熱工課件-lecture p非接觸式溫度測(cè)量

接觸式溫度測(cè)量的缺點(diǎn)

傳感器必須經(jīng)得起被測(cè)溫度條件下各種氣氛的腐蝕、氧化、污染、還原、甚至振動(dòng)等考驗(yàn)敏感元件可能較大地歪曲了溫度的原始分布有些運(yùn)動(dòng)著的物體，幾乎無(wú)法用接觸方式實(shí)現(xiàn)其溫度的連續(xù)測(cè)量接觸式溫度傳感器不能承受超出其適用范圍的高溫條件非接觸式光學(xué)測(cè)溫基于熱輻射原理兩類(lèi)光學(xué)輻射式高溫計(jì)紅外輻射儀非接觸式溫度測(cè)量熱輻射的理論基礎(chǔ)帶電粒子熱運(yùn)動(dòng)就過(guò)程稱(chēng)為熱輻射。熱輻射-任何物體的溫度只要高于絕對(duì)零度時(shí)，其會(huì)向外發(fā)射出不同波長(zhǎng)的電磁波，該電磁波的不同的溫度范圍其熱輻射波段不同熱輻射的理論基礎(chǔ)熱輻射的理論基礎(chǔ)熱輻射溫度探測(cè)器所能接受的熱輻射波段約為0.3

~

40

m熱輻射溫度探測(cè)器大多工作在可見(jiàn)光和紅外光的某波段或波長(zhǎng)下。熱輻射的理論基礎(chǔ)熱輻射的理論基礎(chǔ)定律-絕對(duì)黑體的單色輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化規(guī)律\單色輻射強(qiáng)度峰值的波長(zhǎng)與溫度相關(guān)熱輻射的理論基礎(chǔ)215c)

1]1

(W

cm2

m1

)TE

c

[exp(0公式可用公式代替，誤差在0.3

K熱輻射的理論基礎(chǔ)

公式-溫度在3000K以下以?xún)?nèi)絕對(duì)黑體的全輻射定律-黑體在=0

~

的全部輻射能量熱輻射的理論基礎(chǔ))1c

2

T0exp(

E

c

5

401510

00E

e

1

dc2

TE d

c

T0熱輻射的理論基礎(chǔ)灰體物體的輻射光譜是連續(xù)的單色輻射強(qiáng)度E

=

f()和同溫度下的絕對(duì)黑體的相應(yīng)曲線相似熱輻射的理論基礎(chǔ)

0

~

E

E0

灰體的全部輻射能E E0

-相對(duì)輻射能力、輻射率、黑度或黑度系數(shù)熱輻射的理論基礎(chǔ)E0和E0隨溫度的變化曲線當(dāng)溫度升高時(shí)單色輻射強(qiáng)度要比全輻射能的增長(zhǎng)快得多單色輻射光學(xué)高溫計(jì)要比全輻射高溫計(jì)靈敏高熱輻射的理論基礎(chǔ)E0(=0.65m)E0實(shí)際物體在波長(zhǎng)下的亮度B與溫度的關(guān)系單色輻射式光學(xué)測(cè)溫原理、亮度溫度和實(shí)際溫度亮度與亮度溫度物體在高溫狀態(tài)下會(huì)發(fā)光，當(dāng)溫度高于700C就會(huì)明顯地發(fā)出可見(jiàn)光，具有一定的亮度物體在波長(zhǎng)下的亮度B和E成正比B

CE根據(jù)

公式，黑體在波長(zhǎng)下的亮度B0與溫度的關(guān)系210C

Ts

5B

CC

e2

15

C

T

B

C

C

e亮度與亮度溫度可以根據(jù)物體的單色亮度確定其溫度-單色輻射高溫計(jì)–亮度B相同，但其實(shí)際溫度因不同而不同解決方案：?jiǎn)紊椛涔鈱W(xué)高溫計(jì)的刻度按絕對(duì)黑體(

=1)，測(cè)溫時(shí)用被測(cè)物體的修正亮度溫度-在波長(zhǎng)為的單色輻射中，若物體在溫度T時(shí)的亮度B和絕對(duì)黑體在溫度TS時(shí)的亮度相等，則把絕對(duì)黑體溫度TS稱(chēng)為被測(cè)物體在波長(zhǎng)時(shí)的亮度溫度測(cè)到的亮度溫度總是低于物體真實(shí)溫度單色輻射式光學(xué)測(cè)溫原理、亮度溫度和實(shí)際溫度TS

T

C2

1

1

ln

1燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)一種典型的單色輻射光學(xué)高溫計(jì)在所有的輻射式溫度計(jì)中它的精度最高很多國(guó)家用來(lái)作為基準(zhǔn)儀器，復(fù)現(xiàn)金或銀的凝固點(diǎn)溫度以上的國(guó)際溫標(biāo)單色輻射式光學(xué)測(cè)溫原理、亮度溫度和實(shí)際溫度燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)一種典型的單色輻射光學(xué)高溫計(jì)單色輻射式光學(xué)測(cè)溫原理、亮度溫度和實(shí)際溫度物鏡吸收玻璃高溫計(jì)標(biāo)準(zhǔn)燈目鏡紅色濾光片67滑線電阻燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)標(biāo)準(zhǔn)燈經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，電流值與燈絲亮度關(guān)系成為已知燈絲的亮度溫度由毫伏表測(cè)出調(diào)整目鏡位置使觀測(cè)者能清晰地看到標(biāo)準(zhǔn)燈的弧形燈絲調(diào)整物鏡的位置使被測(cè)物體成像在燈絲平面上，在物像形成的發(fā)光背景上可以看到燈絲暗的弧線-燈絲亮度比被測(cè)物體的亮度低亮的弧線-燈絲亮度比被測(cè)物體的亮度高隱絲-亮度相等單色輻射式光學(xué)測(cè)溫原理、亮度溫度和實(shí)際溫度單色輻射式光學(xué)測(cè)溫原理、亮度溫度和實(shí)際溫度燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)吸收玻璃-保證標(biāo)準(zhǔn)燈泡鎢絲在不過(guò)熱的情況下能增加高溫計(jì)的測(cè)量范圍亮度溫度超過(guò)1400C，鎢絲開(kāi)始升華使其阻值改變，從而改變了燈絲的溫度亮度特性，造成測(cè)量誤差光路中要加入吸收玻璃，以減弱輻射源進(jìn)入光學(xué)高溫計(jì)的輻射強(qiáng)度利用最高亮度溫度不超過(guò)的1400

C鎢絲燈去測(cè)量比1400

C高的物體溫度被測(cè)物體的亮度溫T，經(jīng)過(guò)吸收玻璃使其亮度減弱。減弱后的亮度溫度T0吸收玻璃的減弱度A-光學(xué)高溫計(jì)的特征參數(shù)之一燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)在進(jìn)行被測(cè)物體和燈絲亮度比較時(shí)，必須加入紅色濾光片，以造成單色光（紅光）透過(guò)濾光片后人眼睛所能感覺(jué)到的光譜段,

=0.62–0.72

m光學(xué)高溫計(jì)的“有效波長(zhǎng)”-波段的重心波長(zhǎng),

0.65m重要的特征參數(shù)單色輻射式光學(xué)測(cè)溫原理、亮度溫度和實(shí)際溫度使用單色輻射高溫計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)非黑體輻射的影響把一根具有封底的細(xì)長(zhǎng)管到被測(cè)對(duì)象中去，管底的輻射就近似于黑體輻射。光學(xué)高溫計(jì)測(cè)得的管子底部溫度就可以視為被測(cè)對(duì)象的真實(shí)溫度中間介質(zhì)對(duì)熱輻射均可能有散射效應(yīng)或吸收作用而造成測(cè)量誤差高溫計(jì)與被測(cè)物體距離不宜太遠(yuǎn)，1

~

2

m被測(cè)對(duì)象光學(xué)高溫計(jì)不宜測(cè)量反射光很強(qiáng)的物體不能測(cè)量不發(fā)光的透明火焰不能測(cè)量測(cè)量冷光的“溫度”單色輻射式光學(xué)測(cè)溫原理、亮度溫度和實(shí)際溫度工業(yè)光學(xué)高溫計(jì)的誤差估計(jì)分度誤差用基準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)可以依次傳遞至一等和二等標(biāo)準(zhǔn)儀器用二等標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)進(jìn)行分度或校準(zhǔn)，存在分度誤差亮度平衡誤差4

C與毫伏指示儀誤差6

C吸收玻璃減弱度的測(cè)量誤差，A=1x

10

-6低量程分度誤差而引起高量程的誤差測(cè)量的誤差往往不小于10%，折合到溫度誤差單色輻射式光學(xué)測(cè)溫原理、亮度溫度和實(shí)際溫度光電自動(dòng)平衡法測(cè)溫用光電器件作為敏感元件感受輻射源的亮度變化將其轉(zhuǎn)換成與亮度成比例的電信號(hào)單色輻射式光學(xué)測(cè)溫原理、亮度溫度和實(shí)際溫度原理測(cè)出黑體的全輻射強(qiáng)度E0后就可知其溫度T全輻射光學(xué)高溫計(jì)-全輻射式測(cè)溫原理4E0

0T原理全輻射高溫計(jì)是按絕對(duì)黑體對(duì)象進(jìn)行分度的用它測(cè)量輻射率為的實(shí)際物體溫度，其示值并非真實(shí)溫度，而是被測(cè)物體的輻射溫度輻射溫度-溫度為T(mén)的物體全輻射能量E等于溫度為T(mén)P的絕對(duì)黑體全輻射能量E0時(shí)，則溫度TP稱(chēng)為被測(cè)物體的輻射溫度全輻射光學(xué)高溫計(jì)-全輻射式測(cè)溫原理使用全輻射高溫計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)全輻射的輻射率隨物體成分、表面狀態(tài)、溫度和輻射條件有著較大范圍的變化，應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地得到被測(cè)物體的輻射率中間介質(zhì)對(duì)熱輻射有較強(qiáng)的吸收，而且不同介質(zhì)對(duì)各波長(zhǎng)的吸收率也不相同，為此高溫計(jì)與被測(cè)物體之間距離不可太遠(yuǎn)使用時(shí)環(huán)境溫度不宜太高，以免引起熱電堆參比端溫度增高而增加測(cè)量誤差被測(cè)物體到高溫計(jì)之間距離L和被測(cè)物體的直徑D之比（L/D）有一定限制。

L/D太大，成像太小，不能全部覆蓋住熱電堆

形平面全輻射光學(xué)高溫計(jì)-全輻射式測(cè)溫原理全輻射高溫計(jì)測(cè)溫過(guò)程中誤差來(lái)源及分析分度誤差~16

C介質(zhì)吸收產(chǎn)生的誤差被測(cè)物體輻射率引起的誤差環(huán)境條件引起的誤差：環(huán)境溫度，L/D等全輻射高溫計(jì)不宜用來(lái)進(jìn)行精確測(cè)量，多用于中小型爐窯的溫度監(jiān)視全輻射光學(xué)高溫計(jì)-全輻射式測(cè)溫原理原理根據(jù)

偏移定律，當(dāng)溫度增高時(shí)絕對(duì)黑體的最大單色輻射強(qiáng)度向波長(zhǎng)減小的方向移動(dòng)，使兩個(gè)固定波長(zhǎng)1和2的亮度比隨溫度而變化測(cè)量其亮度比值即可知其相應(yīng)溫度比色測(cè)溫法與比色溫度對(duì)于固定1和2

0

2

B

B01

T

fc原理若溫度為T(mén)的實(shí)際物體在兩個(gè)不同波長(zhǎng)下的亮度比值與溫度為T(mén)c的絕對(duì)黑體在同樣兩波長(zhǎng)下的亮度比值相等，則把Tc稱(chēng)為實(shí)際物體的比色溫度比色法光學(xué)測(cè)溫有如下特點(diǎn)黑體，1

=2=1，T=Tc

；灰體，1

=21，T=Tc

；一般物體，1

2，T

Tc

；一般物體，|T–Tc|<|T–Ts|,|T–Tc|<|T–TP|金屬物體，1

<2,1

>2,T