第3章4辐射式温度计.pptVIP

第四节 辐射式温度计;第四节 辐射式温度计 ? 任何物体，其温度超过绝对零度，都会以电磁波的形式向周围辐射能量。这种电磁波是由物体内部带电粒子在分子和原子内振动产生的，其中与物体本身温度有关传播热能的那部分辐射，称为热辐射。而把能对被测物体热辐射能量进行检测，进而确定被测物体温度的仪表，通称为辐射式温度计。;第四节 辐射式温度计 一、辐射测温的基本原理 ? 可见光的光谱很窄，其波长仅为0.3—0.72μm；红外光谱分布相对较广，其波长范围为O.72—l000μm。辐射式温度计的感温元件使用的波长范围为0.3—40μm。; 自然界中所有物体对辐射都有吸收、透射或反射的能力，如果某一物体在任何温度下，均能全部吸收辐射到它上面的任何辐射能量，则称此物体为绝对黑体。 根据基尔霍夫定律，具有最大吸收本领的物体，在其受热后，也将具有最大的辐射本领。人们称那些对辐射能的吸收(或辐射)除与温度有关外，还与波长有关的物体为选择吸收体；称那些吸收(或辐射)本领与波长无关的物体为灰体。 绝对黑体的吸收系数L0＝1，反射系数β0＝0，理想的绝对黑体在自然界中是不存在的，人们为科学研究和实验所需已能设计出吸收系数为0.99土0.01的近似黑体。 绝对黑体在任何温度下都能全部吸收辐射到其表面的全部辐射能；同时它在任何一个温度上，它向外辐射的辐射出射度(简称辐出度)亦最大；其它物体的辐出度总小于绝对黑体，定义全辐射率(或称黑度系数) ，其值在0～1之间。 ;2. 测温基本原理 辐射测温的物理基础是普朗克(Ptanck)热辐射定律和斯蒂芬－玻耳兹曼(Stefan—Boltzmann)定律。绝对黑体的光谱辐射亮度L(λ，T)与其波长λ、热力学温度T的关系由普朗克定律确定： (3-16) ; 如果波长λ与温度T满足C2／(λT)≥1，则可把普朗克公式简化为维恩(Wien)公式。在温度低于3000K，对于波长较短的可见光，用维恩公式替代普朗克公式产生的误差＜1％。 ; 斯蒂芬—玻尔兹曼定律描述物体所辐射出来的全波段辐射能量与温度的关系，定律表达式为 式中 W——物体单位面积所发射的辐射功率，数值上等于物体的全波辐射出射度； ε ——物体表面的法向比辐射率； σ ——斯蒂芬—玻尔兹曼常数； T ——物体的绝对温度(K)。 ; 黑体的光谱辐射曲线 ;实验和理论分析表明，黑体的总辐射能力与温度的关系如下式所示： (3-17) 即在单位时间内，由绝对黑体单位面积上辐射出的总能量与绝对温度T的四次方成正比。式(3-17)被称作斯蒂芬一玻耳兹曼定律。 ;3.辐射式测温的特点 (1)辐射式测温是非接触测温，特别适合用于较远距离的高速运动物体、带电体、高温及高压物体的温度测量； (2)辐射式测温反应速度快，它不需要与物体达到热平衡的过程，只要接收到目标的红外辐射即可测定温度，反映时间一般都在毫秒级甚至微秒级； (3)辐射式测温灵敏度高，由于物体的辐射能量与温度的四次方成正比，因此物体温度微小的变化，就会引起辐射能量较大的变化，红外传感器即可迅速地检测出来； (4)辐射式测温准确度较高，由于是非接触测量，不会破坏物体原来温度分布状况，因此测出的温度比较真实，其测量准确度可达到0.1℃以内，甚至更小；;(5)辐射式测温范围广泛，可测摄氏零下几十度到零上几千度的温度范围； (6)辐射式测温方法，几乎可在所有温度测量场合使用。测例如，各种工业窑炉、热处理炉温度测量、感应加热过程中的温度测量，尤其是钢铁工业中的高速线材、无缝钢管轧制，有色金属连铸、热轧等过程的温度测量等；军事方面的应用如各种运载工具发动机内部温度测量、导弹红外（测温）制导、夜视仪等；在一般社会生活方面如快速非接触人体温度测量，防火监测等等。;工程上，测定物体的辐射亮度，相对容易。故目前国内外使用的辐射式温度计都是根据被测物体的光谱辐射亮度来确定物体的温度。我国目前生产的光谱辐射温度计有光学高温计、光电高温计、全辐射高温计、光导纤维高温计和硅辐射温度计等。 二、光学高温计;由于各物体的光谱发射率ελ不同，即使它们的光谱辐射亮度相同，其实际温度也不会相等；光谱发射率大的物体的温度比光谱发射率小的物体的温度为低。因此物体的光谱发射率和光谱辐射亮度是确定物体温度的两个决定因素，如果同时考虑这两个因素将给光学高温计的温度刻划带来很大困难。因此，现在光学高温计均是统一按绝