第二章 温度测量技术.ppt

2、实际物体的热辐射 实际物体的光谱辐射出射度与温度、波长的关系 --波长 下实际物体的光谱发射率。 --实际物体在波长 下的光谱发射率。 二 光学高温计（重点） 光学高温计是基于光谱辐射原理的测温仪表，物体在高温状态下会发光，在可见光的波长范围(0.35一0.75) 内，高温物体的热辐射以光的形式表现出来，其辐射的强度与光的亮度之间有一定的关系。实际物体在某一波长 下的光谱辐射亮度 和光谱辐射出射度 是成正比的，即  对一个确定的物体(可近似认为 固定不变)，在可见光波长范围内的某一波长下，因为实际物体的光谱辐射出射度 与物体温度呈单值函数关系，所以光谱辐射亮度 必定与温度之间也呈现出单值对应关系。这就是光学高温计测温的基本原理。通过直接测量光谱辐射亮度来确定物体的温度比较困难，光学高温计则是采用亮度比对法，具体的实现原理为：光学高温计中装有一只亮度可调的灯泡，作为比较光源。测温时，在某一波长下用灯泡灯丝的光谱辐射亮度与被测物体的光谱辐射亮度进行比较，通过改变灯丝电流人工调整灯丝的亮度，使二者亮度相等，该灯泡亮度与其灯泡灯丝的电气参数(电流或电阻)之间有一一对应关系，因此测出其电气参数就测量出物体的亮度，从而测量出物体的温度值，最终实现非接触的温度测量，其结构示意和亮度对比示意如图 （图见下页） 图2—38所示的光学高温计由光学系统与电气系统两部分组成。光学系统包括物镜、目镜、红色滤光片、灯泡、吸收玻璃等。物镜和目镜均可移动、调整，移动物镜可把被测物体的成像落在灯丝所在平面上。移动目镜是为了使人眼同时清晰地看到被测物体与灯丝的成像，以比较两者的亮度。红色滤光片的作用是与人眼构成“单色器”，以保证在—定波长(0.66 左右)下比较两者的光谱辐射亮度。测量线路用来测量 与灯丝亮度相应的灯丝的电流、电压降或电阻等电气 “参数，并最终显示温度示值。在图2—38中采用的是测量灯丝两端的电流。不同型号的光学高温计的结构大同小异。 在使用光学高温计测量温度时，人眼通过目镜看到的图像如图2—39所示。在被测对象的背景上有一根灯丝，如看到的是暗的背景上亮的灯丝，则说明灯丝亮度高于被测物体的亮度，应调整灯丝电流使其亮度降低；如背景亮而灯丝发黑，则灯丝亮度比被测物体的亮度低，应调整增高灯丝亮度。直到灯丝隐灭而看不到时(即灯丝顶部与对象分不清)，则说明两者亮度相等，即可读取测量结果了。鉴于这一原理，光学高温计也常常称为灯丝隐灭式光学高温计。 光学高温计存在不宜测量反射光很强的物体，测量精确度比热电偶和热电阻低，亮度比较的判断及调整均要人工进行，不能连续自动进行测量，同时带来人员的主观误差等缺陷。 ? ? 三、光电高温计 概念：光电高温计通俗地认识就是利用光敏传感器配以电子电路自动进行亮度比对，是在光学高温计基础上发展起来的能自动连续工作的测温仪表。 光电高温计依据的是光谱辐射亮度的原理，采用光电器件作为仪表的感受件，替代人眼来感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号，该信号对应于被测物体的温度。随着光电检测元器件及光谱滤光片、单色器等材料性能的提高与技术的进步，光电高温汁已能做得很准确。因此1990国际温标规定在961．78℃以上温度，采用它代替光学高温计作为测温基准器。不同的光电高温计有不同的测量方式，结构方案也不相同。这里以图2—40为例，简单介绍wDH—II型光电高温计的工作原理。 四、红外测温仪和比色高温计 根据普朗克定律绘制的辐射曲线可知 2000K以下的曲线最高点所对应的波长已不是可见光，而是红外线，而人眼是看不到这种射线的，所以较低温度的测量要采用红外测温仪表。红外测温仪表就工作在这个红外线波长区，因此可测较低的温度。它的原理和结构与辐射高温计、光电高温计相似。红外测温仪表是一种测温上限较低的仪表，可测量O一400℃范围的温度。 红外测温仪由光学系统、红外探测器、信号处理放大部分及显示仪表等部分组成。其中光学系统与红外探测器是整个仪表的关键，而且它们具有特殊的性质。红外光学材料又是光学系统中的关键器件，它是对红外辐射透过率很高，而对其他波长辐射不易透过的材料。 红外探测器的作用是把接收到的红外辐射强度转换成电信号。它有光电型和热敏型两种类型。光电型探测器是利用光敏元件吸收红外辐射后其电子改变运动状况而使电气性质改变的原理作的，常用的光电探测器有光电导型和光生伏特型两种。热敏型探测器是利用了物体接收红外辐射后温度升高的性质，然后测其温度工作的。根据测温元件的不同，又有热敏电阻型、热电偶型及热释电型等几种。在光电型和热敏