传感器与检测技术6.4 非接触式测温..ppt

仪器的工作光谱范围由光学系统和探测元件决定。 量程范围在400～8000C及以下各量程，采用硫化铅光敏电阻作探测元件，并配合锗滤光片。光谱范围短限由锗滤光片确定，长限由光学玻璃材质的物镜确定，约在1.8～2.7。峰值由探测元件确定，约为2.5。 量程范围600～10000C及以上各量程，采用硅光电池作探测元件，并配合HB850有色玻璃滤光片。光谱范围的短限也由滤光片确定，长限和峰值由探测元件确定。光谱范围约在0.8～1.1，峰值约为0.95，均在红外线波长范围内。 仪器的量程范围用光学衰减的方式改变。 各种量程都保持参比灯工作电流在某一固定范围内变化，即在量程上限时工作电流不超过250mA。 对于低温量程，将参比灯的辐射能量衰减； 对于高温量程，则将被测辐射能量进行衰减。 探测元件为硫化铅光敏电阻时，衰减玻璃选用GRB1隔热玻璃。探测元件为硅光电池时，采用LB6绿色玻璃。 6.4 非接触式测温 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。辐射式测温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。 非接触测温仪表分类：光学高温计、辐射式温度计 6.4 非接触式测温 6.4.1 热辐射基本定理 6.4.2 光学高温计 6.4.3 光电高温计 6.4.4 辐射温度计 6.4.5 比色温度计 6.4.1 热辐射基本定理 辐射换热是三种基本的热交换形式之一 波长范围：10-3m～10-8m 在低温时，物体辐射能量很小，主要发射的是红外线。随着温度的升高，辐射能量急剧增加，辐射光谱也向短波方向移动，在5000C左右时。辐射光谱包括了部分可见光；到8000C时可见光大大增加，即呈现“红热”；如果到30000C时，辐射光谱包括更多的短波成分，使得物体呈现“白热”。 辐射测温的基本原理：观察灼热物体表面的“颜色”来大致判断物体的温度。 辐射能的分配 当物体接受到辐射能量以后，根据物体本身的性质，会发生部分能量吸收、透射和反射 α―吸收率； τ ―透射率； ρ ―反射率。 Q—辐射能 单位为焦耳(J) 物体分类： 黑体（绝对黑体）： 照射到物体上的辐射能全部被吸收，既无反射也无透射。 透明体： 照射到物体上的辐射能全部透射过去，既无吸收又无反射。 镜体、白体： 照射到物体上的辐射能全部反射出去。若物体表现平整光滑，反射具有一定规律，则该物体称之为“镜体”；若反射无一定规律，则该物体称为“绝对白体”或者简称为“白体”。 在自然界中黑体、白体和透明体都是不存在的。一般固体和液体的τ值很小或等于零，而气体的τ值较大。对于一般工程材料来讲， τ＝0而α+ρ =1，称为灰体 从传热学角度看，可以人为制造黑体 热辐射的重要参数 ①辐射能Q 以辐射的形式发射、传播或接收的能量称为辐射能，单位为焦耳(J)。 ②辐射能通量 是辐射能随时间的变化率，又称辐射率： 其单位是瓦特(W)。 ③辐射强度I 在给定方向上的立体角单元内，离开点辐射源(或辐射源面单元)的辐射功率除以该立体角单元，称为该方向上的辐射强度，其单位为瓦/球面度(W/sr)。 热辐射的重要参数 ④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，即 (6.4.2) 辐射出射度的单位为瓦/米2(W/m2)。 ⑤辐射亮度L和光谱辐射亮度 表面一点处的面元在给定方向上的辐射强度，除以该面元在垂直于给定方向平面上的正投影面积，称为该方向的辐射亮度L。辐射亮度实际上包括所有波长的辐射能量。如果是辐射光谱中某一波长的辐射能量则称为在此波长下的光谱辐射亮度。 基尔霍夫定律 各物体的辐射出射度和吸收率的比值都相同，和物体的性质无关，是物体的温度和发射波长的函数 式中：M0(λ,T), M1(λ,T), M2(λ,T) ―物体的单色(λ)辐射出射度； α0(λ,T), α2(λ,T) , α2(λ,T) ―物体的单色(λ)吸收率。 若物体A0绝对黑体，那么α0(λ,T) ，根据基氏定律 物体的辐射出射度和吸收率之比等于绝对黑体在同样的温度下， 相同波长时的辐射出射度。这是基氏定律的另一种说法。 设M(λ,T)为物体A在波长为λ ，