[工学]第4章 非接触测温.ppt

第4章 非接触式温度检测仪表 敏感元件不需要与被测介质接触，称非接触测温方法。 高温测量中应用最广泛，主要应用行业为冶金、铸造、热处理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工业生产过程中。 任何物体处于绝对零度以上时，都会以一定波长电磁波的形式向外辐射能量。非接触式温度仪表就是利用物体的辐射能量随其温度而变化的原理制成的。 测量时，只需把温度计光学接收系统对准被测物体，而不必与物体接触，因此可以测量运动物体的温度并不会破坏物体的温度场。此外，由于感温元件只接收辐射能，不必达到被测物体的实际温度，从理论上讲，它没有上限，可以测量高温。 4.1 辐射测温基本原理 一、热辐射测温的基本定律 1、普朗克定律（单色辐射强度定律） 辐射出射度M：离开辐射源表面一点处的面单元上的辐射能量除以该单元面积，称为该点的辐射出射度，单位为瓦/米2(W/m2)。 全幅射体的光谱辐射出射度M0λ（单位：w/m3）与波长λ和温度T关系 ?为波长；c1= 3.7413*10-16(w.m2)第一辐射常数为普朗克第c2=1.4388*10-2(m.K)，第二辐射常数 2、 使用条件：温度低于3000K，波长较短的可见光范围内，用维恩公式代替普朗克定律，误差不超过1% 3、斯忒藩－波尔兹曼定律（全辐射强度定律，也称为四次方定律） 1） M0与M0λ的关系 M0是波长? 从0 ∞之间全部光谱辐射出射度的总和 2 ）M0的公式（斯忒潘—玻耳兹曼定律:) 物体的总的辐射出射度与温度的四次方成正比 σ斯忒藩－波尔兹曼常数,5.67032*10-8 W/(m2.K4) 由于实际物体不是全辐射体，所以需修正： 1）光谱辐射出射度Mλ（普朗克定律）： 2）维恩公式 3）斯忒潘—玻耳兹曼定律 发射率ε：实际物体辐射出射度和同一温度下全辐射体的辐射出射度之比， 注意：光谱发射率ελ和发射率ε，其值在0-1之间,都不是常数, 用实验的方法测定。 ε与温度、该物体的特性和表面情况有关， ελ则按基尔霍夫定律还与?有关。 二、辐射测温的常用方法 1、亮度测温 定义：测出物体在某一波段上的辐射亮度，确定被测物体的温度。使用滤光片 优点：结构简单、使用方便、灵敏度高、抗干扰。 缺点：有一定偏差 2、全辐射测温 定义：测出物体在整个波长范围内的辐射能量，确定被测物体的辐射温度。斯忒潘—玻耳兹曼定律（四次方定律） 优点：灵敏度低 缺点：容易受环境干扰，偏差较大。 3、比色测温 定义：测出物体在两个特定相近波长范围上的辐射能量之比，确定被测物体的比色温度。 优点：灵敏度较高，偏差小，中高温测量，抗干扰能力强。 缺点：结构复杂，价格昂贵。 4.2 单色辐射高温计 光学高温计 光电高温计 由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率M?与温度有关，而物体在高温下会发光，称亮度，因亮度L?与光谱辐射出射率M?成正比，故通过测物体亮度L?可求物体的温度。 L?=cM?=cελ M0 ? c-比例常数。 2 由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度 1）问题提出：同样亮度L?，由于物体ελ不同，所以物体对应的温度是不同。因此某一亮度下仪表应对应标注何种温度？ 2）解决办法：仪表标注的是黑体对应的温度Ts ，即亮度温度，实际物体的真实温度要进行修正。 3)亮度温度Ts ：当物体在辐射波长为? ，温度为时T，其光谱辐射亮度L?和黑体在辐射波长为? ，温度为Ts时的光谱辐射亮度L0?相等，则把Ts称为这个物体在波长?下的亮度温度。 4)由亮度温度Ts如何求物体的真实温度T 已知物体的辐射发射率ελ和亮度温度Ts ，代入： 1）测量时，如灯丝亮度比辐射热源（被测物体）亮度低，则灯丝就在这个背景下呈现出暗的弧线 2）如如灯丝亮度比辐射热源（被测物体）亮度高，则灯丝就在较暗的背景下呈现出亮的弧线 3）如两者亮度一样，则灯丝就隐灭在发光背景里 4）由毫安计的读数就是被测物体的亮度温度 这种光学高温计叫“隐丝式光学高温计”。 (1)问题：由于亮度超过14000C时，钨丝易发生升华，（电阻值改变，且在灯泡玻璃上形成薄膜，改变了灯丝的温度－亮度特性），造成测量误差。 (2)灰色吸收玻璃的作用：加入吸收玻璃，在14000C以上时，可减弱热源进入仪表的亮度后，再和灯丝比较，加大光学高温计的测量范围。 2)红色滤光片的作用： 造成窄的光谱段，使其在波长范围0.6-0.7μm内进行亮度比较。好处:在于当被测温度变化时，对于一般的工业用光学高温计，可认为波长λ