第四章 非接触式测温仪表.ppt

第四章 非接触式测温仪表 ? 非接触式测温仪表的任何部分都不与被测对象接触，它通过测量物体的辐射能或与辐射能有关的信号来实现温度测量，因此又称为辐射式测温仪表。 特点：不存在因接触传热而产生的测温传热误差；理论上讲，测温上限不受测温传感器材料的限制，可高达2000℃以上；动态性能好，反应快等,可测运动物体的温度。因低温下物体的辐射能力很弱，因此辐射式仪表多用来测700℃以上的高温。但用红外测量仪表，也可测低达100℃左右的温度。 一、测温基本原理 1.准备知识 ? 辐射 ? 热辐射 ? 辐射出射度 指物体单位表面积在单位时间内所发射的全部波长范围的辐射能量的总和，并以符号M表示。 ? 光谱辐射出射度 物体单位表面积单位时间内在波长λ处的dλ波段内所辐射的能量为dM，则把 称为 物体在波长λ处的光谱辐射出射度（又称单色辐射出射度）。 ? 黑体、白体、透体、黑度（发射率） 辐射温度探测器所能接收的热辐射波段约为0.3～40μm，属于可见光和红外线的波长范围。 辐射出射度M与光谱辐射出射度Mλ之间存在如下关系： 2.热辐射的基本定律 (1)普朗克公式定律 普朗克定律给出了全辐射体的光谱辐射出射度与温度的关系，这是光学高温计和光电高温计等的理论基础。 在温度T＜3000K和可见光波长（波长λ较小）范围，该公式可以简化成维恩公式 对实际物体 ? 式中 M——实际物体的光谱辐射出射度； ελ——实际物体在波长λ下的光谱发射率（光谱黑度）。 （2）斯忒藩一玻尔兹曼定律 可见，全辐射体的辐射出射度M0 是温度的单值函数，二者一一对应，这是辐射高温计的理论依据。  实际物体的全辐射出射度为 M＝εM0＝εσT4 式中 M——实际物体的全辐射出射度； ε——实际物体的全辐射发射率（发射率）。 实际物体的光谱发射率ελ和发射率ε均小于1，各种物体的ελ和ε值一般只能通过实测求得。 3. 辐射测温的常用方法 辐射测温一般有下面三种方法： （1）亮度测温 它是通过测量目标在某一波段的辐射亮度来获得目标的温度。按这种方法工作的测温仪表称为亮度测温仪，它所测出的温度是目标的亮度温度。 （2）全辐射测温 它是通过测量物体发出的全辐射能量（=0～∞）来测量物体的温度。按这种方法工作的测温仪表称为辐射测温仪，它所测出的是目标的辐射温度，在数值上它完全遵从斯忒藩-玻耳兹曼定律的四次方关系。 （3）比色测温 所谓比色测温，就是利用两组（或多组）带宽很窄的不同单色滤光片，搜集两个（或多个）相近波段内的辐射能量，转换成电信号后在电路上进行比较，由此比值确定目标温度。按这种方法工作的测温仪表称为比色测温仪，它所测出的是目标的比色温度。 二、光学高温计 1. 理论依据：普朗克定律。 在可见光的波长范围（0.35～0.75μm）内，高温物体的热辐射以光的形式表现出来，辐射的强度与光的亮度之间有一定的关系。在某一波长下的光谱辐射亮度（又称单色亮度）与同一波长下的光谱辐射出射度成正比。对全辐射体其关系为 对实际物体有 结论：在可见光波长范围内的某一波长下，对一个确定的物体（可近似认为已固定不变），其光谱辐射亮度（即单色亮度）与温度之间存在单值对应关系。利用这个性质即可测温。 但直接测光谱辐射亮度较难实现，光学高温计采用了的亮度比较的方法。 2. 结构 国产WGGZ型光学高温计是一种使用较广的隐丝式光学高温计。 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、灯泡、红色滤光片、灰色吸收玻璃等。 电气系统包括灯泡、电源、调整电阻及测量线路。 l一物镜；2—灰色吸收玻璃；3一灯泡；4一目镜； 5一红色滤光片；6一显示仪表 思考：红色滤光片和灰色吸收玻璃的作用是什么？ 光学高温计必须在某一定的波长下进行单色亮度比较。光学高温计采用红色滤光片与人眼构成了“单色器”，使人眼只能观察到波长为0.6～0.7μm范围的红色可见光（如图阴影部分），其平均波长约为0 .66μm。人眼与红色滤光片