熱工測(cè)量儀表非接觸測(cè)溫

第一節(jié)輻射測(cè)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%維恩公式現(xiàn)在是1頁\一共有29頁\編輯于星期三第一節(jié)輻射測(cè)溫基本原理規(guī)律：a)T上升，M0λ增大。b)T高，M0λ的峰值對(duì)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現(xiàn)在是2頁\一共有29頁\編輯于星期三第一節(jié)輻射測(cè)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現(xiàn)在是3頁\一共有29頁\編輯于星期三第一節(jié)輻射測(cè)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)?，F(xiàn)在是4頁\一共有29頁\編輯于星期三第一節(jié)輻射測(cè)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(cè)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現(xiàn)在是5頁\一共有29頁\編輯于星期三第一節(jié)輻射測(cè)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)的靈敏度高現(xiàn)在是6頁\一共有29頁\編輯于星期三第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)

光學(xué)高溫計(jì)光電高溫計(jì)

現(xiàn)在是7頁\一共有29頁\編輯于星期三一、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(huì)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(cè)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(duì)應(yīng)的溫度是不同。因此某一亮度下儀表應(yīng)對(duì)應(yīng)標(biāo)注何種溫度？2）解決辦法：儀表標(biāo)注的是黑體對(duì)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：現(xiàn)在是8頁\一共有29頁\編輯于星期三3)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(cè)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?，F(xiàn)在是9頁\一共有29頁\編輯于星期三第二節(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)現(xiàn)在是10頁\一共有29頁\編輯于星期三現(xiàn)在是11頁\一共有29頁\編輯于星期三1）測(cè)量時(shí)，如燈絲亮度比輻射熱源（被測(cè)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(cè)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(cè)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)和工作原理現(xiàn)在是12頁\一共有29頁\編輯于星期三(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(cè)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(cè)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(cè)者看到的光譜輻射亮度由于故知道τλ、T，可求T1現(xiàn)在是13頁\一共有29頁\編輯于星期三2)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(cè)溫度變化時(shí)，對(duì)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(cè)溫下限由于人眼是感受件，只能看到可見光，這限制了被測(cè)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現(xiàn)在是14頁\一共有29頁\編輯于星期三（1）減少ελ的影響：光譜發(fā)射率ελ不是常數(shù)，給測(cè)量帶來誤差。盡量創(chuàng)造全輻射體的輻射條件。

例如測(cè)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)現(xiàn)在是15頁\一共有29頁\編輯于星期三（2）由于中間介質(zhì)的影響：光學(xué)高溫計(jì)不要距離被測(cè)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(cè)物體之間的灰塵、煙霧、二氧化碳等對(duì)輻射都有吸收作用，造成誤差。（3）光學(xué)高溫計(jì)不宜測(cè)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(cè)量準(zhǔn)確度比熱電偶、熱電阻低，并不能測(cè)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)現(xiàn)在是16頁\一共有29頁\編輯于星期三現(xiàn)在是17頁\一共有29頁\編輯于星期三四、光電高溫計(jì)1光學(xué)高溫計(jì)的問題：測(cè)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(cè)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(hào)。此信號(hào)經(jīng)電子放大器放大后被測(cè)量，其大小對(duì)應(yīng)被測(cè)物體的溫度。光電高溫計(jì)時(shí)自動(dòng)連續(xù)測(cè)溫儀表。第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)現(xiàn)在是18頁\一共有29頁\編輯于星期三四、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)現(xiàn)在是19頁\一共有29頁\編輯于星期三3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(cè)量，響應(yīng)快。第二節(jié)單色輻射高溫計(jì)四、光電高溫計(jì)現(xiàn)在是20頁\一共有29頁\編輯于星期三第三節(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(cè)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(cè)其溫度輸出熱電勢(shì)信號(hào)。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(shì)，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？現(xiàn)在是21頁\一共有29頁\編輯于星期三第三節(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(duì)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(duì)黑體對(duì)應(yīng)的溫度）2）輻射溫度：被測(cè)物體真實(shí)溫度為T，其對(duì)應(yīng)的輻射出射度M，絕對(duì)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(cè)物體的實(shí)際溫度。

為被測(cè)物體發(fā)射率三輻射溫度現(xiàn)在是22頁\一共有29頁\編輯于星期三第三節(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(cè)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(cè)物體的直徑，被測(cè)物體與溫度計(jì)之間的距離）的范圍，否則會(huì)引起較大的誤差。L太大，被測(cè)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(shì)下降，指示偏低，且中間介質(zhì)影響大，也造成指示偏低?，F(xiàn)在是23頁\一共有29頁\編輯于星期三第四節(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)現(xiàn)在是24頁\一共有29頁\編輯于星期三第四節(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(cè)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(cè)波長λ1，λ2下的光譜輻射亮度兩式相除后取對(duì)數(shù)，整理后：比色溫度現(xiàn)在是25頁\一共有29頁\編輯于星期三第四節(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(duì)黑體（Ts）在兩個(gè)波長λ1，和λ2的亮度比，絕對(duì)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)射率現(xiàn)在是26頁\一共有29頁\編輯于星期三第四節(jié)比色高溫計(jì)二比色高溫計(jì)的特點(diǎn)：1）對(duì)于絕對(duì)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(duì)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(duì)于其它物體，視ελ1和ελ2的大小而定?，F(xiàn)在是27頁\一共有29頁\編輯于星期三2）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(cè)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(duì)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(cè)溫中間介質(zhì)加水蒸汽，二氧化碳、