第三章非接觸式測溫(第二部分)

非接觸式測溫上一頁下一頁返回

高溫測量中應(yīng)用最廣泛，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。 任何物體處于絕對零度以上時(shí)，都會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)對準(zhǔn)被測物體，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，它沒有上限，可以測量高溫。 非接觸測溫儀表分類：光學(xué)高溫計(jì)、紅外輻射儀1.熱輻射基本定理

輻射換熱是三種基本的熱交換形式之一

波長范圍：10-3m～10-8m在低溫時(shí)，物體輻射能量很小，主要發(fā)射的是紅外線。隨著溫度的升高，輻射能量急劇增加，輻射光譜也向短的方向移動(dòng)，在5000C左右時(shí)。輻射光譜包括了部分可見光；到8000C時(shí)可見光大大增加，即呈現(xiàn)“紅熱”；如果到30000C時(shí)，輻射光譜包括更多的短波成分，使得物體呈現(xiàn)“白熱”。輻射測溫的基本原理：觀察灼熱物體表面的“顏色”來大致判斷物體的溫度。①普朗克定律(單色輻射強(qiáng)度定律)溫度為T的單位面積元的絕對黑體，在半球面方向所輻射的波長為的輻射出射度為式中，c―光速；h―普朗克常數(shù)，6.626176×10-34J·s； k―波爾茲曼常數(shù)，1.38066244×10-23J/K； C1―第一輻射常數(shù)，＝3.7418×10-16W·m2；C2―第二輻射常數(shù)，＝1.4388×10-12m·K；T―絕對溫度。公式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是它對于低溫與高溫都是適用的②維恩公式理論上說明了黑體在各種溫度下能量波長分布的規(guī)律公式簡單，但是僅適用于不超過3000K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)就僅僅是溫度的函數(shù)，即上式就是光學(xué)高溫計(jì)和比色高溫計(jì)測溫的理論根據(jù)

上一頁下一頁返回③斯蒂芬－波爾茲曼定律

（全輻射強(qiáng)度定律，四次方定律）溫度為T的絕對黑體，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T的四次方成正比。式中，σ―斯蒂芬－波爾茲曼常數(shù)，5.66961×10-3W/(m2·K4)。上式就是輻射式溫度計(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。上一頁下一頁返回2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；

標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)高溫計(jì)用于量值的傳遞，例如，在物質(zhì)熔點(diǎn)、熱容量和相變點(diǎn)的測定中使用。 光學(xué)高溫計(jì)可用來測量800～32000C的高溫。

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)。

光學(xué)高溫計(jì)測量的溫度稱為亮度溫度(TL)，被測對象為非黑體時(shí)，要通過修正才能得到非黑體的真實(shí)溫度。上一頁下一頁返回工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)分類隱絲式

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)，燈泡的亮度就代表了被測物體的亮度溫度。恒定亮度式

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。上一頁下一頁返回隱絲式光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)系統(tǒng)

紅色濾波片，造成一個(gè)較窄的有效波長

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)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。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

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。上一頁下一頁返回WGG2-201型光學(xué)高溫計(jì)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3光電高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)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)對亮度無法進(jìn)行平衡。光電高溫計(jì)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。它采用新型的光電器件，自動(dòng)進(jìn)行平衡，達(dá)到連續(xù)測量的目的。上一頁下一頁返回主要特點(diǎn)：①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；②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；③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連續(xù)測量的特性；④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；⑤采用新型光敏元件，測量范圍寬，約為200～16000C。上一頁下一頁返回WDL-31型光電高溫計(jì)的工作原理1－物鏡；2－同步信號發(fā)生器；3－調(diào)制鏡；4－微電機(jī)；5－反光鏡；6－聚光鏡；7－參比燈；8－探測元件上一頁下一頁返回(1)瞄準(zhǔn)光路由物鏡對0.5m～處被測物體調(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1－調(diào)制鏡；2－微電機(jī)；3－反光鏡；4－可變光闌；5－聚光鏡組；6－參比燈；7-目鏡組8、9-保護(hù)窗；10－物鏡；11-入射光瞳；12-衰減玻璃；13－探測元件；14-濾光片；15-保護(hù)光闌；16-分劃板；17－透鏡玻璃；18-出射光闌；19-保護(hù)玻璃上一頁下一頁返回4輻射溫度計(jì)根據(jù)全輻射強(qiáng)度定理，即物體的總輻射強(qiáng)度與物體溫度的四次方成正比的關(guān)系來進(jìn)行測量的。

組成：輻射感溫器和顯示儀表兩部分 可用于測量400～20000C的高溫，多為現(xiàn)場安裝式結(jié)構(gòu)。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)測量的溫度稱為輻射溫度，被測對象為非黑體時(shí)，要通過修正才能得到非黑體的真實(shí)溫度。上一頁下一頁返回?zé)犭姸呀Y(jié)構(gòu)和補(bǔ)償光闌(a):1－云母基片；2－受熱靶面；3－熱電耦絲；4－引出線(b):1-補(bǔ)償片；2-雙金屬片上一頁下一頁返回WFT-202型輻射感溫器結(jié)構(gòu)1－物鏡；2－外殼；3－補(bǔ)償光闌；4－座架；5－熱電堆；6－接線柱；7－穿線套；8－蓋；9－目鏡；10－校正片；11－小齒軸上一頁下一頁返回輻射溫度

對于輻射式溫度計(jì)，它是以絕對黑體的輻射能為基準(zhǔn)對儀器進(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：黑體的總輻射能等于非黑體的總輻射能時(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：因?yàn)榉呛隗wεT<1，則TF<T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5比色溫度計(jì)

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減小的方向移動(dòng)。使兩個(gè)固定波長λ1和λ2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。

特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，響應(yīng)