第四章 溫度測(cè)量熱電阻非接觸

1、3.3 3.3 熱電阻測(cè)溫?zé)犭娮铚y(cè)溫 根據(jù)材料不同，測(cè)溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸透鶕?jù)材料不同，測(cè)溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸桶雽?dǎo)體熱電阻兩種。半導(dǎo)體熱電阻兩種。 實(shí)驗(yàn)證明，大多數(shù)金屬導(dǎo)體當(dāng)溫度升高實(shí)驗(yàn)證明，大多數(shù)金屬導(dǎo)體當(dāng)溫度升高11時(shí)，其阻值要增加時(shí)，其阻值要增加0.40.40.60.6，半導(dǎo)體的半導(dǎo)體的阻值要減小阻值要減小3 36 6。正是由于導(dǎo)體和半導(dǎo)體。正是由于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻值會(huì)隨溫度而變化，因此測(cè)量它們的電的電阻值會(huì)隨溫度而變化，因此測(cè)量它們的電阻值變化便可達(dá)到測(cè)溫的目的。阻值變化便可達(dá)到測(cè)溫的目的。三、半導(dǎo)體熱敏電阻三、半導(dǎo)體熱敏電阻 測(cè)溫范圍：測(cè)溫范圍：-100-100300300 材料：

2、金屬氧化物以一定比例混合材料：金屬氧化物以一定比例混合 分類：分類：NTCNTC、PTCPTC、CTRCTR 結(jié)構(gòu)：珠形、圓片形和棒型結(jié)構(gòu)：珠形、圓片形和棒型 NTCNTC的電阻溫度特性的電阻溫度特性 : R: RT T=Ae=AeB/TB/T 優(yōu)點(diǎn)（與金屬測(cè)溫電阻相比）優(yōu)點(diǎn)（與金屬測(cè)溫電阻相比） 四、四、工業(yè)用熱電阻的結(jié)構(gòu)工業(yè)用熱電阻的結(jié)構(gòu) 由熱電阻體、引出線、絕緣骨由熱電阻體、引出線、絕緣骨架、保護(hù)套管、接線盒等部分組成架、保護(hù)套管、接線盒等部分組成。其中保護(hù)套管和接線盒的外形及。其中保護(hù)套管和接線盒的外形及其功能、要求和熱電偶基本相同。其功能、要求和熱電偶基本相同。 1 1、絕緣骨架、絕

3、緣骨架 絕緣骨架是用以纏繞、支撐和固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)量影響定熱電阻絲的支架。它的質(zhì)量影響熱電阻的技術(shù)性能。熱電阻的技術(shù)性能。 2 2熱電阻體熱電阻體 3 3、引出線、引出線 （為什么要討論？為什么要討論？） （l l）兩線制；）兩線制； （2 2）三線制；）三線制； （3 3）四線制）四線制 熱電阻的結(jié)構(gòu) 5 5、膜式鉑電阻、膜式鉑電阻 為了提高鉑電阻的抗震性和響應(yīng)速度，研制出了為了提高鉑電阻的抗震性和響應(yīng)速度，研制出了膜式鉑電阻。膜式鉑電阻。它分厚膜的與薄膜的兩種。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厚膜鉑電阻是在一陶瓷基片上

4、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(cè)成的。由于鉑膜很薄，又在陶瓷基片表面上，所以測(cè)溫響應(yīng)時(shí)間很小，約為溫響應(yīng)時(shí)間很小，約為0.1s0.1s。薄膜鉑電阻則是利用真空鍍膜的方法將鉑鍍?cè)谔毡∧ゃK電阻則是利用真空鍍膜的方法將鉑鍍?cè)谔沾苫闲纬傻?，其形狀與厚膜的差不多，只是尺寸瓷基片上形成的，其形狀與厚膜的差不多，只是尺寸更小，響應(yīng)時(shí)間更短。更小，響應(yīng)時(shí)間更短。 6 6、帶熱電阻、熱電偶的一體化溫度變送器、帶熱電阻、熱電偶的一體化溫度變送器 采用一個(gè)專用集成電路把熱電阻或熱電偶的輸入信號(hào)（采用一個(gè)專用集成電路把熱電阻或熱電偶的輸入信號(hào)（電阻或電勢(shì)）轉(zhuǎn)變成電阻或電勢(shì)）轉(zhuǎn)變成4

5、420mA20mA的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，其中與熱電的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，其中與熱電偶相配用的集成電路還有冷端溫度補(bǔ)償性能。偶相配用的集成電路還有冷端溫度補(bǔ)償性能。 有的專用集成電路還具有線性化功能，即將標(biāo)準(zhǔn)熱電阻有的專用集成電路還具有線性化功能，即將標(biāo)準(zhǔn)熱電阻的電阻與溫度之間的非線性關(guān)系轉(zhuǎn)變成變送器輸出電流（的電阻與溫度之間的非線性關(guān)系轉(zhuǎn)變成變送器輸出電流（ 4 420mA20mA）與被測(cè)溫度之間的線性關(guān)系，或使熱電偶所感受）與被測(cè)溫度之間的線性關(guān)系，或使熱電偶所感受的溫度與變送器輸出電流（的溫度與變送器輸出電流（4 420mA20mA）之間呈線性關(guān)系。）之間呈線性關(guān)系。 專用集成電路的體積很小，因而可裝

6、在熱電阻或熱電偶專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)。供電電壓一般為直流的接線盒內(nèi)。供電電壓一般為直流24 V24 V，多采用二線制，多采用二線制，即供電線也就是輸出信號(hào)線。裝有顯示儀表的一體化溫度即供電線也就是輸出信號(hào)線。裝有顯示儀表的一體化溫度變送器可以就地顯示溫度值。變送器可以就地顯示溫度值。 這種一體化溫度變送器可應(yīng)用于具大量溫度測(cè)點(diǎn)的集控系這種一體化溫度變送器可應(yīng)用于具大量溫度測(cè)點(diǎn)的集控系統(tǒng)。統(tǒng)。五、電阻的測(cè)量方法五、電阻的測(cè)量方法 對(duì)于熱電阻阻值的測(cè)量對(duì)于熱電阻阻值的測(cè)量, ,在實(shí)驗(yàn)室常用手動(dòng)電位差計(jì)和在實(shí)驗(yàn)室常用手動(dòng)電位差計(jì)和手動(dòng)平衡電橋手動(dòng)平衡電橋, ,在

7、工業(yè)上常采用不平衡電橋和自動(dòng)平衡電橋在工業(yè)上常采用不平衡電橋和自動(dòng)平衡電橋。 任何測(cè)量電阻的方法，都應(yīng)注意：任何測(cè)量電阻的方法，都應(yīng)注意： （1 1）通過(guò)熱電阻的電流不能超過(guò)允許值；）通過(guò)熱電阻的電流不能超過(guò)允許值； （2 2）連接導(dǎo)線的阻值要固定；）連接導(dǎo)線的阻值要固定； （3 3）連接導(dǎo)線的接線方式要盡量能消除環(huán)境溫度的影）連接導(dǎo)線的接線方式要盡量能消除環(huán)境溫度的影響（采用三線制和四線制接線方式）響（采用三線制和四線制接線方式） 下面主要介紹電橋測(cè)量法。下面主要介紹電橋測(cè)量法。1 1、用手動(dòng)、用手動(dòng)平衡電橋測(cè)電阻平衡電橋測(cè)電阻四線制平衡電橋測(cè)量線路四線制平衡電橋測(cè)量線路 2 2、用自動(dòng)平衡

8、電橋測(cè)電阻、用自動(dòng)平衡電橋測(cè)電阻自動(dòng)平衡電橋的測(cè)量橋路自動(dòng)平衡電橋的測(cè)量橋路 3 3、用不平衡電橋測(cè)電阻、用不平衡電橋測(cè)電阻配熱電阻的動(dòng)圈表配熱電阻的動(dòng)圈表XCZ-102XCZ-102熱電阻的兩線制接法示意熱電阻的兩線制接法示意 熱電阻引線的三線制接法示意熱電阻引線的三線制接法示意 恒流驅(qū)動(dòng)四線制多路測(cè)溫恒流驅(qū)動(dòng)四線制多路測(cè)溫 恒流驅(qū)動(dòng)三線制多路測(cè)溫恒流驅(qū)動(dòng)三線制多路測(cè)溫 三線制熱電阻電橋多路測(cè)量電路三線制熱電阻電橋多路測(cè)量電路 兩線制熱電阻電橋多路測(cè)量電路兩線制熱電阻電橋多路測(cè)量電路 熱電阻溫度計(jì)的應(yīng)用熱電阻溫度計(jì)的應(yīng)用 熱電阻的誤差分析熱電阻的誤差分析 （1）動(dòng)態(tài)誤差 （2）連線電阻變化引

9、起測(cè)量誤差 （3）熱電阻通電發(fā)熱引起誤差 （4）機(jī)械力帶來(lái)的誤差 （5）氧化帶來(lái)的誤差 (6) 淬火效應(yīng)的誤差 六、熱電阻的校驗(yàn)六、熱電阻的校驗(yàn) 工業(yè)熱電阻的校驗(yàn)采用比較法。工業(yè)熱電阻的校驗(yàn)采用比較法。3.5 3.5 測(cè)溫實(shí)例測(cè)溫實(shí)例 采用接觸式測(cè)溫方法測(cè)量溫度時(shí)，溫度計(jì)指示采用接觸式測(cè)溫方法測(cè)量溫度時(shí)，溫度計(jì)指示的溫度只是感溫元件本身的溫度。若要使測(cè)溫儀表的的溫度只是感溫元件本身的溫度。若要使測(cè)溫儀表的感溫元件輸出反映被測(cè)溫度，需滿足以下條件：感溫元件輸出反映被測(cè)溫度，需滿足以下條件： （1 1）溫度計(jì)和被測(cè)對(duì)象組成孤立的熱平衡系統(tǒng)；）溫度計(jì)和被測(cè)對(duì)象組成孤立的熱平衡系統(tǒng)； （2 2）溫度計(jì)

10、的熱容和熱阻為零。）溫度計(jì)的熱容和熱阻為零。 但實(shí)際測(cè)溫中，溫度計(jì)除與被測(cè)對(duì)象進(jìn)行熱交換但實(shí)際測(cè)溫中，溫度計(jì)除與被測(cè)對(duì)象進(jìn)行熱交換外，還要與周?chē)h(huán)境交換熱量；再有溫度計(jì)的熱容和外，還要與周?chē)h(huán)境交換熱量；再有溫度計(jì)的熱容和熱阻也不可能為零。各種因素的影響使得溫度計(jì)的輸熱阻也不可能為零。各種因素的影響使得溫度計(jì)的輸出與被測(cè)真實(shí)溫度不同，有時(shí)兩者的差別很大。單靠出與被測(cè)真實(shí)溫度不同，有時(shí)兩者的差別很大。單靠提高測(cè)溫儀表的準(zhǔn)確度是不能減小此偏差的，只有通提高測(cè)溫儀表的準(zhǔn)確度是不能減小此偏差的，只有通過(guò)分析測(cè)溫對(duì)象，選擇合理的測(cè)溫技術(shù)，才有可能獲過(guò)分析測(cè)溫對(duì)象，選擇合理的測(cè)溫技術(shù)，才有可能獲得準(zhǔn)確的溫

11、度值。得準(zhǔn)確的溫度值。 一、一、 管內(nèi)流體溫度的測(cè)量管內(nèi)流體溫度的測(cè)量其中其中 、式中式中 、 管內(nèi)外介質(zhì)對(duì)測(cè)溫管之間的放熱系數(shù)；管內(nèi)外介質(zhì)對(duì)測(cè)溫管之間的放熱系數(shù)； 、 管內(nèi)外兩段測(cè)溫管的熱導(dǎo)率，管內(nèi)外兩段測(cè)溫管的熱導(dǎo)率， = = 、 、 兩段測(cè)溫管的截面周長(zhǎng)，兩段測(cè)溫管的截面周長(zhǎng)， = = 、 管道內(nèi)、外兩段測(cè)溫管的截面積，管道內(nèi)、外兩段測(cè)溫管的截面積， = = 、 管道內(nèi)外測(cè)溫管的長(zhǎng)度。管道內(nèi)外測(cè)溫管的長(zhǎng)度。 1 1111vbF2 2222vbF1212121F2F1F2F1L2L1V2V1L2L2L1L 要想減小這個(gè)誤差，需要減小分子項(xiàng)，增大分要想減小這個(gè)誤差，需要減小分子項(xiàng)，增大分母項(xiàng)

12、，現(xiàn)在我們來(lái)討論一下誤差公式。母項(xiàng)，現(xiàn)在我們來(lái)討論一下誤差公式。 (1)(1) 為管道當(dāng)中流體與管外介質(zhì)的溫差，為了為管道當(dāng)中流體與管外介質(zhì)的溫差，為了減小這個(gè)誤差應(yīng)該把露在管道外側(cè)的測(cè)溫管用減小這個(gè)誤差應(yīng)該把露在管道外側(cè)的測(cè)溫管用保溫材料包起來(lái)，使得測(cè)溫管露出部分的溫度保溫材料包起來(lái)，使得測(cè)溫管露出部分的溫度提高，減小熱電偶對(duì)外導(dǎo)熱損失。提高，減小熱電偶對(duì)外導(dǎo)熱損失。 (2)(2) 和和 要使要使 和和 增大，必定有增大，必定有 增大。增大。(3)(3) 必有必有 0310()()tttt11()ch b L1110()()th b Ltt)()(0122ttLbcth03()tt11()c

13、h b L11()th b L11b L)(22Lbcth22b L 對(duì)管內(nèi)流體溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)溫度計(jì)的安裝通常要考慮以下對(duì)管內(nèi)流體溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)溫度計(jì)的安裝通常要考慮以下幾點(diǎn)：幾點(diǎn)：1.1.測(cè)點(diǎn)位置要選在有代表性的地點(diǎn)，不能在溫度的死角區(qū)域；測(cè)點(diǎn)位置要選在有代表性的地點(diǎn)，不能在溫度的死角區(qū)域；2. 2. 要保證測(cè)溫元件有一定的插入深度，元件的感溫點(diǎn)應(yīng)處于管要保證測(cè)溫元件有一定的插入深度，元件的感溫點(diǎn)應(yīng)處于管道中心流速最大處。對(duì)于直徑大的管道，測(cè)溫元件可垂直插道中心流速最大處。對(duì)于直徑大的管道，測(cè)溫元件可垂直插入；為增加插入深度，可迎著流體流動(dòng)的方向斜向插入測(cè)溫入；為增加插入深度，可迎著流體流動(dòng)

14、的方向斜向插入測(cè)溫元件；對(duì)于內(nèi)徑較小的管道，測(cè)溫元件可插入彎頭處或加裝元件；對(duì)于內(nèi)徑較小的管道，測(cè)溫元件可插入彎頭處或加裝擴(kuò)大管。圖給出了幾種常見(jiàn)的測(cè)溫元件安裝方式。擴(kuò)大管。圖給出了幾種常見(jiàn)的測(cè)溫元件安裝方式。（a a）垂直安裝）垂直安裝 （b b）傾斜安裝）傾斜安裝 （c c）彎管處安裝）彎管處安裝 （d d）擴(kuò)大管安裝）擴(kuò)大管安裝 3. 3. 對(duì)于高溫管道，在測(cè)點(diǎn)引出處要加保溫材料隔熱，以減小熱對(duì)于高溫管道，在測(cè)點(diǎn)引出處要加保溫材料隔熱，以減小熱損失帶來(lái)的測(cè)量誤差。損失帶來(lái)的測(cè)量誤差。 各種測(cè)溫管裝置方案的測(cè)量誤差比較各種測(cè)溫管裝置方案的測(cè)量誤差比較 溫度計(jì)安裝在蒸汽管道不同位置上測(cè)溫的情

15、況。該溫度計(jì)安裝在蒸汽管道不同位置上測(cè)溫的情況。該管道內(nèi)徑是管道內(nèi)徑是100100毫米，汽壓毫米，汽壓3MPa3MPa，汽溫為，汽溫為386386，流速為，流速為30303535米秒。米秒。 熱套式熱電偶熱套式熱電偶1-1-熱套式熱電偶；熱套式熱電偶；2-2-充滿介質(zhì)的熱套；充滿介質(zhì)的熱套；3-3-保溫層；保溫層；4-4-安裝插座安裝插座二、二、 壁面溫度測(cè)量壁面溫度測(cè)量采用熱電偶來(lái)測(cè)量固體表面溫度采用熱電偶來(lái)測(cè)量固體表面溫度（a a）點(diǎn)接觸）點(diǎn)接觸 （2 2）面接觸）面接觸 （3 3）等溫線接觸）等溫線接觸 （4 4）分立接觸）分立接觸 三、高溫氣體溫度測(cè)量三、高溫氣體溫度測(cè)量 減小誤差的方

16、式減小誤差的方式（1 1）加防輻射隔離罩；）加防輻射隔離罩；（2 2）減小測(cè)溫管的總輻射發(fā)射率，增大氣流和測(cè)溫管）減小測(cè)溫管的總輻射發(fā)射率，增大氣流和測(cè)溫管 之間的對(duì)流換熱系數(shù)；之間的對(duì)流換熱系數(shù)；（3 3）采用抽氣熱電偶。）采用抽氣熱電偶。 第第4 4章章 非接觸式測(cè)溫儀表非接觸式測(cè)溫儀表 通過(guò)通過(guò)測(cè)量測(cè)量物體的輻射能或與輻射能有關(guān)的信號(hào)物體的輻射能或與輻射能有關(guān)的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，因此又稱為輻射式測(cè)溫儀表。來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，因此又稱為輻射式測(cè)溫儀表。 特點(diǎn)特點(diǎn)： 測(cè)溫測(cè)溫上限不受測(cè)溫傳感器材料的限制，可高達(dá)上限不受測(cè)溫傳感器材料的限制，可高達(dá)20002000以上以上； 動(dòng)態(tài)性動(dòng)態(tài)性能好，反

17、應(yīng)快等能好，反應(yīng)快等, ,可測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的溫度可測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的溫度。 因因低溫下物體的輻射能力很弱，因此輻射式儀表低溫下物體的輻射能力很弱，因此輻射式儀表多用來(lái)多用來(lái)測(cè)測(cè)900900以上的高溫。但用紅外測(cè)量?jī)x表，也以上的高溫。但用紅外測(cè)量?jī)x表，也可測(cè)低達(dá)可測(cè)低達(dá)100100左右的溫度。左右的溫度。 一、輻射測(cè)溫的基本原理一、輻射測(cè)溫的基本原理 輻射輻射 熱輻射熱輻射 輻射溫度探測(cè)器所能接收的熱輻射波段約為輻射溫度探測(cè)器所能接收的熱輻射波段約為0.30.34040m，屬于可見(jiàn)光和紅外線的波長(zhǎng)范圍。屬于可見(jiàn)光和紅外線的波長(zhǎng)范圍。 輻射出射度：輻射出射度：物體單位表面積在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射的全部波長(zhǎng)物體單

18、位表面積在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射的全部波長(zhǎng)范圍的輻射能量的總和，并以符號(hào)范圍的輻射能量的總和，并以符號(hào)M M表示。表示。 光譜輻射出射度：光譜輻射出射度：物體單位表面積單位時(shí)間內(nèi)在波長(zhǎng)物體單位表面積單位時(shí)間內(nèi)在波長(zhǎng)處的處的dd波段內(nèi)所輻射的能量為波段內(nèi)所輻射的能量為dMdM，則把，則把 稱為物體在波長(zhǎng)稱為物體在波長(zhǎng)處的光譜輻射出射度（又稱單色輻射出射度）。處的光譜輻射出射度（又稱單色輻射出射度）。 黑體、黑度、發(fā)射率黑體、黑度、發(fā)射率 MMdd 輻射出射度輻射出射度M M與光譜輻射出射度與光譜輻射出射度M M關(guān)系：關(guān)系： 2.2.熱輻射的基本定律熱輻射的基本定律 (1) (1)普朗克公式定律普朗克公

19、式定律 普朗克定律給出了普朗克定律給出了全輻射體全輻射體的光譜輻射出射度與溫度的光譜輻射出射度與溫度的關(guān)系，這是的關(guān)系，這是光學(xué)高溫計(jì)和光電高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)和光電高溫計(jì)等的理論基礎(chǔ)。等的理論基礎(chǔ)。151012TcecM0dMM 在溫度在溫度T T3000K3000K和可見(jiàn)光波長(zhǎng)（波長(zhǎng)和可見(jiàn)光波長(zhǎng)（波長(zhǎng)較?。┓秶?，較?。┓秶?，簡(jiǎn)化成維恩公式簡(jiǎn)化成維恩公式 對(duì)實(shí)際物體對(duì)實(shí)際物體 式中式中 M M實(shí)際物體的光譜輻射出射度；實(shí)際物體的光譜輻射出射度； 實(shí)際物體在波長(zhǎng)實(shí)際物體在波長(zhǎng)下的光譜發(fā)射率（光譜黑度）。下的光譜發(fā)射率（光譜黑度）。 TcecM2510TcecM251 （2 2）斯忒藩一玻爾茲曼定律

20、斯忒藩一玻爾茲曼定律 可見(jiàn)，全輻射體的輻射出射度可見(jiàn)，全輻射體的輻射出射度M M0 0是溫度的單值函數(shù)，這是是溫度的單值函數(shù)，這是輻射高溫計(jì)輻射高溫計(jì)的理論依據(jù)。的理論依據(jù)。 實(shí)際物體的全輻射出射度為實(shí)際物體的全輻射出射度為 M MMM0 0TT4 4 式中式中 M M實(shí)際物體的全輻射出射度；實(shí)際物體的全輻射出射度； 實(shí)際物體的全輻射發(fā)射率（發(fā)射率）。實(shí)際物體的全輻射發(fā)射率（發(fā)射率）。 實(shí)際物體的光譜發(fā)射率實(shí)際物體的光譜發(fā)射率和發(fā)射率和發(fā)射率均小于均小于1 1，各種物，各種物體的體的和和值一般只能通過(guò)實(shí)測(cè)求得。值一般只能通過(guò)實(shí)測(cè)求得。 0400TdMM 3. 3. 輻射測(cè)溫的常用方法輻射測(cè)溫的

21、常用方法 輻射測(cè)溫一般有下面三種方法：輻射測(cè)溫一般有下面三種方法： （1 1）亮度測(cè)溫）亮度測(cè)溫 它是通過(guò)測(cè)量目標(biāo)在某一波段的輻射亮度來(lái)獲得目標(biāo)的溫度它是通過(guò)測(cè)量目標(biāo)在某一波段的輻射亮度來(lái)獲得目標(biāo)的溫度，它所測(cè)出的溫度是目標(biāo)的亮度溫度。，它所測(cè)出的溫度是目標(biāo)的亮度溫度。 （2 2）全輻射測(cè)溫）全輻射測(cè)溫 它是通過(guò)測(cè)量物體發(fā)出的全輻射能量（它是通過(guò)測(cè)量物體發(fā)出的全輻射能量（=0=0）來(lái)測(cè)量物體）來(lái)測(cè)量物體的溫度。它所測(cè)出的是目標(biāo)的輻射溫度。的溫度。它所測(cè)出的是目標(biāo)的輻射溫度。 （3 3）比色測(cè)溫）比色測(cè)溫 所謂比色測(cè)溫，就是利用兩組（或多組）帶寬很窄的不同所謂比色測(cè)溫，就是利用兩組（或多組）帶寬

22、很窄的不同單色濾光片，搜集兩個(gè)（或多個(gè)）相近波段內(nèi)的輻射能量，轉(zhuǎn)換單色濾光片，搜集兩個(gè)（或多個(gè)）相近波段內(nèi)的輻射能量，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后在電路上進(jìn)行比較，由此比值確定目標(biāo)溫度，它所測(cè)成電信號(hào)后在電路上進(jìn)行比較，由此比值確定目標(biāo)溫度，它所測(cè)出的是目標(biāo)的比色溫度。出的是目標(biāo)的比色溫度。 二、光學(xué)高溫計(jì)二、光學(xué)高溫計(jì) 1. 1. 理論依據(jù)：理論依據(jù)：普朗克定律。普朗克定律。 在可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍（在可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍（0.350.350.75m0.75m）內(nèi)）內(nèi)，高溫物體的熱輻射，高溫物體的熱輻射以光的形式表現(xiàn)以光的形式表現(xiàn)出來(lái)，輻射出來(lái)，輻射的的強(qiáng)度與光的亮度之間有一定的關(guān)系強(qiáng)度與光的亮度之間有一定的關(guān)系

23、。在某一波。在某一波長(zhǎng)下的光譜輻射亮度（又稱單色亮度）與同一波長(zhǎng)下的光譜輻射亮度（又稱單色亮度）與同一波長(zhǎng)下的光譜輻射出射度成正比。對(duì)全輻射體其關(guān)長(zhǎng)下的光譜輻射出射度成正比。對(duì)全輻射體其關(guān)系為系為 對(duì)實(shí)際物體有對(duì)實(shí)際物體有0001McMLTcecML21511 思考：如何測(cè)量光譜輻射亮度思考：如何測(cè)量光譜輻射亮度？ 2. 2. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)WGGZWGGZ型光學(xué)高溫計(jì)是一種使用較廣的隱絲式光學(xué)型光學(xué)高溫計(jì)是一種使用較廣的隱絲式光學(xué)高溫計(jì)。高溫計(jì)。 由光學(xué)系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)兩部分組成。由光學(xué)系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)兩部分組成。 光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡、目鏡、燈泡、紅色濾光片、灰色吸光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡、目鏡、燈泡

24、、紅色濾光片、灰色吸收玻璃等。收玻璃等。 電氣系統(tǒng)包括燈泡、電源、調(diào)整電阻及測(cè)量線路。電氣系統(tǒng)包括燈泡、電源、調(diào)整電阻及測(cè)量線路。 l l一物鏡；一物鏡；2 2灰色吸收玻璃；灰色吸收玻璃；3 3一燈泡；一燈泡；4 4一目鏡；一目鏡； 5 5一紅色濾光片；一紅色濾光片；6 6一顯示儀表一顯示儀表 思考：紅色濾光片和灰色吸收玻璃的作用是什么？思考：紅色濾光片和灰色吸收玻璃的作用是什么？ 光學(xué)高溫計(jì)采用紅色濾光片與人眼構(gòu)成了光學(xué)高溫計(jì)采用紅色濾光片與人眼構(gòu)成了“單色器單色器”，使人眼只能觀察到波長(zhǎng)為，使人眼只能觀察到波長(zhǎng)為0.60.60.7m0.7m范圍的紅色可范圍的紅色可見(jiàn)光（如圖陰影部分），其平

25、均波長(zhǎng)約為見(jiàn)光（如圖陰影部分），其平均波長(zhǎng)約為0 .66m0 .66m。人。人 1 1一人眼相對(duì)視見(jiàn)函數(shù)曲線一人眼相對(duì)視見(jiàn)函數(shù)曲線； 2 2一紅色濾光片光譜透過(guò)率曲線一紅色濾光片光譜透過(guò)率曲線 灰色吸收玻璃的作用：灰色吸收玻璃的作用： 光學(xué)高溫計(jì)采用的是鎢絲燈泡，當(dāng)溫度高達(dá)光學(xué)高溫計(jì)采用的是鎢絲燈泡，當(dāng)溫度高達(dá)14001400時(shí)時(shí)，鎢絲會(huì)發(fā)生升華使燈泡的性能改變。這就限制了光學(xué)高，鎢絲會(huì)發(fā)生升華使燈泡的性能改變。這就限制了光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)溫上限。溫計(jì)的測(cè)溫上限。 光學(xué)高溫計(jì)附加了灰色吸收玻璃，單色光透過(guò)這種玻光學(xué)高溫計(jì)附加了灰色吸收玻璃，單色光透過(guò)這種玻璃時(shí)其吸收作用會(huì)使亮度減弱。璃時(shí)其吸收作用

26、會(huì)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弱了的被測(cè)物體的觀察到的是燈絲的亮度和被灰色玻璃削弱了的被測(cè)物體的亮度亮度, ,在燈絲溫度不超過(guò)在燈絲溫度不超過(guò)14001400的情況下能測(cè)量更高的溫的情況下能測(cè)量更高的溫度。度。 （a a）燈絲亮度低（）燈絲亮度低（b b）燈絲亮度偏高（）燈絲亮度偏高（c c）燈絲和物象亮度一）燈絲和物象亮度一致（燈絲隱滅）致（燈絲隱滅） 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫上限高、在輻射式溫度結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫上限高、在輻射式溫度計(jì)中計(jì)中精確度與靈敏度均最高精確度與靈敏度均最高等

27、。等。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：亮度比較的判斷及調(diào)整均亮度比較的判斷及調(diào)整均要人工進(jìn)行要人工進(jìn)行，不能連續(xù)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)帶來(lái)人員的主觀誤差不能連續(xù)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)帶來(lái)人員的主觀誤差。另外，由于人眼只能看到可見(jiàn)光，這限制了被測(cè)。另外，由于人眼只能看到可見(jiàn)光，這限制了被測(cè)物體的溫度不能低于物體的溫度不能低于800800。 3.3.光學(xué)高溫計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題光學(xué)高溫計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題 (1(1）亮度溫度與示值的修正）亮度溫度與示值的修正 “亮度溫度亮度溫度”：如全輻射體的單色亮度與溫度為：如全輻射體的單色亮度與溫度為T(mén) T的實(shí)際的實(shí)際物體的單色亮度相等，則全輻射體的溫度稱為該實(shí)際物體物體的單色亮度相等，則全輻射體的溫

28、度稱為該實(shí)際物體的亮度溫度，并以的亮度溫度，并以T Ts s表示。根據(jù)亮度溫度的定義，可推導(dǎo)表示。根據(jù)亮度溫度的定義，可推導(dǎo)物體實(shí)際溫度物體實(shí)際溫度T T與其亮度溫度的關(guān)系：與其亮度溫度的關(guān)系： 由于由于 L L= L= L00 即即 經(jīng)整理可得經(jīng)整理可得 因?yàn)橐话阄矬w因?yàn)橐话阄矬w1 1，所以，所以 T TT Ts s 。 22lncTTcTsssTcTcecec22515111 光學(xué)高溫計(jì)的標(biāo)尺是直接按溫度刻度的，即光學(xué)高溫計(jì)的標(biāo)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（即可直接讀出溫度值，而且分度是按全輻射體（即 =1=1）的條件進(jìn)行的，因此儀表顯示的溫度值）的條件進(jìn)

29、行的，因此儀表顯示的溫度值實(shí)際上是在對(duì)應(yīng)亮度下全輻射體的溫度，也即亮實(shí)際上是在對(duì)應(yīng)亮度下全輻射體的溫度，也即亮度溫度度溫度T Ts s 。在測(cè)實(shí)際物體溫度時(shí)，光學(xué)高溫計(jì)的。在測(cè)實(shí)際物體溫度時(shí)，光學(xué)高溫計(jì)的溫度示值必須修正溫度示值必須修正. . （2 2）影響光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量精確度的因素）影響光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量精確度的因素 影響光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量精確度的因素比較多，影響光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量精確度的因素比較多，主要有以下幾個(gè)：主要有以下幾個(gè)： 1 1）發(fā)射率）發(fā)射率的影響的影響 2 2）中間介質(zhì)的影響）中間介質(zhì)的影響 光學(xué)高溫計(jì) 三、光電高溫計(jì)三、光電高溫計(jì) 光電高溫計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)。光電高溫計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)。 （l

30、 l）既可在可見(jiàn)光，又可在紅外光波長(zhǎng)下工作，有利）既可在可見(jiàn)光，又可在紅外光波長(zhǎng)下工作，有利于用輻射法測(cè)低溫；于用輻射法測(cè)低溫； （2 2）分辨率高，光學(xué)高溫計(jì)最高為）分辨率高，光學(xué)高溫計(jì)最高為0.50.5，而光電高溫，而光電高溫計(jì)可達(dá)計(jì)可達(dá)0.010.010.050.05； （3 3）精確度高，由于采用性能良好的干涉濾光片（或）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。例如單色器），提高了儀表的單色性，因而不確定度減小。例如，20002000時(shí)的不確定度可小到土?xí)r的不確定度可小到土0.250.25； （4 4）可連續(xù)自動(dòng)測(cè)量，響應(yīng)快。）可連續(xù)自

31、動(dòng)測(cè)量，響應(yīng)快。光電高溫計(jì)的工作原理光電高溫計(jì)的工作原理 1-物鏡；物鏡；2-孔徑；孔徑；3，5-孔；孔；4-光電器件；光電器件； 6-遮光板；遮光板；7-調(diào)制片；調(diào)制片；8-永久磁鐵；永久磁鐵；9-激磁繞組；激磁繞組；10-透鏡；透鏡；11-反射鏡；反射鏡；12-觀察孔；觀察孔；13-前置放大器；前置放大器；14-主放大器；主放大器；15-反饋燈；反饋燈；16-電位差計(jì)；電位差計(jì)；17-被測(cè)物體被測(cè)物體 四、輻射高溫計(jì)四、輻射高溫計(jì) 1.1.原理：原理：物體的輻射出射度與其溫度的關(guān)系為物體的輻射出射度與其溫度的關(guān)系為 M = TM = T4 4 對(duì)確定的物體，可近似認(rèn)為其發(fā)射率對(duì)確定的物體，

32、可近似認(rèn)為其發(fā)射率為定值，那么為定值，那么M M與與T T將呈單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)出輻射出射度將呈單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)出輻射出射度M M與其發(fā)射率與其發(fā)射率即即可知其溫度。輻射高溫計(jì)能連續(xù)自動(dòng)測(cè)溫?？芍錅囟取］椛涓邷赜?jì)能連續(xù)自動(dòng)測(cè)溫。 2.2.組成：組成：輻射高溫計(jì)由輻射傳感器和顯示儀表組成輻射高溫計(jì)由輻射傳感器和顯示儀表組成，輻射傳感器又由光學(xué)系統(tǒng)與輻射變換器兩部分構(gòu)成。前，輻射傳感器又由光學(xué)系統(tǒng)與輻射變換器兩部分構(gòu)成。前者的作用是接收并聚集輻射能；后者把輻射能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)者的作用是接收并聚集輻射能；后者把輻射能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)以便由顯示部分直接顯示溫度值。光學(xué)系統(tǒng)有透的電信號(hào)以便由顯示部分直接顯

33、示溫度值。光學(xué)系統(tǒng)有透射式、反射式和混合式幾類。輻射變換器主要有熱電式和射式、反射式和混合式幾類。輻射變換器主要有熱電式和光電式兩種。光電式兩種。 輻射感溫器的工作原理圖輻射感溫器的工作原理圖 熱電堆的結(jié)構(gòu)熱電堆的結(jié)構(gòu)1-透鏡；透鏡；2-可變光闌；可變光闌；3-固定光闌；固定光闌； 1-云母片；云母片；2-受熱靶受熱靶;4-接收元件面；接收元件面； 3-熱電偶絲；熱電偶絲；4-引出線引出線3.3.輻射高溫計(jì)的幾個(gè)有關(guān)問(wèn)題輻射高溫計(jì)的幾個(gè)有關(guān)問(wèn)題 （1 1）“輻射溫度輻射溫度”：若溫度為若溫度為T(mén) T的物體的輻射出射的物體的輻射出射度與全輻射體在溫度度與全輻射體在溫度T T0 0下的輻射出射度相

34、等，則把全輻下的輻射出射度相等，則把全輻射體的溫度射體的溫度T Tp p稱為該物體的輻射溫度。由此定義可求出稱為該物體的輻射溫度。由此定義可求出被測(cè)溫度被測(cè)溫度T T與輻射溫度與輻射溫度T Tp p之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：因因 TT4 4 =T=Tp p4 4有有pTT41 儀表的分度是把被測(cè)體作為全輻射體來(lái)實(shí)現(xiàn)的；儀表的分度是把被測(cè)體作為全輻射體來(lái)實(shí)現(xiàn)的； 儀表的示值就是被測(cè)物體的輻射溫度；儀表的示值就是被測(cè)物體的輻射溫度； 依據(jù)被測(cè)物體的發(fā)射率，利用上面的修正公式對(duì)示值依據(jù)被測(cè)物體的發(fā)射率，利用上面的修正公式對(duì)示值進(jìn)行修正得到被測(cè)物體的實(shí)際溫度。進(jìn)行修正得到被測(cè)物體的實(shí)際溫度。（2 2）影

35、響輻射高溫計(jì)測(cè)量精確度的主要因素如下：）影響輻射高溫計(jì)測(cè)量精確度的主要因素如下： 1 1）發(fā)射率）發(fā)射率的影響的影響 2 2）熱電堆冷端溫度的影響）熱電堆冷端溫度的影響 3 3）距離系數(shù)）距離系數(shù)L LD D的影響的影響 補(bǔ)償光欄結(jié)構(gòu)示意圖補(bǔ)償光欄結(jié)構(gòu)示意圖 1-1-光欄；光欄；2-2-雙金屬片；雙金屬片；3-3-鉑箔鉑箔四、比色高溫計(jì)四、比色高溫計(jì)1. 1. 原理原理 根據(jù)被測(cè)物體在兩個(gè)不同波長(zhǎng)下的光譜輻射出射度根據(jù)被測(cè)物體在兩個(gè)不同波長(zhǎng)下的光譜輻射出射度的相互比值與被測(cè)溫度的關(guān)系，通過(guò)測(cè)二者的比值進(jìn)而測(cè)的相互比值與被測(cè)溫度的關(guān)系，通過(guò)測(cè)二者的比值進(jìn)而測(cè)知被測(cè)溫度。知被測(cè)溫度。 根據(jù)光譜輻射

36、的維恩公式，同一物體在波長(zhǎng)分別為根據(jù)光譜輻射的維恩公式，同一物體在波長(zhǎng)分別為1 1和和2 2下的光譜輻射出射度的比值為下的光譜輻射出射度的比值為式中式中 M M11、M M22分別為在波長(zhǎng)分別為在波長(zhǎng)1 1和和2 2下的光譜輻射出射度；下的光譜輻射出射度； 11 、22物體在波長(zhǎng)物體在波長(zhǎng)1 1和和2 2時(shí)的光譜發(fā)射率；時(shí)的光譜發(fā)射率； T T物體的溫度。物體的溫度。 TcTcececMM22125212511121經(jīng)整理，可得經(jīng)整理，可得121221122ln5ln)11(MMcT1212211)11(lncTcT3. 以以WDS-WDS-型比色高溫計(jì)為例，具體介紹比色高型比色高溫計(jì)為例，具

37、體介紹比色高溫計(jì)的工作原理。溫計(jì)的工作原理。 WDSWDS型光電比色高溫計(jì)的光路系統(tǒng)型光電比色高溫計(jì)的光路系統(tǒng) 1 1一物鏡一物鏡 2 2一平行平面玻璃一平行平面玻璃 3 3一回零通孔硅光電池一回零通孔硅光電池 4 4一透鏡一透鏡 5 5一一分光鏡分光鏡 6 6一紅外濾光片一紅外濾光片7 7一硅光電池一硅光電池E E2 2 8 8一硅光電池一硅光電池E El l 9 9一可見(jiàn)光一可見(jiàn)光濾光片濾光片 1010一反射鏡一反射鏡 1111一倒像鏡一倒像鏡 1212一目鏡一目鏡 WDS WDSIIII型光電比色高溫計(jì)的工作原理型光電比色高溫計(jì)的工作原理1-1-物鏡；物鏡；2-2-平行平面玻璃；平行平面

38、玻璃； 3-3-回零通孔硅光電池；回零通孔硅光電池；4-4-透鏡；透鏡； 5-5-分光鏡；分光鏡； 6-6-紅外濾光片；紅外濾光片；7-7-硅光電池硅光電池E E2 2；8-8-硅光電池硅光電池E E1 1；9-9-可見(jiàn)光濾光片；可見(jiàn)光濾光片；10-10-反射鏡；反射鏡；11-11-倒像鏡；倒像鏡；12-12-目鏡目鏡4.4.特點(diǎn)特點(diǎn) 它的測(cè)量準(zhǔn)確度高，中間介質(zhì)的影響小，可在惡劣環(huán)它的測(cè)量準(zhǔn)確度高，中間介質(zhì)的影響小，可在惡劣環(huán)境下工作。境下工作。 五、紅外測(cè)溫儀五、紅外測(cè)溫儀 紅外測(cè)溫儀是一種測(cè)溫上限較低的儀表，可測(cè)紅外測(cè)溫儀是一種測(cè)溫上限較低的儀表，可測(cè)0 0400400范圍的溫度。而前面介

39、紹的幾種輻射式測(cè)溫儀表適于測(cè)范圍的溫度。而前面介紹的幾種輻射式測(cè)溫儀表適于測(cè)700700以上的高溫。以上的高溫。 紅外測(cè)溫儀依據(jù)的是光譜輻射原理。當(dāng)物體溫度較低時(shí)紅外測(cè)溫儀依據(jù)的是光譜輻射原理。當(dāng)物體溫度較低時(shí)，光譜輻射出射度最高點(diǎn)向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線波長(zhǎng)區(qū)遷移，光譜輻射出射度最高點(diǎn)向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線波長(zhǎng)區(qū)遷移，紅外測(cè)溫儀就工作在這個(gè)紅外線波長(zhǎng)區(qū)。它的原理和結(jié)，紅外測(cè)溫儀就工作在這個(gè)紅外線波長(zhǎng)區(qū)。它的原理和結(jié)構(gòu)與輻射高溫計(jì)、光電高溫計(jì)相似。構(gòu)與輻射高溫計(jì)、光電高溫計(jì)相似。 紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測(cè)器、信號(hào)處理放大紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測(cè)器、信號(hào)處理放大部分及顯示儀表等部分組成部分及顯

40、示儀表等部分組成。 1. 1.紅外輻射及其特性紅外輻射及其特性 紅外輻射又稱紅外線，它是一種人眼看不見(jiàn)的光線。紅外輻射又稱紅外線，它是一種人眼看不見(jiàn)的光線。紅外輻射是一種電磁波，它的波長(zhǎng)范圍大致在紅外輻射是一種電磁波，它的波長(zhǎng)范圍大致在0.760.76m m到到10001000m m的頻譜范圍之內(nèi)，相對(duì)應(yīng)的頻率大致在的頻譜范圍之內(nèi)，相對(duì)應(yīng)的頻率大致在4 4101014143 310101111HzHz之間。之間。 2 2、紅外輻射源和紅外探測(cè)器、紅外輻射源和紅外探測(cè)器（1 1）紅外輻射源）紅外輻射源 當(dāng)物體溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，就有紅外線向周?chē)债?dāng)物體溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，就有紅外線向周?chē)臻g輻射

41、出來(lái)，有紅外輻射的物體就可以視為紅外輻射源。間輻射出來(lái)，有紅外輻射的物體就可以視為紅外輻射源。 （2 2）紅外探測(cè)器）紅外探測(cè)器 紅外探測(cè)器是能夠把紅外輻射能量的變化為電量變化紅外探測(cè)器是能夠把紅外輻射能量的變化為電量變化的器件。分為的器件。分為紅外熱探測(cè)器紅外熱探測(cè)器和和紅外光子探測(cè)器紅外光子探測(cè)器 。 紅外熱探測(cè)器紅外熱探測(cè)器 熱電偶型探測(cè)器熱電偶型探測(cè)器 熱敏電阻型探測(cè)器熱敏電阻型探測(cè)器 熱釋電型探測(cè)器熱釋電型探測(cè)器 主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)波段寬，可以在室溫下工作，使用方主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)波段寬，可以在室溫下工作，使用方便。但是，它的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，靈敏度較低，一般用于紅外便。但是，它的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，靈敏度較低，一般用于紅外輻射變化緩慢場(chǎng)合。輻射變化緩慢場(chǎng)合。 紅外光子探測(cè)器紅外光子探測(cè)器 光電導(dǎo)（光電導(dǎo)（PCPC）探測(cè)器）探測(cè)器 光生伏特（光生伏特（PUPU）探測(cè)器）探測(cè)器 光磁電探測(cè)器（光磁電探測(cè)器（PEMPEM器件）器件） 主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率高。主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率高。但其一般需在低溫下工作，探測(cè)波段較窄。但其一般需在低溫