传感与检测技术(周杏鹏)第九章精选.ppt

依据物体光谱辐射出射度或辐射亮度和其温度T的关系，可以测出物体的温度。 目前国内外使用的光谱辐射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。 光谱辐射温度计 1.光学高温计 特点：结构较简单，使用方便，适用于1000 K～3500 K范围的温度测量，其精度通常为1.0级和l.5级，可满足一般工业测量的精度要求。它被广泛用于高温熔体、高温窑炉的温度测量。 用光学高温计测量被测物体的温度时，读出的数值将不是该物体的实际温度，而是这个物体此时相当于绝对黑体的温度，即所谓的“亮度温度”。 亮度温度：在波长为 λ、温度为T时，某物体的辐射亮度L与温度为TL的绝对黑体的亮度L0λ 相等，则称TL为这个物体在波长为λ时的亮度温度。数学表达式为 通常用维恩公式来近似表示光谱辐射亮度 光学高温计是在波长为λ的单色波长下获得的亮度。实际温度为 1.光学高温计 光学高温计通常采用0.66±0.01μm的单一波长，将物体的光谱辐射亮度Lλ 和标准光源的光谱辐射亮度进行比较，确定待测物体的温度。 光学高温计有三种形式： 灯丝隐灭式光学高温计 恒定亮度式光学高温计 光电亮度式光学高温计 1.光学高温计 灯丝隐灭式光学高温计 原理：由人眼对热辐射体和高温计灯泡在单一波长附近的光谱范围的辐射亮度进行判断，调节灯泡的亮度使其在背景中隐灭或消失而实现温度测量的。 WGGZ型光学高温计的示意图如下图所示： 2.光电高温计 优点：结构相对较简单，灵敏度高，测量范围广，使用方便。 缺点：光学高温计在测量物体的温度时，由于要靠手动调节灯丝的亮度，由眼睛判别灯丝的“隐灭”，故观察误差较大，也无法实现自动检测和记录。 光电高温计与光学高温计相比，主要优点有： 灵敏度高 精确度高 使用波长范围不受限制 光电探测器的响应时间短 便于自动测量与控制 2.光电高温计 3.辐射温度计 辐射温度计是根据全辐射定律，基于被测物体的辐射热效应进行工作的。 辐射温度计由辐射敏感元件、光学系统、显示仪表及辅助装置等几大部分组成。 辐射温度计与光学高温计一样是按绝对黑体进行温度分度的，因此用它测量非绝对黑体的具体物体温度时，仪表上的温度指示值将不是该物体的真实温度，我们称该温度为此被测物体的辐射温度。 辐射温度计的敏感元件，分光电型与热敏型两大类。 3.辐射温度计 光电型：光电倍增管、硅光电池、锗光电二极管等。特点是响应速度极快，光电特性曲线一致性不好。 热敏型：热敏电阻、热电堆等。特点是对响应波长无选择性，灵敏度高，热电特性曲线一致性好，响应时间常数较大，通常为0.01s～1s。 3.辐射温度计 辐射高温计光学系统的作用是聚集被测物体的辐射能。其形式有透射型和反射型两大类。 辐射高温计的测量仪表按显示方式可分为自动平衡式、动圈式和数字式三类。 辐射高温计的辅助装置主要包括水冷却和烟尘防护装置。与光学高温计相比较，辐射高温计的测量误差要大一些。 3.辐射温度计 比色温度定义为：绝对黑体辐射的两个波长λ1和λ2的亮度比等于被测辐射体在相应波长下的亮度比时，绝对黑体的温度就称为这个被测辐射体的比色温度。 绝对黑体，对应于波长λ1与λ2的光谱辐射亮度之比R，可用下式表示： 比色高温计 根据比色温度的定义，应用维恩公式，可导出物体的真实温度和其比色温度的关系： 通常λ1和λ2为比色高温计出厂时统一标定的定值，由制造厂家选定。例如选0.8μm的红光和lμm的红外光。 比色高温计 与光谱辐射温度计相比，比色高温计的准确度通常较高、更适合在烟雾、粉尘大等较恶劣环境下工作。国产WDS—II 光电比色高温计的原理示意图如图9-15所示。 比色高温计 比色高温计 9.3.3 红外测温与红外成像测温仪 红外辐射 红外辐射俗称红外线，它是一种人眼看不见的光线。 红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。 红外测温的特点： 接触测温 反应速度快 灵敏度高 准确度较高 范围广泛 9.3.3 红外测温与红外成像测温仪 红外测温原理 全辐射测温是测量物体所辐射出来的全波段辐射能量来决定物体的温度。它是斯蒂芬—玻尔兹曼定律的应用，定律表达式为 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； ——物体表面的法向比辐射率； ——斯蒂芬—玻尔兹曼常数； T ——物体的绝对温度(K)。 9.3.3 红外测温与红外成像测温仪 红外辐射测温仪结构原理如图9-16所示 9.3.3 红外测温与红