非接触测温(4)

1、热电偶自由端温度补偿方法热电偶自由端温度补偿方法 （1）补偿导线法）补偿导线法（2）计算修正法）计算修正法 当用补偿导线把热电偶的自由端延长到当用补偿导线把热电偶的自由端延长到t0处处时，只要知道时，只要知道t0的大小，通过查表计算的方的大小，通过查表计算的方法，就可以求得被测实际温度法，就可以求得被测实际温度 （3）自由端恒温法）自由端恒温法（4）电桥补偿法）电桥补偿法 非接触式温度检测仪表 非接触式测温仪表是目前高温测量中应用广非接触式测温仪表是目前高温测量中应用广泛的一种仪表，主要应用于冶金、铸造和耐火泛的一种仪表，主要应用于冶金、铸造和耐火材料等工业生产过程中材料等工业生产过程中 任何

2、物体处于绝对零度以上时，因其内部带任何物体处于绝对零度以上时，因其内部带电粒子的运动，都会以一定波长电磁波的形式电粒子的运动，都会以一定波长电磁波的形式向外辐射能量，只是在低温段这种能量很微弱向外辐射能量，只是在低温段这种能量很微弱 非接触式测温仪表是利用物体辐射能量随非接触式测温仪表是利用物体辐射能量随其温度变化而变化的原理制成的其温度变化而变化的原理制成的检测原理检测原理 温度为T的物体对外辐射的能量E可用普朗克定律描述，即：1511,2TCTeCTEKm10438786. 1CCmW10741832. 3CCT22221611T为第二辐射常数，为第一辐射常数，为辐射波长系数），下的辐射率

3、（也称黑度为物体在温度式中，设设 ，将上式在波长自零到无穷大进行，将上式在波长自零到无穷大进行积分，可得黑体在整个波长范围内全部辐射积分，可得黑体在整个波长范围内全部辐射能量的总和能量的总和E，即，即它表明黑体在整个波长范围内的辐射能量与它表明黑体在整个波长范围内的辐射能量与温度的四次方成正比，但是一般物体都不是温度的四次方成正比，但是一般物体都不是黑体黑体1T 玻尔兹曼常数为黑体的斯蒂芬式中，常数42840/1067032. 5,KmWTFTdTEE 令普朗克公式中的波长 为常数，则它表明物体在特定波长上的辐射能是温度T的单一函数C TfeCTETCCTCC1511,2取两个不同的波长 ，则

4、在这两个特定波长上的辐射能之比为：此式称为维恩公式，它表明两个特定波长上此式称为维恩公式，它表明两个特定波长上的辐射能之比也是温度的单值函数的辐射能之比也是温度的单值函数21和 T,1221152121TCeTETE 只要设法获得 ，就可求得对应的温度。因此，辐射测温主要有以下三种基本方法。（1）全辐射法测出物体在整个波长范围内的辐射能量F(T)并以其辐射率校正后确定被测物体的温度 T或、 TfTF（2）亮度法）亮度法测出物体在某一波长上的辐射能量f(T)，经辐射率校正后确定被测物体的温度（3）比色法）比色法测出物体在两个特定波长段上的辐射能量比值，经辐射率校正后确定被测物体的温度辐射温度计主

5、要由光学系统、检测元件、转辐射温度计主要由光学系统、检测元件、转换电路和信号处理等部分组成换电路和信号处理等部分组成光学系统是通过光学透镜以及其他光学元件光学系统是通过光学透镜以及其他光学元件将物体的辐射能中的特性光谱聚焦到检测元将物体的辐射能中的特性光谱聚焦到检测元件，检测元件将辐射能转换成电信号，经信件，检测元件将辐射能转换成电信号，经信号放大、辐射率的修正后输出与被测温度相号放大、辐射率的修正后输出与被测温度相对应的信号对应的信号辐射温度计的组成辐射温度计根据辐射测温法原理不同，辐射温度计主要根据辐射测温法原理不同，辐射温度计主要有全辐射高温计、光电温度计和比色温度计有全辐射高温计、光电

6、温度计和比色温度计（1）全辐射高温计）全辐射高温计全辐射高温计是接受被测物体全部辐射能量来测定温度的，这种高温计的光学系统有透镜式和反射镜式两种结构透镜式系统将物体的全辐射能通过透镜聚焦于检测元件，反射镜式系统则将全辐射能利用反射聚光镜反射后聚焦在检测元件上，常用的检测元件有热电偶堆、硅光电池和热敏电阻等全辐射高温计在使用时必须注意两个问题全辐射高温计在使用时必须注意两个问题（1）温度计是非接触式的，但它与被测物体间的距离必须按测量距离与被测物体直径的关系曲线确定，同时还必须使被测物体的影像光全充满瞄准视物，以确保检测元件充分接收辐射能量（2）温度计显示的温度为全辐射温度TP，被测物体的实际测

7、量温度T应由修正式进行修正得到TPTT14变修正值应随被测物体而是不一样的，温度计的由于不同物体的辐射率为被测物体的辐射率。式中，T辐射温度定义：若物体在温度为辐射温度定义：若物体在温度为T时的辐射能时的辐射能量量E和黑体在温度为和黑体在温度为TP时的辐射能量时的辐射能量Eb相等相等则把黑体温度则把黑体温度TP称为被测物体的辐射温度称为被测物体的辐射温度 全辐射温度计黑体温度和被测温度关系44PTTTTPPTTTTT/1144444PbTTETE光电温度计光电温度计 光电温度计采用光电元件作为敏感元件，光电温度计采用光电元件作为敏感元件，感受辐射源的亮度变化，并根据被测物体感受辐射源的亮度变化

8、，并根据被测物体亮度与温度的关系确定温度的高低亮度与温度的关系确定温度的高低以钢材加热时的颜色变化现象为例，在以钢材加热时的颜色变化现象为例，在6000C以下，钢材发射的基本上都是红外以下，钢材发射的基本上都是红外线，因此钢材呈原色；随着钢材温度升高，线，因此钢材呈原色；随着钢材温度升高，可见光能量所占比例逐渐加大并向短波方向可见光能量所占比例逐渐加大并向短波方向移动，钢材相继呈暗红、红、黄色，温度超移动，钢材相继呈暗红、红、黄色，温度超过过13000C时开始发白时开始发白光电温度计也有测量距离的要求，一般用距光电温度计也有测量距离的要求，一般用距离系数（测量距离与被测目标直径之比）表离系数（

9、测量距离与被测目标直径之比）表示。根据型号的不同，距离系数一般为示。根据型号的不同，距离系数一般为3090由此可利用已知的测量距离得到被由此可利用已知的测量距离得到被测目标的可测直径，反之亦然。测量距离一测目标的可测直径，反之亦然。测量距离一般为般为0.53m光电温度计也要根据被测物体的辐射率修正其测量值，设温度计显示值为TL，光学系统所用滤光片的波长为 ，则实际被测物体的温度T可由下式确定：为第二辐射常数式中，22C11TLInCTT实际物体在温度实际物体在温度T下的单色辐射能量为：下的单色辐射能量为：黑体在温度黑体在温度TL下的单色辐射能量为：下的单色辐射能量为：可得：可得：TCTeCE/

10、512LTCeC/512LTCTCTeCeC/51/5122InCTTL211光电温度计虽然和全辐射高温计相比仪器结光电温度计虽然和全辐射高温计相比仪器结构复杂，接受的能量较小，但抗环境干扰的构复杂，接受的能量较小，但抗环境干扰的能力强，有利于提高测量的稳定性。光电温能力强，有利于提高测量的稳定性。光电温度计的温度测量范围一般为度计的温度测量范围一般为2001500，测，测量误差在量误差在1.0%1.5%左右，响应时间在左右，响应时间在1.55s之间之间比色温度计比色温度计是基于维恩位移定律工作的，测出两个波长对应的亮度比 ，就可以求出被测物体温度 T 12122511InTInCTR 比色温

11、度计分单通道型、双通道型和色敏型。图3.62所示为单通道型比色温度计的工作原理示意 同步电机带动调制盘旋转，盘上嵌着两种波长的滤光片，使被测物体的辐射能中对应波长为 的辐射交替地投射到同一光电元件上，并转换为电信号，通过信号放大和比值运算后显示比色温度21和比色温度TR是假设被测物体为黑体的辐射温度，实际被测物体温度T与比色温度有如下关系：被测实际温度T与比色温度TR之间仅差一个固定的常数，也就是说测量结果基本不受物体辐射率的影响 212211111CInTTTTR实际温度和比色温度之间关系实际温度和比色温度之间关系实际物体温度为实际物体温度为T时的两波长下辐射能之比为时的两波长下辐射能之比为

12、黑体在温度为黑体在温度为TR时的两波长下辐射力之比为时的两波长下辐射力之比为 1221151221TCTTeT12211512RTCReT红外温度计红外温度计也是一种辐射温度计，其结构与其他辐射温度计相似，区别是光学系统和光电检测元件接受的是被测物体产生的红外波长段的辐射能。红外温度计的光电检测元件需用红外检测器，根据温度计中使用的投射和反射镜材料的不同，可透过或反射的红外波长也不同，从而测温范围也不一样 红外温度计常用光学元件材料及特性红外温度计常用光学元件材料及特性光学元件材料适用波长/微米 测温范围/摄氏度光学玻璃、石英 0.763.0700氟化镁、氧化镁3.05.0100700硅、锗5

13、.014.0100温度检测主要有接触式和非接触式两大类，其中常用的是接触式温度仪表。在工业生产过程和非工业生产过程中，接触式温度仪表有广泛的应用接触式温度仪表响应的时间较长，会破坏原被测对象的温度场，要求尽可能地缩小温度敏感元件的体积压力检测仪表压力检测仪表 压力的定义压力的定义 工业参数检测中所提到的工业参数检测中所提到的压力，就是在物理压力，就是在物理学中所称的压强学中所称的压强，即介质（包括气体或液，即介质（包括气体或液体）垂直作用在单位面积上的力体）垂直作用在单位面积上的力 压力压力p可用下式表示：可用下式表示： F为垂直作用在面积为垂直作用在面积S上的力上的力 SFp 压力的单位压力

14、的单位根据国际单位制和我国法定计量单位的规根据国际单位制和我国法定计量单位的规定，压力单位采用牛顿定，压力单位采用牛顿/米米2，简称，简称“帕帕”（Pa）因帕斯卡单位太小，故工程上经常使）因帕斯卡单位太小，故工程上经常使用千帕（用千帕（103Pa）和兆帕（）和兆帕（106Pa）作为压力）作为压力单位单位 各种压力单位之间的换算关系各种压力单位之间的换算关系 1标准大气压标准大气压(atm)= 1工程大气压工程大气压(kgf/cm2)=1毫米汞柱毫米汞柱(mmHg)=133.322Pa 1毫米水柱毫米水柱=9.80665Pa 1巴巴(bar)=105Pa Pa510013. 1kPaPa985

15、.98066压力的表示方法压力的表示方法 压力的表示方法有四种压力的表示方法有四种，即绝对压力、表压，即绝对压力、表压力、真空度或负压和差压力、真空度或负压和差压绝对压力绝对压力，以绝对压力零线为起点计算的压力，以绝对压力零线为起点计算的压力表压表压，它是高于大气压的绝对压力与大气压，它是高于大气压的绝对压力与大气压力之差力之差 负压或真空度负压或真空度，是指大气压与低于大气压的绝，是指大气压与低于大气压的绝对压力之差对压力之差差压，差压，是指某两个压力之差是指某两个压力之差压力测量仪表的分类压力测量仪表的分类 压力检测的方法很多，按敏感元件和转换压力检测的方法很多，按敏感元件和转换原理的不同

16、，一般分为四类：原理的不同，一般分为四类：（1）液体压力计）液体压力计（2）弹性式压力计）弹性式压力计（3）电远传式压力仪表）电远传式压力仪表将与被测压力成正比的弹性元件的位移转换将与被测压力成正比的弹性元件的位移转换为电信号输出为电信号输出（4）物性型压力传感器）物性型压力传感器在压力作用下，敏感元件的某些物理特性发在压力作用下，敏感元件的某些物理特性发生变化的原理生变化的原理 是依据流体静力学的原理，把被测压力转换是依据流体静力学的原理，把被测压力转换成液柱高度的压力计成液柱高度的压力计 液体压力计一般由液体压力计一般由U形玻璃管或单管构成，形玻璃管或单管构成，管内用已知密度的水银或水为工

17、作液，常用管内用已知密度的水银或水为工作液，常用于低压、负压或差压的检测于低压、负压或差压的检测 U形玻璃管压力计形玻璃管压力计U形管压力计是最普通的液柱式压力计形管压力计是最普通的液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计gpph12 为U形管内所充工作液的密度 h为左右两边液面的高度差 在在U形管的中间有一标尺形管的中间有一标尺 ，分别读取两液柱，分别读取两液柱的高度，并求出它们之间的差值，即得的高度，并求出它们之间的差值，即得h值。值。若提高若提高U形管工作液的密度，则在相同的压形管工作液的密度，则在相同的压力力作用下，作用下，h值将下降，因此，提高工作液密度值将下降，因此，提高工作液密度将增

18、大压力的测量范围，但灵敏度要降低将增大压力的测量范围，但灵敏度要降低为了改进为了改进U形管压力计在读数时读两次的缺形管压力计在读数时读两次的缺陷，可采用单管式液体压力计陷，可采用单管式液体压力计2211DdhhP1hP 12222122hDdhdhDh斜管式液体压力计斜管式液体压力计 当被测压力较小时，液面高度差随之减小，当被测压力较小时，液面高度差随之减小，读数误差对测量结果的影响将显著增大。读数误差对测量结果的影响将显著增大。为了减小这一影响，可采用斜管式液体压为了减小这一影响，可采用斜管式液体压力计力计 221121sinShLSaLhhhh2121sinsinSSaLhPSSaLh液体

19、压力计的误差分析液体压力计的误差分析 （1）温度误差）温度误差 这是指由于压力计所处环境温度的变化引起这是指由于压力计所处环境温度的变化引起的测量误差。例如水，当温度从的测量误差。例如水，当温度从100C变到变到200C时，其密度从时，其密度从999.8kg/m3减小到减小到998.3kg/m3，相对变化量为，相对变化量为0.15% （2）安装误差）安装误差当压力计安装不垂直时将会产生安装误差当压力计安装不垂直时将会产生安装误差 （3）重力加速度误差）重力加速度误差 当对压力检测精度要求比较高时，需要准确当对压力检测精度要求比较高时，需要准确测出当地的重力加速度测出当地的重力加速度 （4）传压

20、介质误差）传压介质误差 当传压介质为气体时，如果引压管的高度差当传压介质为气体时，如果引压管的高度差相差较大，而气体的密度又较大时，必须考相差较大，而气体的密度又较大时，必须考虑引压管传压介质对工作液的压力作用虑引压管传压介质对工作液的压力作用 （5）读数误差）读数误差为了减小毛细现象的影响，为了减小毛细现象的影响，U形管内径最好形管内径最好不不小于小于10mm。使用时要保持。使用时要保持U形管垂直，读数形管垂直，读数时眼睛应与液面齐平，以液体弯月面顶部切时眼睛应与液面齐平，以液体弯月面顶部切线为准读取液面高度值线为准读取液面高度值 毛细现象毛细现象 气体或液体间或互不掺混的液体间，在分界气体

21、或液体间或互不掺混的液体间，在分界面附近的分子，都受到两种介质的分子力作面附近的分子，都受到两种介质的分子力作用，这两种相邻介质的特性决定着分界面张用，这两种相邻介质的特性决定着分界面张力的大小及分界面的不同形状，如空气中的力的大小及分界面的不同形状，如空气中的露珠，水中的气泡等露珠，水中的气泡等液体液体和和固体壁接触时，液体沿壁上升或下降固体壁接触时，液体沿壁上升或下降的现象，称为毛细现象，液体能在细管中上的现象，称为毛细现象，液体能在细管中上升，是因为液体分子间的凝聚力小于其与壁升，是因为液体分子间的凝聚力小于其与壁管间的附着力，液面向下弯曲，表面张力带管间的附着力，液面向下弯曲，表面张力

22、带动液面下降动液面下降有一个实际的热电偶测温系统，如图有一个实际的热电偶测温系统，如图3.46所所示（示（140页），两个热电极的材料为镍铬和镍页），两个热电极的材料为镍铬和镍硅，硅，L1和和L2分别是配镍铬和镍硅的补偿导分别是配镍铬和镍硅的补偿导线，测量系统配用线，测量系统配用K型热电偶的温度显示仪型热电偶的温度显示仪表表（带补偿电桥）来显示被测温度的大小。设（带补偿电桥）来显示被测温度的大小。设t=3000C，tc=500C，t0=200C求：（求：（1）测量回路的总电势以及温度显示仪）测量回路的总电势以及温度显示仪表的读数（表的读数（2）如果补偿导线为普通铜导线，）如果补偿导线为普通铜导

23、线，或显示仪表为配或显示仪表为配E型热电偶的，则测量电势和型热电偶的，则测量电势和温度的显示值又各为多少？温度的显示值又各为多少？ （1）有题意可知，使用的热电偶的分度号为）有题意可知，使用的热电偶的分度号为K型，则回路的总电势为：型，则回路的总电势为：E=EK(t,tc)+EK补补 (tc,t0) +E桥桥 (t0,0)由于补偿导线和补偿电桥都是配由于补偿导线和补偿电桥都是配K型热电偶型热电偶的，所以有：的，所以有： E=EK(t,tc)+EK (tc,t0) +EK (t0,0) = EK (300,0)显然，显示仪表的读数应该为显然，显示仪表的读数应该为300摄氏度摄氏度 当补偿导线为普

24、通铜导线时（显示仪表为配当补偿导线为普通铜导线时（显示仪表为配K型热电偶），回路总电势为：型热电偶），回路总电势为：E=EK(t,tc)+E桥桥(t0,0)=EK(t,tc)+EK(t0,0) = EK(300,50)+EK(20,0) =(12.209-2.023)+0.798=10.984mV查查K型热电偶分度表，可得型热电偶分度表，可得t显示显示=270.30C 当显示仪表为配当显示仪表为配E型热电偶，那么回路的总电型热电偶，那么回路的总电势为：势为：E=EK(t,tc)+EK (tc,t0) +EE (t0,0) =12.603mV查查E型热电偶的分度表，可得显示值型热电偶的分度表，可

25、得显示值188.90C 按照仪表的结构形式分类，检测仪表可分为开环结构仪表和闭环结构仪表 可以看出开环结构仪表的传递函数K为各环节传递函数之积，整台仪表的相对误差等于各环节相对误差之和 整个仪表的误差取决于各环节的误差，环节越多，误差也越容易增大K1K2K3KnyxK0K yxxsxxfxKKxKKKy1100 如果闭环结构仪表正向总传递函数K很大，则仪表特性主要取决于反馈通道的特性，正向通道各环节的性能对仪表的输出影响很小 因此，在仪表制造中，只要精心制作反馈通道就可以获得较高的准确度和灵敏度举例：试指出下列情况属于何种误差（系统举例：试指出下列情况属于何种误差（系统误差，随机误差，粗大误差

26、）？误差，随机误差，粗大误差）？（1）用一只万用表每隔）用一只万用表每隔10分钟测量同一个电分钟测量同一个电压，重复测量压，重复测量10次，数值相差造成的误差次，数值相差造成的误差（2）用万用表测量电阻值时，没有调整零点）用万用表测量电阻值时，没有调整零点而造成的误差而造成的误差（3）看错刻度造成的误差）看错刻度造成的误差（4）仪表安装位置不当引起的误差）仪表安装位置不当引起的误差毛细现象毛细现象 气体或液体间或互不掺混的液体间，在分界气体或液体间或互不掺混的液体间，在分界面附近的分子，都受到两种介质的分子力作面附近的分子，都受到两种介质的分子力作用，这两种相邻介质的特性决定着分界面张用，这两

27、种相邻介质的特性决定着分界面张力的大小及分界面的不同形状，如空气中的力的大小及分界面的不同形状，如空气中的露珠，水中的气泡等露珠，水中的气泡等液体液体和和固体壁接触时，液体沿壁上升或下降固体壁接触时，液体沿壁上升或下降的现象，称为毛细现象，液体能在细管中上的现象，称为毛细现象，液体能在细管中上升，是因为液体分子间的凝聚力小于其与壁升，是因为液体分子间的凝聚力小于其与壁管间的附着力，液面向下弯曲，表面张力带管间的附着力，液面向下弯曲，表面张力带动液面下降动液面下降单管压力计单管压力计 单管压力计也称为杯形压力计，它是单管压力计也称为杯形压力计，它是U形压形压力计的变形力计的变形 杯形压力计的杯的

28、截面积要比管子的截面杯形压力计的杯的截面积要比管子的截面积大得多，在测压时，杯的液面变化很小，积大得多，在测压时，杯的液面变化很小，而管的液面变化较大，因此只需在管子侧而管的液面变化较大，因此只需在管子侧读一次液面的数值。由于克服了读一次液面的数值。由于克服了U形管压力形管压力计两次读数的缺点，故可把读数误差减少计两次读数的缺点，故可把读数误差减少一半一半 液柱式压力计的特点液柱式压力计的特点 这类压力计的特点是结构简单、读数直观、这类压力计的特点是结构简单、读数直观、价格低廉，但一般为就地测量，信号不能远价格低廉，但一般为就地测量，信号不能远传；可以测量表压、负压和压差；适合于低传；可以测量

29、表压、负压和压差；适合于低压测量，测量上限不超过压测量，测量上限不超过0.10.2MPa 在测量时，只需把温度计光学接收系统对在测量时，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，故可以测准被测物体，而不必与物体接触，故可以测量运动物体的温度而不会破坏物体的温度场量运动物体的温度而不会破坏物体的温度场 由于感温元件只接受辐射能，它不必达到由于感温元件只接受辐射能，它不必达到被测物体的实际温度，从理论上讲测量上限被测物体的实际温度，从理论上讲测量上限是没有限制的，因此可测高温是没有限制的，因此可测高温 辐射测温方法广泛应用于辐射测温方法广泛应用于900以上的高温以上的高温区测量中，近

30、来随着红外技术的发展，测温区测量中，近来随着红外技术的发展，测温的范围已下移到常温区，大大扩展了非接触的范围已下移到常温区，大大扩展了非接触测温的使用范围测温的使用范围辐射理论基础 热辐射电磁波具有以光速传播、反射、折热辐射电磁波具有以光速传播、反射、折射和吸收等特性，它是由波长相差很远的红射和吸收等特性，它是由波长相差很远的红外线、可见光及紫外线所组成外线、可见光及紫外线所组成 在低温时，物体辐射能量很小，主要发射在低温时，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，在增加，辐射光谱也向短波方向移动，在

31、500度度左右，辐射光谱包括部分可见光，到左右，辐射光谱包括部分可见光，到800度时度时可见光大大增加，出现可见光大大增加，出现“红热红热”，到，到3000度度辐辐射光谱包含更多的短波成分，呈现射光谱包含更多的短波成分，呈现“白热白热”这可解释钢材加热时的颜色变化现象，在这可解释钢材加热时的颜色变化现象，在6000C以下，钢材发射的基本上都是红外以下，钢材发射的基本上都是红外线，因此钢材呈原色；随着钢材温度升高，线，因此钢材呈原色；随着钢材温度升高，可见光能量所占比例逐渐加大并向短波方向可见光能量所占比例逐渐加大并向短波方向移动，钢材相继呈暗红、红、黄色，温度超移动，钢材相继呈暗红、红、黄色，

32、温度超过过13000C时开始发白时开始发白热辐射的重要参数热辐射的重要参数 辐射能辐射能Q，以辐射的形式发射、传播或接收，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（的能量称为辐射能，单位为焦耳（J） 辐射能通量辐射能通量 ， 是辐射能随时间的变化率是辐射能随时间的变化率又称辐射率，又称辐射率， ，其单位为瓦特（，其单位为瓦特（W） 辐射强度辐射强度 ，在给定方向上的立体角单元内，在给定方向上的立体角单元内离开辐射源的辐射率除以该立体角单元，称为离开辐射源的辐射率除以该立体角单元，称为该方向上的辐射强度，其单位为瓦该方向上的辐射强度，其单位为瓦/球面度球面度dtdQI 辐射出射度

33、辐射出射度M，离开辐射源表面一点处的面，离开辐射源表面一点处的面单元上的辐射功率除以该单元面积，称为该单元上的辐射功率除以该单元面积，称为该点的辐射出射度，即点的辐射出射度，即 ，辐射出射度，辐射出射度的单位为瓦的单位为瓦/米米2（W/m2） 辐射亮度辐射亮度 和光谱辐射亮度和光谱辐射亮度辐射亮度实际上是包括所有波长的辐射能量辐射亮度实际上是包括所有波长的辐射能量如果是某一波长的辐射能量则称为在此波长如果是某一波长的辐射能量则称为在此波长下的光谱辐射亮度下的光谱辐射亮度dSdMLLL辐射能的分配辐射能的分配 当物体接受到辐射能以后，根据物体本身的性质，会发生部分能量吸收、透射和反射的现象，设落

34、在物体上的总辐射能量为Q，被吸收的部分为QA，透射的部分为QD，反射的部分为QR，则有：QQQQQQ1RDA或RDAQQQQ入射辐射能的分配入射辐射能的分配 当 ，这说明照射到物体上的辐射能全部被吸收，既无反射也无透射，具有这种性质的物体称为“绝对黑体” 当 时，说明照射到物体上的辐射能全部透射出去，具有这种性质的物体称为透明体 当 时，说明照射到物体上的辐射能全部被反射出去，则该物体称为“镜体”或“白体”对于一般工程材料， 而 ，称为灰体001，时，则1101人为制造黑体人为制造黑体在自然界中黑体是不存在的，从传热学的角在自然界中黑体是不存在的，从传热学的角度看，可以人为制造黑体度看，可以人

35、为制造黑体在空腔的壁上开有一个小孔，它的尺寸比空在空腔的壁上开有一个小孔，它的尺寸比空腔的尺寸小很多，当入射能量进入空腔后，腔的尺寸小很多，当入射能量进入空腔后，经过多次折射和吸收，最后只有很小一部分经过多次折射和吸收，最后只有很小一部分能量出射，这样就可认为入射能量全部被吸能量出射，这样就可认为入射能量全部被吸收了收了黑体模型黑体模型基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律建立了理想黑体和实际物体基尔霍夫定律建立了理想黑体和实际物体辐射之间的关系，基尔霍夫定律表明：各物辐射之间的关系，基尔霍夫定律表明：各物体的辐射出射度和吸收率的比值都相同，它体的辐射出射度和吸收率的比值都相同，它和物体的性质无

36、关，是物体的温度和物体的性质无关，是物体的温度T和发射波和发射波长长 的函数，即：的函数，即：吸收率的单色是物体辐射出射度的单色是物体)(A,A,T,)(A,A,T,M,10101010221100TaaTMTfTaTMTaTMTaTM若物体A0是绝对黑体从上式可知，物体的辐射出射度和单色吸收率从上式可知，物体的辐射出射度和单色吸收率之比等于绝对黑体在同样的温度下，相同波长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时的辐射出射度设设 为物体为物体A在波长为在波长为 ，温度为，温度为T下的辐下的辐射出射度，则射出射度，则TMTaTMTaTM,02211TM,数）的单色辐射率（黑度系称

37、为物体AT,TTaTMTM,0在全波长内，任何物体的全辐射出射度等于在全波长内，任何物体的全辐射出射度等于单波长的辐射出射度在全波长内的积分单波长的辐射出射度在全波长内的积分式中的式中的 称为物体称为物体A的全辐射黑度系数，它的全辐射黑度系数，它表明了在一定的温度表明了在一定的温度T下，物体下，物体A的辐射出射的辐射出射度与相同温度下黑体的辐射出射度之比度与相同温度下黑体的辐射出射度之比 TTATMTM0T 令普朗克公式中的波长为常数 ，则它表明物体在特定波长上的辐射能是物体温度T的单一函数 取两个不同波长取两个不同波长 ，则对于黑体，在这，则对于黑体，在这两个特定波长上的辐射能之比为：两个特

38、定波长上的辐射能之比为：C TfeCTETCCTCC1511,221和 TeTETETC1221152121, TeTETEeCTEeCTETCTCTC1222212115212152125111,为了通用性，目前，辐射式测温仪表都是以为了通用性，目前，辐射式测温仪表都是以黑体为对象刻度的，在测量一般物体时，仪黑体为对象刻度的，在测量一般物体时，仪表指示值与真实温度会有误差，真实温度应表指示值与真实温度会有误差，真实温度应用物体（灰体）黑度系数用物体（灰体）黑度系数 校正校正 只要设法获得只要设法获得F(T)、f(T)和和 ，就可求得，就可求得对应的温度，因此，辐射测温主要有如下三对应的温度，

39、因此，辐射测温主要有如下三种基本方法：种基本方法：TT或 T（1）全辐射法，）全辐射法，测出物体在整个波长范围内测出物体在整个波长范围内的辐射能量的辐射能量F(T)，并以其黑度系数，并以其黑度系数 校正后校正后确定被测物体的实际温度确定被测物体的实际温度（2）亮度法，）亮度法，测出物体在某一波长上的辐射测出物体在某一波长上的辐射能能f(T)，经黑度系数，经黑度系数 校正后确定被测温度校正后确定被测温度（3）比色法，）比色法，测出物体在两个特定波长段上测出物体在两个特定波长段上的辐射能之比的辐射能之比 ，校正后确定被测温度，校正后确定被测温度TT T辐射温度计的组成辐射温度计的组成 无论采用何种

40、辐射测温法，辐射温度计主无论采用何种辐射测温法，辐射温度计主要由光学系统、检测元件、转换电路和信号要由光学系统、检测元件、转换电路和信号处理等部分组成处理等部分组成 光学系统是通过光学透镜以及其他光学元光学系统是通过光学透镜以及其他光学元件将物体的辐射能聚焦到检测元件，检测元件将物体的辐射能聚焦到检测元件，检测元件将辐射能转换成电信号，经信号放大、校件将辐射能转换成电信号，经信号放大、校正和标度变换后输出与被测温度相对应信号正和标度变换后输出与被测温度相对应信号 根据测温原理，辐射温度计有全辐射高温根据测温原理，辐射温度计有全辐射高温计、光电温度计和比色温度计等计、光电温度计和比色温度计等全辐

41、射高温计全辐射高温计全辐射高温计结构示意图全辐射高温计结构示意图 工作过程：工作过程：被测物体的辐射能经物镜聚焦，经光栏投射被测物体的辐射能经物镜聚焦，经光栏投射到热接收器上，热接收器多为热电堆，热电到热接收器上，热接收器多为热电堆，热电堆是由堆是由48支微型热电偶串联而成以得到较大支微型热电偶串联而成以得到较大的热电势，热电偶的测量端贴在铂箔上，铂的热电势，热电偶的测量端贴在铂箔上，铂箔涂成黑色以增加热吸收系数箔涂成黑色以增加热吸收系数热电堆的输出热电势接到显示仪表或记录仪热电堆的输出热电势接到显示仪表或记录仪表上，在瞄准物体的过程中可以通过目镜表上，在瞄准物体的过程中可以通过目镜5进进行观

42、察，目镜前有灰色玻璃用来削弱光强，行观察，目镜前有灰色玻璃用来削弱光强，保护观察者的眼睛保护观察者的眼睛 全辐射高温计在使用时必须注意两个问题全辐射高温计在使用时必须注意两个问题（1）温度计是非接触式的，但它与被测物体间的距离必须按测量距离与被测物体直径的关系确定，同时还必须使被测物体的影像光全充满瞄准视物，以确保检测元件充分吸收辐射能量（2）温度计显示的温度为全辐射温度TP，被测物体的实际温度T应由下式修正后得到TPTT14辐射温度定义：若物体在温度为辐射温度定义：若物体在温度为T时的辐射能时的辐射能量量E和黑体在温度为和黑体在温度为TP时的辐射能量时的辐射能量Eb相等，相等，则把黑体温度则

43、把黑体温度TP称为被测物体的辐射温度称为被测物体的辐射温度 全辐射温度计黑体温度和被测温度关系44PTTTTPPTTTTT/1144444PbTTETE 产生测量误差的因素：产生测量误差的因素：（1）发射率的影响）发射率的影响物体黑度系数随物体性质、表面状态、温度物体黑度系数随物体性质、表面状态、温度和辐射条件而有较大的变化，因此应尽可能和辐射条件而有较大的变化，因此应尽可能准确地得知被测物体的黑度系数准确地得知被测物体的黑度系数 或创造条件使被测物体趋近黑体性质，以减或创造条件使被测物体趋近黑体性质，以减少辐射温度与真实温度的误差，在不进行修少辐射温度与真实温度的误差，在不进行修正的情况下，

44、直接读数正的情况下，直接读数（2）环境中介质影响）环境中介质影响由于环境中存在的中间介质吸收辐射能，使由于环境中存在的中间介质吸收辐射能，使高温计接收的辐射能减少，引起误差。该值高温计接收的辐射能减少，引起误差。该值随空气中水蒸气及随空气中水蒸气及CO2含量的增加而增大。含量的增加而增大。为减小此项误差，被测对象与物镜之间距离为减小此项误差，被测对象与物镜之间距离最好不超过最好不超过2m（3）环境温度的影响）环境温度的影响由于环境温度的影响，必然引起热电堆参考由于环境温度的影响，必然引起热电堆参考端温度的变化而造成测量误差端温度的变化而造成测量误差亮度法测温亮度法测温 基于基于亮度比较法亮度比

45、较法的高温计有：的高温计有：灯丝隐灭式光学温度计、光电高温计灯丝隐灭式光学温度计、光电高温计灯丝隐灭式光学高温计是一种典型的光谱辐灯丝隐灭式光学高温计是一种典型的光谱辐射光学高温计，如工业用的射光学高温计，如工业用的WGG2型系列和型系列和实验室用的实验室用的WGJ-01型精密光学高温计型精密光学高温计仪表使用方便，测量范围广，但是它是依靠仪表使用方便，测量范围广，但是它是依靠人眼观测来确定灯丝隐灭的，主观性误差大人眼观测来确定灯丝隐灭的，主观性误差大光学高温计原理示意图光学高温计原理示意图工作过程：工作过程：物镜和目镜均可调整且沿轴向运动，调整目物镜和目镜均可调整且沿轴向运动，调整目镜位置可

46、使观察者清晰地看到灯丝，调节物镜位置可使观察者清晰地看到灯丝，调节物镜位置使被测目标清晰地成像在灯丝平面上镜位置使被测目标清晰地成像在灯丝平面上在进行被测物体和灯丝亮度比较时，必须加在进行被测物体和灯丝亮度比较时，必须加入红色滤光片入红色滤光片人的眼睛只能对可见光敏感，加入红色滤光人的眼睛只能对可见光敏感，加入红色滤光片后，观察者看到的只是一段较窄波段内的片后，观察者看到的只是一段较窄波段内的辐射亮度，波长约在辐射亮度，波长约在0.60.7 之间，这一之间，这一波段被称为光学高温计的波段被称为光学高温计的“有效波长有效波长”m观察者目测比较背景和灯丝的亮度，如果灯观察者目测比较背景和灯丝的亮度

47、，如果灯丝亮度比被测物体亮度低，则灯丝在相对较丝亮度比被测物体亮度低，则灯丝在相对较亮的背景下显现出亮的背景下显现出较暗的弧线较暗的弧线，若灯丝亮度，若灯丝亮度比被测物体亮度高，则灯丝在相对较暗的背比被测物体亮度高，则灯丝在相对较暗的背景下显现景下显现较亮的弧线较亮的弧线，只有当灯丝亮度和被，只有当灯丝亮度和被测物体亮度相等，测物体亮度相等，灯丝轮廓隐灭于被测影像灯丝轮廓隐灭于被测影像灯丝亮度平衡示意图灯丝亮度平衡示意图原理：原理：光度标准灯的灯丝由电池光度标准灯的灯丝由电池E供电，灯丝的亮度供电，灯丝的亮度取决于流过电流的大小，调节滑线电阻取决于流过电流的大小，调节滑线电阻R可可以以改变流过

48、灯丝的电流，从而改变灯丝亮度改变流过灯丝的电流，从而改变灯丝亮度通过反馈灯电流的大小就可以确定被测物体通过反馈灯电流的大小就可以确定被测物体的温度的温度温度单色辐射能量亮度电流I实际物体在温度实际物体在温度T下的单色辐射能量为：下的单色辐射能量为：黑体在温度黑体在温度TS下的单色辐射能量为：下的单色辐射能量为：可得：可得：TCeCE/512STCeC/512STCTCeCeC/51/5122InCTTS211STCSeeeCeCTCTCTC22225151InCTTTCTCInTCTCInSSS2222211光电高温计光电高温计 光电温度计采用光电元件作为敏感元件，光电温度计采用光电元件作为敏

49、感元件，感受辐射源的亮度变化，并根据被测物体亮感受辐射源的亮度变化，并根据被测物体亮度与温度的关系确定温度的高低度与温度的关系确定温度的高低 当两束光辐射能量不同时，光电元件输出当两束光辐射能量不同时，光电元件输出对应于两辐射能量差的交变电信号，此反映对应于两辐射能量差的交变电信号，此反映差值的信号经放大电路放大后用来改变反馈差值的信号经放大电路放大后用来改变反馈灯的电流，从而改变反馈灯的亮度，直到差灯的电流，从而改变反馈灯的亮度，直到差值信号为零值信号为零 光电温度计工作过程（光电温度计工作过程（154页图页图3.61） 光电温度计也有测量距离的要求，一般用光电温度计也有测量距离的要求，一般

50、用距离系数（测量距离与被测目标直径之比）距离系数（测量距离与被测目标直径之比）表示，测量距离一般为表示，测量距离一般为0.53m 光电温度计也要根据被测物体的黑度系数光电温度计也要根据被测物体的黑度系数修正其测量值，设温度计显示值为修正其测量值，设温度计显示值为TS，光学，光学系统所用滤光片的波长为系统所用滤光片的波长为 ，则实际被测物，则实际被测物体的温度体的温度T可由下式确定：可由下式确定：TSInCTT211光电高温计优点：光电高温计优点： （1）准确度高）准确度高光电高温计克服了靠人眼判断亮度差别易造光电高温计克服了靠人眼判断亮度差别易造成主观性误差的缺点，从判断、调节亮度差成主观性误差的缺点，从判断、调节亮度差别直至读数整个过程都是自动化的，无需人别直至读数整个过程都是自动化的，无需人工参与工参与（2）使用波长范围宽）使用波长范围宽使用光电敏感元件后，测量波长范围不受人使用光电敏感元件后，测量波长范围不受人眼睛光谱敏感度的限制，而是可见光和红外眼睛光谱敏感度的限制，而是可见光和红外线范围均可使用，其测量下限可向低温扩展线范围均可使用，其测量下限可向低温扩展（3）响应速度快）响应速度快硅光电池的响应时间为微秒级，比其他光敏硅光电池的响应时间为微秒级，比其他光敏感元件的响应速度高很多倍，更适合于温度感元件的响应速度高很多倍，更适合于温度的动态测量的动