熱工測量儀表非接觸測溫

第一節(jié)輻射測溫基本原理

一、黑體的光譜輻射出射度M0λ和輻射出射度M01光譜輻射出射度M0λ1）全幅射體的輻射出射度M0λ（單位：w/m3）與波長λ和溫度T有關(guān)（普朗克定律）為波長；c1，c2為普朗克第一，第二輻射常數(shù)3.7413*10-16(w.m2)1.4388*10-2(m.K)2）使用條件：溫度低于3000K，波長較短的可見光范圍內(nèi)，用維恩公式代替普朗克定律，誤差不超過1%維恩公式目前一頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第一節(jié)輻射測溫基本原理規(guī)律：a)T上升，M0λ增大。b)T高，M0λ的峰值對應(yīng)的波長變短。M0λ的峰值處的輻射波長λm與T的關(guān)系遵循維恩偏移定律：λmT=2897μm.kλ3）光譜輻射出射度M0λ圖一、黑體的光譜輻射出射度M0λ和輻射出射度M01光譜輻射出射度M0λ目前二頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第一節(jié)輻射測溫基本原理2

黑體輻射出射度M01）M0與M0λ的關(guān)系M0是波長從0∞之間全部光譜輻射出射度的總和2）M0的公式（斯忒潘—玻耳茲曼定律:)

物體的總的輻射出射度與溫度的四次方成正比

σ斯忒藩－波爾茲曼常數(shù),5.67032*10-8W/(m2.K4)

一、黑體的光譜輻射出射度M0λ和輻射出射度M0目前三頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第一節(jié)輻射測溫基本原理二、灰體的光譜輻射出射度Mλ’和輻射出射度M’1）灰體的定義：如果物體的輻射光譜是連續(xù)的，且在所以波長下常數(shù)，則該物體稱為灰體。2）灰體的發(fā)射率：灰體的輻射出射度和通一溫度下全輻射體的輻射出射度之比，3）灰體的Mλ’

（普朗克定律）

M’（斯忒潘—玻耳茲曼定律）是小于1的常數(shù)。目前四頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第一節(jié)輻射測溫基本原理由于實(shí)際存在的物體，其特性并不完全像灰體，所以需修正：1）光譜輻射出射度Mλ（普朗克定律）：

2）輻射出射度M（斯忒潘—玻耳茲曼定律）注意：光譜發(fā)射率ελ和發(fā)射率ε，其值在0-1之間,都不是常數(shù),用實(shí)驗(yàn)的方法測定。ε與溫度、該物體的特性和表面情況有關(guān)，ελ則按基爾霍夫定律還與有關(guān)。三、實(shí)際物體的光譜輻射出射度Mλ和輻射出射度M目前五頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第一節(jié)輻射測溫基本原理四、單色輻射高溫計(jì)和輻射溫度計(jì)1）應(yīng)用普朗克定律制作的單色輻射高溫計(jì)2）應(yīng)用輻射定律制作的輻射高溫計(jì)3）當(dāng)溫度變化時(shí)，光譜輻射出射度的增長要比輻射出射度的增長要快得多。單色輻射高溫計(jì)的靈敏度高目前六頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)

光學(xué)高溫計(jì)光電高溫計(jì)

目前七頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)一、光學(xué)高溫計(jì)

由普朗克定律知道，物體的光譜輻射出射率M與溫度有關(guān)，而物體在高溫下會發(fā)光，稱亮度，因亮度L與光譜輻射出射率M成正比，故通過測物體亮度L可求物體的溫度。L=cM=cελM0

c-比例常數(shù)。2由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需解決的問題：亮度溫度1）問題提出：同樣亮度L，由于物體ελ不同，所以物體對應(yīng)的溫度是不同。因此某一亮度下儀表應(yīng)對應(yīng)標(biāo)注何種溫度？2）解決辦法：儀表標(biāo)注的是黑體對應(yīng)的溫度Ts，即亮度溫度，實(shí)際物體的真實(shí)溫度要進(jìn)行修正。第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)1基本工作原理：目前八頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)3)亮度溫度Ts：當(dāng)物體在輻射波長為，溫度為時(shí)T，其光譜輻射亮度L和黑體在輻射波長為，溫度為Ts時(shí)的光譜輻射亮度L0相等，則把Ts稱為這個(gè)物體在波長下的亮度溫度。4)由亮度溫度Ts如何求物體的真實(shí)溫度T已知物體的輻射發(fā)射率ελ，將維恩公式代入：一、光學(xué)高溫計(jì)

第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)2由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需解決的問題：亮度溫度兩者的亮度相等，故：注：0<ελ<1,測得的亮度溫度總是低于真實(shí)溫度，ελ越小，亮度溫度與真實(shí)溫度的差別越大。目前九頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)二、光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理1結(jié)構(gòu)目前十頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)目前十一頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)1）測量時(shí)，如燈絲亮度比輻射熱源（被測物體）亮度低，則燈絲就在這個(gè)背景下呈現(xiàn)出暗的弧線2）如如燈絲亮度比輻射熱源（被測物體）亮度高，則燈絲就在較暗的背景下呈現(xiàn)出亮的弧線3）如兩者亮度一樣，則燈絲就隱滅在發(fā)光背景里4）由毫安計(jì)的讀數(shù)就是被測物體的亮度溫度這種光學(xué)高溫計(jì)叫“隱絲式光學(xué)高溫計(jì)”。2工作原理第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)二、光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理目前十二頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)(1)問題：由于亮度超過14000C時(shí)，鎢絲易發(fā)生升華，（電阻值改變，且在燈泡玻璃上形成薄膜，改變了燈絲的溫度－亮度特性），造成測量誤差。(2)灰色吸收玻璃的作用：加入吸收玻璃，在14000C以上時(shí)，可減弱熱源進(jìn)入儀表的亮度后，再和燈絲比較，加大光學(xué)高溫計(jì)的測量范圍。二、光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)3一些元器件的作用1)灰色吸收玻璃通過吸收玻璃后的光譜輻射亮度觀測者看到的光譜輻射亮度由于故知道τλ、T，可求T1目前十三頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)2)紅色濾光片的作用：μm內(nèi)進(jìn)行亮度比較。好處:在于當(dāng)被測溫度變化時(shí)，對于一般的工業(yè)用光學(xué)高溫計(jì)，可認(rèn)為波長λ變化被忽略，一般λ＝0.66μm4光學(xué)高溫計(jì)的測溫下限由于人眼是感受件，只能看到可見光，這限制了被測物體的溫度不能低于700℃二、光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)3一些元器件的作用目前十四頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)（1）減少ελ的影響：光譜發(fā)射率ελ不是常數(shù)，給測量帶來誤差。盡量創(chuàng)造全輻射體的輻射條件。

例如測量爐膛溫度，可插入一根細(xì)長而有底的陶瓷管l/d>10，在充分受熱后，從管口看進(jìn)去管子的底部就可近似認(rèn)為是全輻射體。三、使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)目前十五頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)（2）由于中間介質(zhì)的影響：光學(xué)高溫計(jì)不要距離被測物體太遠(yuǎn)，一般應(yīng)在1—2m之內(nèi)比較合適。光學(xué)高溫計(jì)和被測物體之間的灰塵、煙霧、二氧化碳等對輻射都有吸收作用，造成誤差。（3）光學(xué)高溫計(jì)不宜測反射光很強(qiáng)的物體，容易造成大誤差（4）光學(xué)高溫計(jì)的測量準(zhǔn)確度比熱電偶、熱電阻低，并不能測物體內(nèi)部溫度。三、使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)目前十六頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)目前十七頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)四、光電高溫計(jì)1光學(xué)高溫計(jì)的問題：測量時(shí)要手動(dòng)平衡亮度；人判定平衡點(diǎn)，平衡點(diǎn)還可能因人而易；故它不是連續(xù)性測量儀表，應(yīng)用受限制。2其工作原理：光電器件代替人眼，作為儀表的感受件感受輻射源的亮度變化，并轉(zhuǎn)換成與亮度成比例的電信號。此信號經(jīng)電子放大器放大后被測量，其大小對應(yīng)被測物體的溫度。光電高溫計(jì)時(shí)自動(dòng)連續(xù)測溫儀表。第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)目前十八頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)四、光電高溫計(jì)WDH-II光電高溫計(jì)的調(diào)制原理第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)目前十九頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)3缺點(diǎn)：光學(xué)元件互換性很差，更換元件時(shí)，整個(gè)儀表要進(jìn)行重新調(diào)整和分度。4優(yōu)點(diǎn)（l）無700℃的下限。因光電器件可感受可見光，紅外光波長（2）分辨率高，光學(xué)高溫計(jì)最高為0.5℃，而光電高溫計(jì)可達(dá)0.01～0.05℃；（3）精確度高，由于采用性能良好的單色器（4）可連續(xù)自動(dòng)測量，響應(yīng)快。第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)四、光電高溫計(jì)目前二十頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第三節(jié)輻射溫度計(jì)根據(jù)全輻射定律制成的溫度計(jì)，即全部波長的輻射能M0,溫度T。被測物體的輻射能經(jīng)物鏡聚焦在鉑箔上，使鉑箔溫度升高，由熱電堆測其溫度輸出熱電勢信號。熱電堆由幾支同樣的熱電偶同向串聯(lián)，其目的是增加輸出的熱電勢，提高靈敏度。一、基本工作原理二、輻射溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理熱電堆的作用？目前二十一頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第三節(jié)輻射溫度計(jì)1）問題：由于物體的的不同，同一輻射出射度M，在不同物體對應(yīng)不同溫度，所以顯示儀表上標(biāo)注的是儀表是輻射溫度（絕對黑體對應(yīng)的溫度）2）輻射溫度：被測物體真實(shí)溫度為T，其對應(yīng)的輻射出射度M，絕對黑體在溫度Tp時(shí)的輻射出射度M0，M=M0,溫度Tp稱為“輻射溫度”3)輻射溫度低于被測物體的實(shí)際溫度。

為被測物體發(fā)射率三輻射溫度目前二十二頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第三節(jié)輻射溫度計(jì)四輻射溫度計(jì)使用時(shí)的注意事項(xiàng)：（1）ε影響。盡量創(chuàng)造全輻射體的輻射條件（2）中間介質(zhì)的影響，測量距離不可太遠(yuǎn)（3）熱電偶冷端溫度影響。（4）按規(guī)定D/L（被測物體的直徑，被測物體與溫度計(jì)之間的距離）的范圍，否則會引起較大的誤差。L太大，被測物體在熱電堆上成像太小，不能全部覆蓋住熱電堆十字平面，使熱電堆接受的輻射能減小，指示偏低。L太小，物像照到光闌邊緣和接近熱電堆的其它零件上，使冷端溫度升高，造成熱電勢下降，指示偏低，且中間介質(zhì)影響大，也造成指示偏低。目前二十三頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第四節(jié)比色高溫計(jì)一、比色高溫計(jì)的原理二、雙色比色高溫計(jì)實(shí)例三、三色比色高溫計(jì)目前二十四頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第四節(jié)比色高溫計(jì)一原理：根據(jù)維恩偏移定律工作的溫度計(jì)。通過測物體兩個(gè)不同波長下的光譜輻射出射度的比值推得溫度。1推導(dǎo)過程（黑體）通過測波長λ1，λ2下的光譜輻射亮度兩式相除后取對數(shù)，整理后：比色溫度目前二十五頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第四節(jié)比色高溫計(jì)2實(shí)際物體的溫度（1）比色溫度：實(shí)際物體（溫度T）在兩個(gè)波長λ1，和λ2的相應(yīng)亮度比值等于絕對黑體（Ts）在兩個(gè)波長λ1，和λ2的亮度比，絕對黑體的溫度Ts就稱為實(shí)際物體的比色溫度。（2）實(shí)際物體的溫度公式：根據(jù)定義，用維恩公式，可導(dǎo)出：ελ1ελ2為實(shí)際物體的在波長λ1，和λ2時(shí)的光譜發(fā)射率目前二十六頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)第四節(jié)比色高溫計(jì)二比色高溫計(jì)的特點(diǎn)：1）對于絕對黑體T=Ts，因?yàn)棣纽?=ελ2=1；灰體同樣T=Ts，由于ελ1=ελ2

1；一般物體TTs由于ελ1

ελ2對于金屬物體，一般是短波λ1的ελ1，大于長波λ2的ελ2，ελ1>ελ2則>0，T<Ts比色溫度高于物體實(shí)際溫度。對于其它物體，視ελ1和ελ2的大小而定。目前二十七頁\總數(shù)二十九頁\編于四點(diǎn)2）比色高溫計(jì)和單色輻射高溫計(jì)、輻射溫度計(jì)相比較，測量準(zhǔn)確度更高。因?yàn)閷?shí)際物體一般ελ1和ελ2的比值變化相對要比ελ和ε的單位變化小得多，3）比色高溫計(jì)可在周圍環(huán)境較惡劣下測溫中間介質(zhì)加水蒸汽，二氧化碳、