入標志以下的部分插入被測介質(zhì)中。如圖標志以下的部分插入被測介質(zhì)中。如圖 (b)所示。所示。 全浸式和部分浸入式相比較，全浸式測全浸式和部分浸入式相比較，全浸式測量精度較高，故多用于實驗室和標準溫度量精度較高，故多用于實驗室和標準溫度計，部分浸入式用于一般工業(yè)測溫。計，部分浸入式用于一般工業(yè)測溫。 使用時，如果全浸式溫度計的液柱部分使用時，如果全浸式溫度計的液柱部分不能全部浸入，如圖不能全部浸入，如圖 (a)所示，部分浸

7、所示，部分浸入式溫度計露出部分的環(huán)境溫度與標定入式溫度計露出部分的環(huán)境溫度與標定時不一致，就會產(chǎn)生測量誤差，故必須時不一致，就會產(chǎn)生測量誤差，故必須進行修正。方法是用一個小的輔助溫度進行修正。方法是用一個小的輔助溫度計度計測出露出液柱部分的平均溫度，計度計測出露出液柱部分的平均溫度，如圖如圖92所示，并按下式估算溫度修正所示，并按下式估算溫度修正量量t，即，即21()ttt n2、固體膨脹式溫度計、固體膨脹式溫度計 這種溫度計是利用兩種不同膨脹系數(shù)的材這種溫度計是利用兩種不同膨脹系數(shù)的材料制成，分為桿式和雙金屬式兩大類。料制成，分為桿式和雙金屬式兩大類。 圖圖93所示為桿式溫度計的原理圖。由于

8、所示為桿式溫度計的原理圖。由于芯桿材料的膨脹系數(shù)比與基座相連的外套大，芯桿材料的膨脹系數(shù)比與基座相連的外套大，故當溫度變化時芯桿對基座產(chǎn)生相對位移，故當溫度變化時芯桿對基座產(chǎn)生相對位移，經(jīng)簡單的機械放大后，就可直接指示溫度值。經(jīng)簡單的機械放大后，就可直接指示溫度值。 2.6 熱電偶測溫 一、熱電偶的測溫原理熱電偶接觸電勢產(chǎn)生 將兩種不同材料的導體或半導體A和B組成閉合回路稱之為熱電偶。A、B是熱偶絲，也叫熱電極。放在被測對象中，感受溫度變化的那端稱為工作端或熱端，另一端稱為自由端或冷端。當熱端和冷端溫度不同時回路中有電流流過，此電流稱為熱電流，產(chǎn)生熱電流的電動勢稱為熱電勢，這種物理現(xiàn)象稱為熱電

9、現(xiàn)象。此熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成的 （1接觸電勢: 接觸電勢的大小可用下式表示：式中 e一單位電荷，等于4.80210-10絕對靜電單位； K一波爾茲曼常數(shù)，等于1.3810-28 J / K； NA(t), NBt）金屬A、B在溫度t時的自由電子密度； TA、B金屬接觸處的絕對溫度，K。（2溫差電勢: 溫差電勢是同一金屬體兩端溫度不同而產(chǎn)生的。 式中 NAt）金屬A的電子密度，它是溫度函數(shù)。 為了分析方便，溫差電勢可由下面函數(shù)差來表示：)()(ln)(tNtNeKTteBAABttAAAtdNNeKtte0)(1), (0)()(),(00tetetteAAA (3) 熱電偶回路

10、熱電勢 溫差電勢的產(chǎn)生 回路電勢 熱電偶回路中，如果tt0，NAt）NBt），則在回路內(nèi)便產(chǎn)生兩個接觸電勢eAB(t)和eAB(t0)，兩個溫差電勢eAt，t0和eBt，t0），各電勢的方向如圖所示?；芈返目傠妱軪AB(t,t0)等于回路中各電勢的代數(shù)和。即 上式表明熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度的函數(shù)之差，其大小取決于熱電偶兩個熱電極材料的性質(zhì)和兩端接點溫度，而與熱電極幾何尺寸無關。 如果保持熱電偶冷端溫度to恒定不變，對一定材料的熱電偶其eABt0亦為常數(shù)，設為C，則熱電偶的熱電勢只與熱電偶熱端溫度t有關，若測得EAB(t,t0) 值，便可知溫度t值，這就是熱電偶測溫原理。即 EAB (

11、t, t0 )=eAB ( t ) C ), ()(), () (), (0000t tetet tetet tEAABBABAB )()()() () () (), (0000tetetetetetet tEABABABABAB二、熱電偶的基本定律 1、均質(zhì)導體定律該定律內(nèi)容是：由一種均質(zhì)導體或半導體組成的閉合回路，不論導體或半導體的截面積、長度和各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。該定律已在理論分析中得到證明，并可得出如下結(jié)論：（1熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成。（2由一種材料組成的閉合回路存在溫差時，回路如產(chǎn)生熱電勢，便說明該材料是不均勻的。據(jù)此，可檢查熱電極材料的均勻性。 2、中間

12、導體定律該定律內(nèi)容是：由不同材料組成的閉合回路中，若各種材料接觸點的溫度都相同，則回路中熱電勢的總和等于零。根據(jù)中間導體定律還可以得出如下結(jié)論：（1在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)材料，只要保證所接入材料兩端溫度相同，就不會影響熱電偶的熱電勢。圖26是兩種接入中間導體的熱電偶回路。 根據(jù)中間導體定律，只要保證連接 （2如果兩種導體A和B對另一種參考導體C熱電勢已知，則這兩種導體組成的熱電偶的熱電勢是它們對參考導體熱電勢的代數(shù)和，即 EABt，to）=EACt，to）ECBt, to） 參考導體亦稱標準電極，一般選用鉑制成，若已知各種電極與標準電極配成熱電偶的熱電特性，便可按此結(jié)論計算出任意兩電極A

13、、B配成熱電偶后的熱電特性，這樣大大簡化了熱電偶的選配工作。 3、中間溫度定律 熱電偶A、B在接點溫度為t1、t3時的熱電勢等于熱電偶A、B在接點溫度分別為t1，t2和t2，t3時熱電勢的代數(shù)和，即 EABt1，t3）EABt1，t2）EABt2，t3） 由此定律可得如下結(jié)論： （1已知熱電偶在某一給定冷端溫度下進行的分度，只要引入適當?shù)男拚?，就可在另外的冷端溫度下使用。該定律為制定和使用熱電偶的熱電勢一溫度關系 即分度表奠定了理論基礎。因為熱電偶分度表是在冷端溫度t0 =0時熱電勢與熱端溫度的關系，根據(jù)中間溫度定律便可以算出任何冷端溫度時的熱電勢值。 可得出 EABt，0）EABt，tn）E

14、ABtn，0）四、熱電偶的構(gòu)造1、普通型熱電偶 常用的普通型熱電偶本體是一端焊接的兩根金屬絲熱電極）?？紤]到兩根熱電極之間的電氣絕緣和防止有害介質(zhì)侵蝕熱電極，在工業(yè)上使用的熱電偶一般都有絕緣管和保護套管。在個別情況下，如果被測介質(zhì)對熱電偶不會發(fā)生侵蝕作用，也可不用保護套管，以減小接觸測溫誤差與滯后。 熱電偶的結(jié)構(gòu) 1-熱電偶熱端；2-熱電極；3-絕緣管；4-保護套管；5-接線盒 2、鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶是由金屬套管、絕緣材料和熱電極經(jīng)拉伸加工而成的堅實組合體，其結(jié)構(gòu)如圖所示。套管材料有銅、不銹鋼及鎳基高溫合金等。熱電偶與套管之間填滿了絕緣材料的粉末，目前采用的絕緣材料絕大部分為氧化鎂。套管中

15、的熱電極有單絲的、雙絲的和四絲的，彼此之間互相絕緣 3、薄膜熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。這種薄膜熱電偶的熱端既小又薄，熱容量很小，可以用于微小面積上的溫度測量；動態(tài)響應快，可測量瞬變的表面溫度。我國研制成的鐵一鎳薄膜熱電偶如圖所示， 五、熱電偶冷端溫度處理方法 熱電偶的測溫原理表明：熱電偶的熱電勢是兩個接點溫度的函數(shù)差，只有當冷端溫度不變時，熱電勢才是熱端溫度的單值函數(shù)。但在實際應用中，熱電偶冷端所處環(huán)境溫度總有波動，從而使測量得不到正確結(jié)果，因此必須對熱電偶冷端溫度變化的影響采取補償措施，使熱電偶的熱電勢只反映熱端溫度被測溫度的變化，而不受冷端溫度變化的

16、影響。六、熱電偶的校驗 熱電偶經(jīng)過長期使用后，由于氧化、腐蝕等原因，其材料的性質(zhì)將會逐漸變化，熱特性也會隨之改變，造成測溫誤差。為此，有必要對熱電偶定期進行校驗，以確定其誤差是否超出規(guī)定的允許誤差。如超出允許誤差則應報廢或?qū)⑵錈岫思羧ヒ欢魏笾匦潞附?，再?jīng)校驗合格后才能使用。 熱電偶的校驗有兩種方法。一種是定點法，就是在國際溫標規(guī)定的定點溫度如鋅、銀、金、銻等金屬的相平衡點溫度下進行校驗。這種方法的特點是精確度高，但設備復雜、校驗點數(shù)少，而且校驗操作復雜。該方法只用于對高精確度的鉑銠一鉑熱電偶的校驗。另一種是比較法，它是廣泛采用的方法，可用于實驗室用和工業(yè)用熱電偶的校驗。 比較法校驗是用標準熱電

17、偶與被校熱電偶測同一穩(wěn)定對象的溫度來進行的。一般用管式電爐作為被測對象，通過手動操作或溫度控制器控制調(diào)整電爐的溫度，并穩(wěn)定在預定的溫度值上。標準熱電偶一般采用比被校熱電偶精確度更高的鉑銠10-鉑熱電偶。 2.7熱電阻測溫 工業(yè)上廣泛應用電阻溫度計來測量200 500 之間的溫度。電阻溫度計的特點是準確度高；在中低溫下（ 500以下測溫, 它的輸出信號比熱電偶的要大得多,故靈敏度高；電阻溫度計的輸出是電信號，因此便于信號的遠傳和實現(xiàn)多點切換測量。 電阻溫度計由熱電阻、顯示儀表和連接導線組成，熱電阻由電阻體、絕緣管和保護套管等主要部件組成。 一、測溫原理 根據(jù)材料不同，測溫熱電阻可分為金屬和半導體

18、熱電阻兩種。實驗證明，大多數(shù)金屬導體當溫度升高1時，其阻值要增加0.40.6，半導體的阻值要減小36。正是由于導體和半導體的電阻值會隨溫度而變化，因此測量它們的電阻值變化便可達到測溫的目的。 電阻溫度系數(shù)的定義是：溫度變化l時電阻值的相對變化量，用來表示，單位是-1，根據(jù)定義，用下式表示： 一般材料的溫度系數(shù)并非常數(shù)，在不同的溫度下具有不同的數(shù)值。因此常用R100R0）（R0100代表0100之間的平均溫度系數(shù)，其中R100表示100時的電阻值，R0表示0時的電阻值。電阻溫度系數(shù)越大，熱電阻的靈敏度越高，測量溫度時就越容易得到準確的結(jié)果。 dtdRRdtRdR1 二、標準化熱電阻1、 鉑電阻

19、特點是穩(wěn)定性好、準確度高、性能可靠，在還原性氣氛中，特別是在高溫下很容易被還原性氣體污染，鉑絲將變脆，并改變了電阻與溫度間的關系； 鉑的純度常以R100/R0來表示。對于工業(yè)用鉑電阻，規(guī)定其R100/R0為1.385； 分度號：Pt10和Pt 100； 鉑電阻的溫度特性可用下列二式表示：在一2000之間 Rt=R0 1 + At + Bt2 + Ct3(t-100) 在 0 850之間 Rt=R0 (1 + At + Bt2) 以上兩式中 Rtt時的電阻值； R00時的電阻值； A， B， C常數(shù)，對于工業(yè)用鉑電阻，A 3.9080210-3 -1， B 5.80210-7 -2 , C= 4

20、.2735010-12 -4 2、銅電阻 特點：銅電阻的電阻值與溫度的關系幾乎是線性的，它的電阻溫度系數(shù)也比較大，而且材料容易提純，價格比較便宜，所以在一些測量準確度要求不是很高、而且溫度較低的場合，可使用銅電阻，它的測量范圍是一50 150。銅電阻的缺點是：在250以上容易氧化，因此只能用在低溫及沒有腐蝕性的介質(zhì)中；銅的電阻率比較小，做成一定阻值的熱電阻時體積就不可能很小。純度：我國規(guī)定工業(yè)用銅電阻的R100/R01.428。 分度號：銅電阻的分度號是Cu50和Cul00，表示其R0分別為50及100。 分度關系：銅電阻在其測量范圍內(nèi)的溫度特性可用下式表示： Rt=R0 (1 + At +

21、Bt2 +Ct3) 式中 Rtt時的電阻值； R00時的電阻值 A， B， C常數(shù)，對于工業(yè)用銅電阻，A 4.2889910-3 -1 , B 2. 13310-7 -2 ， C1.23310-9 -3 。 由于銅電阻的特性在 0100 之間基本上是線性的，所以在 0 100之間的溫度特性可以用下式表示： Rt=R0 (1 + t）式中 0 100之間的溫度系數(shù)，等于 4.28 10-3 -1 。3、鎳電阻 鎳電阻的溫度系數(shù)較大，因此其靈敏度比鉑和銅的高。當溫度超過200時，具有特異點，因此規(guī)定鎳電阻的使用溫度范圍為一 60 180 。鎳電阻的電阻比R100/R01.617。由于鎳電阻的制造工

22、藝較復雜，很難獲得相同的鎳絲，因此它的測量準確度比鉑電阻低，制定標準很困難，我國雖已規(guī)定它為標準化熱電阻，但尚未制訂出相應的標準分度表。它的分度號有Ni 100，Ni 300，Ni 500。對Ni 100而言，它的溫度特性為 Rt=100 + At + Bt2 +Ct4 式中：A，B，C為常數(shù)，對于R100/R0 1.618的鎳電阻， A 0.5485-1； B 0.66510-3 -1；C 2.80510-9-4 。三、工業(yè)用熱電阻的結(jié)構(gòu) 工業(yè)用熱電阻的外形和熱電偶基本相同，它由熱電阻體、引出線、絕緣骨架、保護套管、接線盒等部分組成。其中保護套管和接線盒的外形及其功能、要求和熱電偶基本相同，

23、就不另作介紹了。 1、絕緣骨架， 絕緣骨架是用以纏繞、支撐和固定熱電阻絲的支架。它的質(zhì)量影響熱電阻的技術性能。 2熱電阻體 3、引出線 （l兩線制 （2三線制 （3四線制 4、鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是將熱電阻體感溫元件焊到由金屬保護套管、絕緣材料和金屬導線三者經(jīng)拉伸而成的細管導線上形成的，然后在外面再焊一段短管做保護套管，在熱電阻體與保護套管之間填滿絕緣材料，最后焊上封頭，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 5、膜式鉑電阻 為了提高鉑電阻的抗震性和響應速度，研制出了膜式鉑電阻。它分厚膜的與薄膜的兩種。厚膜鉑電阻是在一陶瓷基片上印制出條狀鉑膜形成的。由于鉑膜很薄，又在陶瓷基片表面上，所以測溫響應時間很小，約為0.

24、1s。薄膜鉑電阻則是利用真空鍍膜的方法將鉑鍍在陶瓷基片上形成的，其形狀與厚膜的差不多，只是尺寸更小，響應時間更短。 6、帶熱電阻、熱電偶的一體化溫度變送器 近幾年國內(nèi)外還生產(chǎn)一種所謂帶熱電阻、熱電偶的一體化溫度變送器，它和上述標準熱電阻或熱電偶的不同之處，在于采用一個專用集成電路把熱電阻或熱電偶的輸入信號電阻或電勢轉(zhuǎn)變成420mA的標準輸出信號，其中與熱電偶相配用的集成電路還有冷端溫度補償性能。有的專用集成電路還具有線性化功能，即將標準熱電阻的電阻與溫度之間的非線性關系轉(zhuǎn)變成變送器輸出電流（ 420mA與被測溫度之間的線性關系，或使熱電偶所感受的溫度與變送器輸出電流420mA之間呈線性關系。專

25、用集成電路的體積很小，因而可裝在熱電阻或熱電偶的接線盒內(nèi)。這種集成電路的供電電壓一般為直流24 V，多采用二線制，即供電線也就是輸出信號線。一體化熱電阻熱電偶可省略過去常采用的溫度變送器。還有一種熱電阻熱電偶一體化溫度變送器，其接線盒的體積增大，可裝入一只動圈表頭，直接顯示所測溫度值，也可以裝上用液晶顯示的表頭，用數(shù)字顯示所測溫度值。裝有顯示儀表的一體化溫度變送器可以就地顯示溫度值。這種一體化溫度變送器可應用于具大量溫度測點的集控系統(tǒng)。 2.8非接觸式測溫儀表 非接觸式測溫儀表的任何部分都不與被測對象接觸，它通過測量物體的輻射能或與輻射能有關的信號來實現(xiàn)溫度測量，因此又稱為輻射式測溫儀表。 特

26、點：不存在因接觸傳熱而產(chǎn)生的測溫傳熱誤差；理論上講，測溫上限不受測溫傳感器材料的限制，可高達2000以上；動態(tài)性能好，反應快等。因低溫下物體的輻射能力很弱，因此輻射式儀表多用來測700以上的高溫。但用紅外測量儀表，也可測低達100左右的溫度。一、輻射測溫的基本原理 熱輻射理論是輻射式測溫儀表的理論依據(jù)。在溫度測量中，主要涉及的波長范圍是可見光與0.7620m的紅外光區(qū)。 輻射出射度是指物體單位表面積在單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部波長范圍的輻射能量的總和，并以符號M表示。如物體單位表面積單位時間內(nèi)在波長處的d波段內(nèi)所輻射的能量為dM，則把稱為物體在波長處的光譜輻射出射度又稱單色輻射出射度）。顯然輻射出

27、射度M與光譜輻射出射度M之間存在如下關系：0dMM 1、全輻射體絕對黑體，簡稱黑體的熱輻射 全輻射體的光譜輻射出射度與溫度的關系符合普朗克公式式中 h普朗克常數(shù)，h=6.62610-34 Js； c真空中的光速，c=2.998108 ms； k玻爾茲曼常數(shù)，k=1.38 10-23 JK； c1普朗克第一輻射常數(shù)，c1 =3.741310-16 Wm2 c2普朗克第二輻射常數(shù)，c2 =1.438810-2 mK。 在溫度T3000K和可見光波長波長較小范圍，該公式可以簡化成維恩公式 全輻射體的輻射出射度可由斯忒藩一玻爾茲曼定律確定： 式中 M全輻射體的輻射出射度，Wm2； 斯忒藩一玻爾茲曼常數(shù)

28、，= 可見，輻射出射度M0 是溫度的單值函數(shù)，二者一一對應，這是輻射高溫計的理論依據(jù)。 12502kThcehcM151012TcecMTcecM25100400TdMM2、實際物體的熱輻射 由物體輻射有關的原理，實際物體即非全輻射體、非黑體的光譜輻射出射度與溫度、波長的關系為 MM0 式中 M波長下實際物體的光譜輻射出射度； 實際物體在波長下的光譜發(fā)射率光譜黑度）。把M0公式代入上式，得同樣，可得實際物體的全輻射出射度為 MM0T4 式中 M實際物體的全輻射出射度； 實際物體的全輻射發(fā)射率發(fā)射率）。 實際物體的光譜發(fā)射率和發(fā)射率均小于1，它們的大小與物體的材料、表面情況以及物體的溫度有關，還

29、隨波長而改變。各種物體的和值一般只能通過實測求得。 輻射式測溫儀表可分為兩大類。一類以某一波長下的光譜輻射又稱單色輻射理論為基礎，有光學高溫計、光電高溫計及比色高溫計、紅外測溫儀等；另一類以全輻射理論為基礎，全輻射高溫計及部分輻射高溫計屬于此類。 TcecM251 二、光學高溫計 這是一種以光譜輻射原理為依據(jù)的測溫儀表，已經(jīng)過長期使用，現(xiàn)仍在廣泛應用。 在可見光的波長范圍0.350.75m內(nèi)，高溫物體的熱輻射以光的形式表現(xiàn)出來，輻射的強度與光的亮度之間有一定的關系。在某一波長下的光譜輻射亮度又稱單色亮度與同一波長下的光譜輻射出射度成正比。對全輻射體其關系為對實際物體有 在可見光波長范圍內(nèi)的某一

30、波長下，對一個確定的物體可近似認為已固定不變），其光譜輻射亮度即單色亮度與溫度之間存在單值對應關系。利用這個性質(zhì)即可測溫，但直接測光譜輻射亮度較難實現(xiàn)，光學高溫計采用了下面所述的亮度比較的方法。 0001McML對實際物體有在可見光波長范圍內(nèi)的某一波長下，對一個確定的物體可近似認為已固定不變），其光譜輻射亮度即單色亮度與溫度之間存在單值對應關系。利用這個性質(zhì)即可測溫，但直接測光譜輻射亮度較難實現(xiàn)，光學高溫計采用了下面所述的亮度比較的方法。 ML1TcecML21511 在光學高溫計中裝一只比較亮度用的燈泡，流過燈絲的電流可人為調(diào)整，以改變其亮度。該燈泡的光譜輻射亮度與其燈絲的電氣參數(shù)電流、電壓

31、降或電阻之間有已知的確定關系，因此測出其電氣參數(shù)即知其亮度，進而可知溫度值。工作時，在某一波長下用燈絲的光譜輻射亮度與被測物體的光譜輻射亮度進行比較。通過改變燈絲電流人工調(diào)整燈絲的亮度，使二者亮度相等，最終實現(xiàn)溫度測量。 一種國產(chǎn)WGGZ型光學高溫計，這是一種使用較廣的隱絲式光學高溫計，其結(jié)構(gòu)原理圖所示。 整個光學高溫計由光學系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)兩部分組成。光學系統(tǒng)包括物鏡、目鏡、燈泡、紅色濾光片、灰色吸收玻璃等。物鏡和目鏡均可移動、調(diào)整，移動物鏡可把被測物體的成像落在燈絲所在平面上。移動目鏡是為了使人眼同時清晰地看到被測物體與燈絲的成像，以比較二者的亮度。紅色濾光片的作用是與人眼構(gòu)成“單色器”，以

32、保證在一定波長0.66 m左右下比較二者的光譜輻射亮度?；疑詹Ａе挥性谛钄U展測溫量程時才插入使用。電氣系統(tǒng)包括燈泡、電源、調(diào)整電阻及測量線路。調(diào)整電阻可改變燈絲電流，以調(diào)整燈絲的亮度。測量線路用來測量與燈絲亮度相應的燈絲的電流、電壓降或電阻等電氣參數(shù)，并最終顯示溫度示值。 使用光學高溫計時，人眼看到的圖像如圖2-26所示。在被測對象的背景上有一根燈絲，如看到的是暗的背景上亮的燈絲，則說明燈絲亮度高于被測物體，應調(diào)整燈絲電流使其亮度降低；如背景亮而燈絲發(fā)黑，則燈絲亮度比對象低，應調(diào)整增高燈絲亮度。直到燈絲隱滅而看不清即燈絲頂部與對象分不清），則說明二者亮度相等，即可讀取測量結(jié)果了。 WGGZ

33、型光學高溫計結(jié)構(gòu)原理圖 l一物鏡；2灰色吸收玻璃；3一燈泡；4一目鏡； 5一紅色濾光片；6一顯示儀表 燈絲與物像亮度比（a燈絲亮度低b燈絲亮度偏高c燈絲和物象亮度一致燈絲隱滅） 光學高溫計具有結(jié)構(gòu)簡單、測溫上限高、在輻射式溫度計中精確度與靈敏度均最高等優(yōu)點。不足之處是亮度比較的判斷及調(diào)整均要人工進行，不能連續(xù)自動進行測量，同時帶來人員的主觀誤差。另外，由于人眼只能看到可見光，這限制了被測物體的溫度不能低于700。光學高溫計的幾個有關問題 : (1亮度溫度與示值的修正 根據(jù)光譜輻射的原理，在光譜輻射亮度即單色亮度相等的條件下，發(fā)射率不同的物體其溫度并不相等。為此引出“亮度溫度的概念：如全輻射體的

34、單色亮度與溫度為T的實際物體的單色亮度相等，則全輻射體的溫度稱為該實際物體的亮度溫度，并以Ts表示。根據(jù)亮度溫度的定義，可推導物體實際溫度T與其亮度溫度的關系：由于 L= L0 sTcTcecec22515111經(jīng)整理可得 因為一般物體1，所以 TTs 。 光學高溫計的標尺是直接按溫度刻度的，即可直接讀出溫度值，而且分度是按全輻射體即 =1的條件進行的，因此儀表顯示的溫度值實際上是在對應亮度下全輻射體的溫度，也即亮度溫度Ts 。在測實際物體溫度時，光學高溫計的溫度示值必須修正. （2單色器 光學高溫計必須在某一定的波長下進行單色亮度比較。從理論上講，要求在這一波長附近，波長范圍不能過寬否則不滿

35、足單色條件），從靈敏度考慮，波長范圍又不能過于狹窄。光學高溫計采用紅色濾光片與人眼構(gòu)成了“單色器”，使人眼只能觀察到波長為0.60.7m范圍的紅色可見光如圖陰影部分），其平均波長約為0 .66m。 人眼與紅色濾光片配合的視見光譜范圍 1一人眼相對視見函數(shù)曲線； 2一紅色濾光片光譜透過率曲線22lncTTcTss （3灰色吸收玻璃 光學高溫計采用的是鎢絲燈泡，當溫度高達1400時，鎢絲會發(fā)生升華使燈泡的性能改變。這就限制了光學高溫計的測溫上限。光學高溫計附加了灰色吸收玻璃，單色光透過這種玻璃時其吸收作用會使亮度減弱。在結(jié)構(gòu)上把灰色玻璃置于物鏡與燈絲之間，這樣人眼觀察到的是燈絲的亮度和被灰色玻璃削

36、弱了的被測物體的亮度,在燈絲溫度不超過1400的情況下能測量更高的溫度。 （4影響光學高溫計測量精確度的因素 影響光學高溫計測量精確度的因素比較多，主要有以下幾個： 1發(fā)射率的影響 2中間介質(zhì)的影響 三、光電高溫計 光電高溫計是在光學高溫計基礎上發(fā)展起來的能自動連續(xù)工作的測溫儀表，它依據(jù)的也是光譜輻射亮度的原理。其傳感器是能感受光譜輻射亮度變化的光電檢測器件，它把亮度信號轉(zhuǎn)換成電信號，將電信號放大后測量，最后顯示溫度。 光電高溫計由光學系統(tǒng)與測量、放大顯示兩大部分組成。不同的光電高溫計有不同的測量方式，結(jié)構(gòu)方案也不相同。這里介紹的國產(chǎn)WDL一31型光電高溫計，其原理系統(tǒng)圖如圖所示。 光電高溫計具有以下優(yōu)點。 （l既可在可見光，又可在紅外光波長下工作，有利于用輻射法測低溫； （2分辨率高，光學高溫計最高為0.5，而光電高溫計可達0.010.05； （3精確度高，由于采用性能良好的干涉濾光片或單色器），提高了儀表的單色性，因而不確定度減小。例如