建筑环境测量技术3-5

§3-5、非接触测温应用范围：测量运动物体和极高温度的物体分类：一类是光学辐射式高温计，包括单色光学高温计、光电高温计、全辐射高温计，比色高温计等；另一类是红外辐射仪，包括全红外辐射仪、单红外辐射仪、比色仪等。特点：感温元件不与被测介质接触，因而不破坏被测对象的温度场，也不受被测介质的腐蚀等影响。动态特性好，可测量处于运动状态的对象温度和变更着的温度。2023/2/211一、热辐射测温的基本原理

确定黑体（又称全辐射体）的单色辐射强度E0λ随波长的变更规律由普朗克定律确定：式中： c1——普朗克第一辐射常数，c1=37413W·μm4／cm2；c2——普朗克其次辐射常数，c2=14388μm·K；λ——辐射波长（μm）；T—确定黑体温度（K）。2023/2/212维恩公式：温度低于3000K时，普朗克公式可用维恩公式代替，误差不超过1％。普朗克公式的函数曲线如图3－23所示。从曲线可知，当温度增高时，单色辐射强度随之增长，曲线的峰值随温度上升向波长较短方向移动。2023/2/213图3-23辐射强度与波长和温度的关系曲线

2023/2/214单色辐射强度峰值处的λm和温度T之间的关系由维恩位移定律给出：

2023/2/215波长λ从0～∞的全部辐射能量的总和E0

确定黑体全辐射定律：式中：σ0——斯蒂芬一玻耳兹曼常数，等于 5.67×10-12W／（cm2·K4）。 确定黑体的全辐射能量和其热力学温度的四次方成正比。2023/2/216灰体：假如物体的辐射光谱是连续的，而且它的单色辐射强度Eλ＝f（λ）和同温度下的确定黑体的相应曲线相像，即在全部波长下都有： Eλ／E０λ＝ε（ε为小于1的常数）灰体的全部辐射能：物体的特征系数：E／EO＝ε 一般工程物体的ε值随波长变更不太显著，可近似地看作灰体，如锅炉各类受热面、炉膛火焰和含灰的高温烟气等均可视为灰体。2023/2/217单色辐射能与全辐射能比较

E０λ与E０随温度变更的曲线如图所示。虚线表示当λ=0.65μm时E０λ随温度变更的曲线，实线表示E０随温度变更的曲线。当温度上升时，单色辐射强度要比全辐射能量的增长快得多。因此，单色辐射光学高温计比全辐射高温计灵敏度高、测量精确度高。2023/2/218二、单色辐射高温计

当物体温度高于700℃时，会明显地发出可见光，具有确定的亮度。物体在波长λ的亮度Bλ和它的辐射强度Eλ成正比，即c——比例常数。依据维恩公式，确定黑体在波长λ的亮度B0λ与温度TS的关系为：实际物体在波长λ的亮度 Bλ与温度T的关系为由上式可知，由于ελ的不同，即使它们的亮度Bλ相同，物体的温度也有差别。2023/2/219单色辐射光学高温计的刻度标定单色辐射光学高温计的刻度按确定黑体 （ελ＝1）的温度进行刻度。测量实际物体（ελ≠1）的温度时，所得到的温度示值叫做被测物体的“亮度温度”。实际温度T和亮度温度TS之间的修正关系为：特点： 已知波长λ同时知道物体在该波长下的黑度系数ελ，才能计算出实际温度T。2023/2/21101、光学高温计

灯丝隐灭式光学高温计是一种典型的单色辐射光学高温计，测量时，灯丝隐灭。它在全部的辐射式温度计中，精确度最高。依据被测物体光谱辐射亮度随温度上升而增加的原理，接受亮度比较法来实现对物体的测温的。2023/2/2111国产WGG2-323型光学高温计的结构原理1－目镜；2－吸取玻璃；3－高温计灯泡；4－目镜；5－红色滤光片；6－显示仪表；7－滑线电阻；K－开关；E－干电池2023/2/2112亮度平衡时灯丝顶端的轮廓隐灭于被测对象的影像中

（a）灯丝太暗；（b）灯丝太亮；（c）隐丝（正确）

2023/2/21132、光电高温计

特点：在光学高温计的基础上发展起来的，可以自动平衡亮度、自动连续记录被测温度示值的测温仪表。用光电器件作为仪表的敏感元件，

2023/2/21143、运用单色辐射高温计的留意事项（1）非黑体辐射的影响 人为地创建黑体辐射的条件，即把一根有封底的瘦长管插到被测对象中，在充分受热后，管底的辐射就近乎黑体辐射。1：10（2）中间介质的影响 光学高温计和被测物体之间的灰尘、烟雾和二氧化碳等气体，对热辐射会有吸取作用，因而造成测量误差。距离在1～2m之内。（3）对被测对象的限定 不宜测量反射光很强的物体；不能测不发光的透亮火焰。不能测物体内部点的温度。2023/2/2115三、全辐射高温计

1．构造和原理 依据全辐射定律制作的温度计。 当知道黑体的全辐射能量E0后，就可以知道温度T。 全辐射能量E等于温度为TP的确定黑体全辐射能量E0时，温度TP叫做被测物体的辐射温度。 按定义E＝εσＴ4，E0＝σOＴP4， 当E＝E0时，有 需已知ε2023/2/2116全辐射高温计的示意图1－物镜；2－光栏；3－玻璃泡；4－热电堆；5－灰色滤光片；6－目镜；7－铂箔；8－云母片；9－显示仪表2023/2/21172、运用全辐射高温计的留意事项 （1）全辐射体的放射率ε随物体的成分、表面状态、温度和辐射条件的不同而不同。 （2）被测物体与高温计之间的距离L和被测物体的直径D之比（L／D）有确定的限制。 （3）运用时环境温度不宜太高，否则会引起热电堆参比端温度上升而增加测量误差。2023/2/2118四、比色高温计

光学高温计和全辐射高温计共同的缺点是受实际物体放射率的影响和辐射途径上各种介质的选择性吸取辐射能的影响。依据维恩位移定律可知，当温度增加时，确定黑体的最大单色辐射强度向波长减小的方向移动，使在波长λ1和λ2下的亮度比随温度而变更，测量亮度比的变更即可知道相应的温度，这便是比色高温计的测温原理。2023/2/2119确定黑体，由维恩定律可知，相应于λ1和λ2的亮度分别为：λ1和λ2是预先规定的值，只要知道在此两波长下的亮度比，就可求出被测黑体的温度TS。

2023/2/2120比色温度计计算温度公式若温度为T的实际物体的两个波长下的亮度比值与温度为TS的黑体在同样而波长下的亮度比值相等，则把TS叫做实际物体的比色温度。如已知λ1、λ2、ελ1/ελ2和TS就可以计算出温度T值。

2023/2/2121比色高温计的工作原理图

1一物镜；2一通孔成像镜；3一调制盘；4一同步电动机；5一光电检测器；6一目镜；7一倒像镜；8一反射镜2023/2/2122习题与思索：1、什么是温标？简述ITS-90温标的三要素。2、常用的温标有那几种？他们之间的相互关系？3、试述温度测量仪表的种类？各用在什么场合？4、膨胀式温度计有哪几种？各有何优缺点？5、热电偶温度计的测温原理？由哪几部分组成？各部分的作用？6、热电偶测温为什么要进行冷端补偿？有哪几种