第三章非接觸式測溫(第二部分)

1、上一頁下一頁返 回 高溫測量中應(yīng)用最廣泛高溫測量中應(yīng)用最廣泛，主要應(yīng)用行業(yè)為冶金、鑄造、，主要應(yīng)用行業(yè)為冶金、鑄造、熱處理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業(yè)生產(chǎn)過程中。熱處理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業(yè)生產(chǎn)過程中。 任何物體處于絕對(duì)零度以上時(shí)，都會(huì)以一定波長電磁任何物體處于絕對(duì)零度以上時(shí)，都會(huì)以一定波長電磁波的形式向外輻射能量。輻射式測溫儀表就是利用物波的形式向外輻射能量。輻射式測溫儀表就是利用物體的輻射能量隨其溫度而變化的原理制成的。體的輻射能量隨其溫度而變化的原理制成的。 測量時(shí)，只需把溫度計(jì)光學(xué)接收系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)被測物體，測量時(shí)，只需把溫度計(jì)光學(xué)接收系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)被測物體，而不必與物體接觸，因此可以測

2、量運(yùn)動(dòng)物體的溫度并而不必與物體接觸，因此可以測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度并不會(huì)破壞物體的溫度場。此外，由于感溫元件只接收不會(huì)破壞物體的溫度場。此外，由于感溫元件只接收輻射能，不必達(dá)到被測物體的實(shí)際溫度，從理論上講，輻射能，不必達(dá)到被測物體的實(shí)際溫度，從理論上講，它沒有上限，可以測量高溫。它沒有上限，可以測量高溫。 非接觸測溫儀表分類非接觸測溫儀表分類：光學(xué)高溫計(jì)、紅外輻射儀：光學(xué)高溫計(jì)、紅外輻射儀l 輻射換熱輻射換熱是三種基本的熱交換形式之一是三種基本的熱交換形式之一波長范圍波長范圍：10-3m10-8ml在低溫時(shí)，物體輻射能量很小，主要發(fā)射的是在低溫時(shí)，物體輻射能量很小，主要發(fā)射的是紅外線。隨著溫度的

3、升高，輻射能量急劇增加，紅外線。隨著溫度的升高，輻射能量急劇增加，輻射光譜也向短的方向移動(dòng)，在輻射光譜也向短的方向移動(dòng)，在5000C左右時(shí)。左右時(shí)。輻射光譜包括了部分可見光；到輻射光譜包括了部分可見光；到8000C時(shí)可見時(shí)可見光大大增加，即呈現(xiàn)光大大增加，即呈現(xiàn)“紅熱紅熱”；如果到；如果到30000C時(shí)，輻射光譜包括更多的短波成分，使得物體時(shí)，輻射光譜包括更多的短波成分，使得物體呈現(xiàn)呈現(xiàn)“白熱白熱”。l輻射測溫的基本原理輻射測溫的基本原理：觀察灼熱物體表面的：觀察灼熱物體表面的“顏色顏色”來大致判斷物體的溫度。來大致判斷物體的溫度。溫度為溫度為T的單位面積元的絕對(duì)黑體，在半球面方向所輻射的單位

4、面積元的絕對(duì)黑體，在半球面方向所輻射的波長為的輻射出射度為的波長為的輻射出射度為1511520) 1() 1(2),(2TCTkhceCehcTM式中，式中，c光速；光速； h普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)，6.62617610-34Js； k波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)，1.3806624410-23J/K； C1第一輻射常數(shù)，第一輻射常數(shù)，3.741810-16Wm2； C2第二輻射常數(shù)，第二輻射常數(shù)，1.438810-12mK； T絕對(duì)溫度。絕對(duì)溫度。公式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是它對(duì)于低溫與高溫都是適用的公式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是它對(duì)于低溫與高溫都是適用的 l理論上說明了黑體在各種溫度下能量波長分布的規(guī)律理

5、論上說明了黑體在各種溫度下能量波長分布的規(guī)律 TCeCTM2510),(公式簡單，但是僅適用于不超過公式簡單，但是僅適用于不超過3000K的溫度范圍的溫度范圍 黑體的輻射本領(lǐng)是波長和溫度的函數(shù)，當(dāng)波長一定時(shí)，黑體的輻射本領(lǐng)是波長和溫度的函數(shù)，當(dāng)波長一定時(shí)，黑體的輻射本領(lǐng)就僅僅是溫度的函數(shù)，即黑體的輻射本領(lǐng)就僅僅是溫度的函數(shù)，即)(),(0TfTM上式就是光學(xué)高溫計(jì)和比色高溫計(jì)測溫的上式就是光學(xué)高溫計(jì)和比色高溫計(jì)測溫的理論根據(jù)理論根據(jù) 上一頁下一頁返 回l溫度為溫度為T的絕對(duì)黑體，單位面積元在半球方向上所發(fā)射的絕對(duì)黑體，單位面積元在半球方向上所發(fā)射的全部波長的輻射出射度與溫度的全部波長的輻射出射

6、度與溫度T的四次方成正比。的四次方成正比。 0443245151000152) 1(),()(2TThckdeCdTMTMTC式中，式中，斯蒂芬波爾茲曼常數(shù)，斯蒂芬波爾茲曼常數(shù)，5.6696110-3W/(m2K4)。 上式就是上式就是輻射式溫度計(jì)測溫的理論根據(jù)輻射式溫度計(jì)測溫的理論根據(jù)。全輻射強(qiáng)度定律是單色輻射強(qiáng)度定律在全波長內(nèi)積分的結(jié)果。全輻射強(qiáng)度定律是單色輻射強(qiáng)度定律在全波長內(nèi)積分的結(jié)果。上一頁下一頁返 回精密光學(xué)高溫計(jì)精密光學(xué)高溫計(jì)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的精密測試；用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的精密測試；標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)用于量值的傳遞，例如，在物用于量值的傳遞，例如，在物質(zhì)熔點(diǎn)、熱容量和相變點(diǎn)的

7、測定中使用。質(zhì)熔點(diǎn)、熱容量和相變點(diǎn)的測定中使用。光學(xué)高溫計(jì)可用來測量光學(xué)高溫計(jì)可用來測量80032000C的高溫。的高溫。由于采用用肉眼進(jìn)行色度比較，所以測量誤差由于采用用肉眼進(jìn)行色度比較，所以測量誤差與人的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。與人的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。光學(xué)高溫計(jì)測量的溫度稱為亮度溫度光學(xué)高溫計(jì)測量的溫度稱為亮度溫度(TL)，被，被測對(duì)象為非黑體時(shí)，要通過修正才能得到非黑測對(duì)象為非黑體時(shí)，要通過修正才能得到非黑體的真實(shí)溫度。體的真實(shí)溫度。上一頁下一頁返 回隱絲式隱絲式利用調(diào)節(jié)電阻來改變高溫?zé)襞莸墓ぷ麟娏鳎?dāng)利用調(diào)節(jié)電阻來改變高溫?zé)襞莸墓ぷ麟娏?，?dāng)燈絲的亮度與被測物體的亮度一致時(shí)，燈泡的燈絲的亮度與被測物體的亮度一

8、致時(shí)，燈泡的亮度就代表了被測物體的亮度溫度。亮度就代表了被測物體的亮度溫度。恒定亮度式恒定亮度式利用減光楔來改變被測物體的亮度，使它與恒利用減光楔來改變被測物體的亮度，使它與恒定亮度溫度的高溫?zé)襞菹啾容^，當(dāng)兩者亮度相定亮度溫度的高溫?zé)襞菹啾容^，當(dāng)兩者亮度相等時(shí)，根據(jù)減光楔旋轉(zhuǎn)的角度來確定被測物體等時(shí)，根據(jù)減光楔旋轉(zhuǎn)的角度來確定被測物體的亮度溫度。由于隱絲式光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)和的亮度溫度。由于隱絲式光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)和使用方法都優(yōu)于恒定亮度式，所以應(yīng)用廣泛。使用方法都優(yōu)于恒定亮度式，所以應(yīng)用廣泛。上一頁下一頁返 回l光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)紅色濾波片，造成一個(gè)較窄的有效波長紅色濾波片，造成一個(gè)較窄的有效波長

9、吸收玻璃，目的是擴(kuò)展量程吸收玻璃，目的是擴(kuò)展量程目鏡和物鏡是一套光學(xué)系統(tǒng)目鏡和物鏡是一套光學(xué)系統(tǒng)l電測系統(tǒng)電測系統(tǒng) 包括指示儀表、燈泡、電源和調(diào)節(jié)電阻四部分。包括指示儀表、燈泡、電源和調(diào)節(jié)電阻四部分。光學(xué)高溫?zé)襞荩簶?biāo)準(zhǔn)輻射源光學(xué)高溫?zé)襞荩簶?biāo)準(zhǔn)輻射源電源、調(diào)節(jié)電阻和指示儀表組成測量電路電源、調(diào)節(jié)電阻和指示儀表組成測量電路 原理一般有電壓表式，電流表式以及不平衡電原理一般有電壓表式，電流表式以及不平衡電橋和平衡電橋式四種。橋和平衡電橋式四種。 上一頁下一頁返 回1物鏡；2吸收玻璃；3燈泡；4紅色濾波片；5目鏡；6指示儀器；7滑線電阻；E電源；K開關(guān)；R1刻線調(diào)整電阻上一頁下一頁返 回l光學(xué)高溫計(jì)光

10、學(xué)高溫計(jì)是由人工操作來完成亮度平衡工作是由人工操作來完成亮度平衡工作的，其測量結(jié)果帶有操作者的主觀誤差。它不的，其測量結(jié)果帶有操作者的主觀誤差。它不能進(jìn)行連續(xù)測量和記錄，當(dāng)被測溫度低于能進(jìn)行連續(xù)測量和記錄，當(dāng)被測溫度低于8000C時(shí)，光學(xué)高溫計(jì)對(duì)亮度無法進(jìn)行平衡。時(shí)，光學(xué)高溫計(jì)對(duì)亮度無法進(jìn)行平衡。l光電高溫計(jì)光電高溫計(jì)是在光學(xué)高溫計(jì)測量理論的基礎(chǔ)上是在光學(xué)高溫計(jì)測量理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型測溫儀表。它采用新型的發(fā)展起來的一種新型測溫儀表。它采用新型的光電器件，自動(dòng)進(jìn)行平衡，達(dá)到連續(xù)測量的目光電器件，自動(dòng)進(jìn)行平衡，達(dá)到連續(xù)測量的目的。的。 上一頁下一頁返 回采用光敏電阻或者光電池作為感受輻

11、射源的敏感元件來采用光敏電阻或者光電池作為感受輻射源的敏感元件來代替人眼的觀察；代替人眼的觀察；采用一參考輻射源與被測物體進(jìn)行亮度比較，由光敏元采用一參考輻射源與被測物體進(jìn)行亮度比較，由光敏元件和電子放大器組成鑒別和調(diào)整環(huán)節(jié)，使參考輻射源在件和電子放大器組成鑒別和調(diào)整環(huán)節(jié)，使參考輻射源在選定的波長范圍內(nèi)的亮度自動(dòng)跟蹤被測物體的輻射亮度，選定的波長范圍內(nèi)的亮度自動(dòng)跟蹤被測物體的輻射亮度，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)即可得到測量值；當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)即可得到測量值；在平衡式測量方式中，光敏元件只起指零作用，它的特在平衡式測量方式中，光敏元件只起指零作用，它的特性如有變化，對(duì)測量結(jié)果影響較小，參考輻射源選用鎢性如有變化，

12、對(duì)測量結(jié)果影響較小，參考輻射源選用鎢絲燈泡，能保持較高的穩(wěn)定性，因此具有較高的精度和絲燈泡，能保持較高的穩(wěn)定性，因此具有較高的精度和連續(xù)測量的特性；連續(xù)測量的特性；設(shè)計(jì)了手動(dòng)值修正環(huán)節(jié)，可顯示物體的真實(shí)溫度；設(shè)計(jì)了手動(dòng)值修正環(huán)節(jié)，可顯示物體的真實(shí)溫度；采用新型光敏元件，測量范圍寬，約為采用新型光敏元件，測量范圍寬，約為20016000C。上一頁下一頁返 回1物鏡；物鏡；2同步信號(hào)發(fā)生器；同步信號(hào)發(fā)生器；3調(diào)制鏡；調(diào)制鏡；4微電機(jī)；微電機(jī)；5反光鏡；反光鏡；6聚光鏡；聚光鏡；7參比燈；參比燈；8探測元件探測元件上一頁下一頁返 回l由物鏡對(duì)由物鏡對(duì)0.5m處被測物體調(diào)焦成像在分劃板上。通處被測物體

13、調(diào)焦成像在分劃板上。通過目鏡組可清晰地觀察到被測物體的瞄準(zhǔn)部位過目鏡組可清晰地觀察到被測物體的瞄準(zhǔn)部位 1調(diào)制鏡；調(diào)制鏡；2微電機(jī)；微電機(jī)；3反光鏡；反光鏡；4可變光闌；可變光闌；5聚光鏡組；聚光鏡組； 6參比燈；參比燈；7-目鏡組目鏡組8、9-保護(hù)窗；保護(hù)窗；10物鏡；物鏡；11-入射光瞳；入射光瞳；12-衰減玻璃；衰減玻璃；13探測元件；探測元件；14-濾光片；濾光片；15-保護(hù)保護(hù)光闌；光闌；16-分劃板；分劃板；17透鏡玻璃；透鏡玻璃；18-出射光闌；出射光闌；19-保護(hù)玻璃保護(hù)玻璃上一頁下一頁返 回l根據(jù)全輻射強(qiáng)度定理，即物體的總輻射強(qiáng)度與根據(jù)全輻射強(qiáng)度定理，即物體的總輻射強(qiáng)度與物體

14、溫度的四次方成正比的關(guān)系來進(jìn)行測量的。物體溫度的四次方成正比的關(guān)系來進(jìn)行測量的。組成：組成：輻射感溫器和顯示儀表兩部分輻射感溫器和顯示儀表兩部分可用于測量可用于測量40020000C的高溫，多為現(xiàn)場安的高溫，多為現(xiàn)場安裝式結(jié)構(gòu)。裝式結(jié)構(gòu)。l為適應(yīng)現(xiàn)場高溫環(huán)境的要求，可在輻射感溫器為適應(yīng)現(xiàn)場高溫環(huán)境的要求，可在輻射感溫器外加裝水冷夾套。輻射高溫計(jì)測量的溫度稱為外加裝水冷夾套。輻射高溫計(jì)測量的溫度稱為輻射溫度，被測對(duì)象為非黑體時(shí)，要通過修正輻射溫度，被測對(duì)象為非黑體時(shí)，要通過修正才能得到非黑體的真實(shí)溫度。才能得到非黑體的真實(shí)溫度。 上一頁下一頁返 回(a):1云母基片；云母基片；2受熱靶面；受熱靶

15、面；3熱電耦絲；熱電耦絲；4引出線引出線(b):1-補(bǔ)償片；補(bǔ)償片；2-雙金屬片雙金屬片上一頁下一頁返 回1物鏡；物鏡；2外殼；外殼；3補(bǔ)償光闌；補(bǔ)償光闌；4座架；座架；5熱電堆；熱電堆；6接線柱；接線柱；7穿線套；穿線套；8蓋；蓋；9目鏡；目鏡；10校正片；校正片；11小齒軸小齒軸上一頁下一頁返 回對(duì)于輻射式溫度計(jì)，它是以絕對(duì)黑體的輻射能為基準(zhǔn)對(duì)于輻射式溫度計(jì)，它是以絕對(duì)黑體的輻射能為基準(zhǔn)對(duì)儀器進(jìn)行分度的，所以儀器測出的值稱為輻射溫度。對(duì)儀器進(jìn)行分度的，所以儀器測出的值稱為輻射溫度。輻射溫度的定義輻射溫度的定義：黑體的總輻射能等于非黑體的總輻：黑體的總輻射能等于非黑體的總輻射能時(shí)，此黑體的溫

16、度即為非黑體的輻射溫度。根據(jù)射能時(shí)，此黑體的溫度即為非黑體的輻射溫度。根據(jù)全輻射強(qiáng)度定理，總輻射能相等，則有：全輻射強(qiáng)度定理，總輻射能相等，則有：44FTTT41TFTT因?yàn)榉呛隗w因?yàn)榉呛隗wT 1，則，則TFT因此用輻射溫度計(jì)測出的溫度要比物體的真實(shí)溫度低。因此用輻射溫度計(jì)測出的溫度要比物體的真實(shí)溫度低。上一頁下一頁返 回l 原理：原理：通過測量熱輻射體在兩個(gè)或兩個(gè)以上波長的光譜輻射通過測量熱輻射體在兩個(gè)或兩個(gè)以上波長的光譜輻射亮度之比來測量溫度。亮度之比來測量溫度。 當(dāng)溫度變化時(shí)，物體的最大單色輻射出射度將向波長增大或當(dāng)溫度變化時(shí)，物體的最大單色輻射出射度將向波長增大或減小的方向移動(dòng)。使兩個(gè)固定波長減小的方向移動(dòng)。使兩個(gè)固定波長1和和2下的光譜輻射出射度比下的光譜輻射出射度比值變化。因此，測出兩者比值即可知被測溫度。值變化。因此，測出兩者比值即可知被測溫度。特點(diǎn)：特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，響應(yīng)快，可觀