測試與檢測技術(shù)基礎(chǔ)(8輻射測溫)-934501674

復(fù)習(xí)§2-1-2熱電阻測溫特點(diǎn)：精度高、穩(wěn)定性好，靈敏度高，測平均溫度；體積大，動(dòng)態(tài)特性差（指標(biāo)準(zhǔn)熱電阻）。一、常用的熱電阻元件鉑熱電阻Pt50Pt100（R0=100Ω）Pt300銅熱電阻Cu50Cu100其他二、熱電阻測量工業(yè)上①不平衡電橋，②自動(dòng)平衡電橋試驗(yàn)室中①平衡電橋，②電位差計(jì)熱電阻溫度變送器二、三線制（不平衡電橋）三、熱電阻校驗(yàn)與誤差自熱§2-1-3、其他接觸式測溫儀表玻璃溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)§2-1-4接觸式測溫技術(shù)與誤差分析一、管道中流體溫度測量導(dǎo)熱誤差分析消退誤差的方法保溫(Tw↑)、增加al、減小l和d二、高溫氣體溫度測量輻射誤差分析消退誤差的方法遮熱罩、抽氣、雙電偶高速氣流溫度測量速度誤差分析1.

氣流總溫與靜溫靜溫是氣體分子無規(guī)熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的反映，記為T0動(dòng)溫是氣體分子有規(guī)定向運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的反映，記為總溫靜溫測量：傳感器靜止于高速氣流中，必有相對(duì)速度，傳感器測得的不是靜溫。總溫測量：T*～Tr（有效溫度－傳感器指示值）。復(fù)原系數(shù)：表示氣流被傳感器滯止復(fù)原為內(nèi)能的實(shí)力速度誤差四、壁面溫度測量

壁面溫度測量二種方式：①接觸式熱電偶熱電阻適合保溫狀況②非接觸式輻射溫度計(jì)適合袒露表面

接觸式壁面溫度測量解決的主要問題：由于接觸，破壞了被測壁面溫度場，產(chǎn)生測量誤差。當(dāng)ts>ta,tr<ts測量溫度（熱接點(diǎn)溫度tr）低于壁面實(shí)際溫度ts熱電偶焊接測溫試驗(yàn)室常用影響壁面溫度測量精度的因素1)

與熱電偶同被測壁面接觸方式有關(guān)基本接觸方式：點(diǎn)接觸、分立接觸、等溫線接觸。導(dǎo)熱分析：三種狀況除接觸方式不同外，其余條件同。但接觸點(diǎn)處溫度不同：點(diǎn)接觸，tr下降最大；分立接觸，熱量由二點(diǎn)處導(dǎo)出，每一接點(diǎn)因?qū)С鰺崃啃《箃r下降較點(diǎn)接觸為?。坏葴鼐€接觸，接觸點(diǎn)處導(dǎo)出熱量微小，tr下降甚微。由導(dǎo)熱分析可知，以等溫線接觸方式誤差最小。2)

與壁面材料導(dǎo)熱性能有關(guān)導(dǎo)出熱量q由接點(diǎn)四周壁面匯合于接點(diǎn)。若熱電偶材料、壁面溫度ts、環(huán)境溫度ta確定時(shí)，導(dǎo)出熱量q確定。，明顯，λ↑，（ts-tr）↓,即導(dǎo)熱誤差減小。3)

與熱電偶材料導(dǎo)熱性能、幾何尺寸有關(guān)熱電偶材料λ↓，導(dǎo)出熱量q↓，（ts-tr）↓；熱電偶d↓,l↑,則q↓，（ts-tr）↓。4)與接點(diǎn)四周傳熱有關(guān)，保溫可以大大降低壁面溫度測量誤差?！?-1-3非接觸式溫度測量

接觸式測溫的局限性：a).測溫范圍受限，不超過2800℃b).破壞溫度場，測得的溫度為溫度場被破壞后的溫度（如壁面溫度測量）。c).難以測量運(yùn)動(dòng)體溫度，尤其轉(zhuǎn)動(dòng)體非接觸式溫度測量可克服以上缺點(diǎn)，且具有響應(yīng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。但：結(jié)構(gòu)困難、精度在可比的范圍內(nèi)不及接觸式溫度測量測量結(jié)果與放射率有關(guān)光學(xué)高溫計(jì)1.

工作原理

利用發(fā)熱物體單色輻射強(qiáng)度隨溫度變更，通過亮度比較實(shí)現(xiàn)溫度測量。無線電波紅外線可見光紫外線倫琴射線射線熱射線電磁波譜波長l

m約為0.4-600m250000246108500015000350002000010000300001400℃1200℃1000℃800℃600℃λ/μm1.155×10－6Eλ,0/Wm-2

普朗克定律圖示dλ250000246108500015000350002000010000300001400℃1200℃1000℃800℃600℃λ/μm1.155×10－6Eλ,0/Wm-2

普朗克定律圖示dλ

普郎克公式對(duì)確定黑體：

溫度3000K以下，可用維恩公式代替，誤差在0.3K以內(nèi)：對(duì)于非黑體需用黑度系數(shù)修正

亮度與溫度關(guān)系（實(shí)際物體）波長下，亮度B和它的E成正比。光學(xué)高溫計(jì)中，亮度與溫度關(guān)系為：已知輻射率(黑度)，測量特定波長輻射亮度，可以得到被測物體的溫度。亮度測量通過亮度平衡法實(shí)現(xiàn)。2.

亮度溫度

光學(xué)高溫計(jì)以確定黑體（＝1）刻度。只有當(dāng)＝1，被測物體溫度才真正等于示值溫度。稱示值溫度為被測物體“亮度溫度”。

定義：在波長為的單色輻射中，若物體在溫度T時(shí)的亮度B和確定黑體在溫度Ts時(shí)的亮度B0相等，則把確定黑體溫度Ts稱為被測物體在波長時(shí)的亮度溫度。

亮度溫度與實(shí)際溫度關(guān)系隱滅式光學(xué)高溫計(jì)

單色：0.62~0.72mm

紅色濾光片（5）

吸取玻璃（2）1物鏡2吸取玻璃（高溫）3燈絲4目鏡5紅色濾光片6溫度指示（電流）7燈絲亮度調(diào)整光學(xué)高溫計(jì)實(shí)物全輻射高溫計(jì)1.

工作原理

由全輻射強(qiáng)度與溫度關(guān)系，通過測全輻射能量→溫度全輻射定律（斯蒂芬－波爾茨曼積分）

全輻射能量測量用光電池、熱電堆輻射溫度

被測物體的“輻射溫度”（示值溫度，類似亮度溫度的概念），以Tp表示。輻射溫度與被測物體真實(shí)溫度關(guān)系為：

2.

影響測溫精度的因素

非黑體輻射的影響變更，產(chǎn)生誤差。

中間介質(zhì)影響輻射介質(zhì)、煙氣（空氣）、

距離系數(shù)（L／D）影響L／D有確定限制。太大，在熱電堆平面上成像太小，接收輻射能少，示值偏低；太小時(shí)，物像大，參比端溫度上升，示值下降。環(huán)境溫度影響太高，熱電堆參比端溫度增高，增加測量誤差。三、比色高溫計(jì)1.

工作原理通過單色輻射強(qiáng)度（或亮度）比值與溫度關(guān)系，通過測比值→溫度

整理得其中：測Eλ1/Eλ2之值，可求T單色輻射強(qiáng)度值檢測

比色溫度類似亮度溫度的概念有比色溫度。實(shí)際是溫度計(jì)的示值溫度，稱“比色溫度”，以TC表示。比色溫度與被測物體真實(shí)溫度關(guān)系為：

2.

特點(diǎn)抗拒單色黑度系數(shù)變更對(duì)測量結(jié)果的影響：變更相對(duì)于ελ1、ελ2，的變更要小，尤其選擇適當(dāng)?shù)摩?、λ2。中間介質(zhì)影響相對(duì)較小。被測目標(biāo)無須充溢視場接受光探測器，響應(yīng)快、可遠(yuǎn)傳、可記錄。困難、價(jià)格貴。§2-1-3紅外在溫度場測量中的應(yīng)用紅外測溫原理與單色、比色高溫計(jì)相同，只是接受波段不同近紅外：～1；中紅外：3～5mm；遠(yuǎn)紅外：8～14mm；二、熱象儀與紅外成像陣列（紅外CCD?）

工作原理簡述：利用紅外成像（掃描）原理，測量物體表面溫度分布。攝取被測物體的紅外輻射通量的分布，利用紅外探測器，轉(zhuǎn)換成物體各部分放射出的紅外輻射成正比的序列電信號(hào)，綜合、處理，得物體放射紅外輻射通量的分布圖象，稱為熱圖或溫度圖。

制冷非制冷遠(yuǎn)紅外：7～14mm常溫（低溫）輻射與輻射率維恩位移定理mT＝2897mmK幾種物體的放射率

材料

溫度/oC

發(fā)射率ε

人皮膚

土壤(干)

水

巖石(石英巖)

(大理石)

鋁

銅

鐵

鋼

油膜(厚0.0508mm)

(厚0.0254mm)

沙

混凝土

32

20

20

20

20

100

100

40

100

20

20

20

20

0.98-0.99

0.92

0.96

0.63

0.94

0.05

0.03

0.21

0.07

0.46

0.27

0.90

0.92常溫物體的輻射波長確定了所需的輻射探測系統(tǒng)波長為遠(yuǎn)紅外成像(鏡頭)與探測(傳感器)成像－紅外鏡頭（紅外透過）金屬鍺鏡頭（7－14mm）探測－紅外成像陣列低溫工作的紅外焦平面陣列光子型HgCdTe(碲鎘汞)InSb(銻化銦)PtSi非本征Si靈敏度高(<0.1C)響應(yīng)快(ms或ms)非致冷紅外焦平面陣列熱電型熱電阻氧化釩(VOx)非晶硅(α-Si)鈦(Ti)熱釋電鈦酸鍶鋇(BST)簡潔價(jià)廉靈敏度稍低像素（輻射傳感器）紅外熱像儀圖

典型：320×240像素

一個(gè)像素-單個(gè)傳感器灰度-溫度

（人工彩圖－溫度指示）紅外熱像儀指標(biāo)DetectorType:MonolithicResistiveBolometer－AmorphousSiliconThermaltimeconstant: 4msecTypicalResolution:320x240PixelPitch:45msquareSpectralresponse: