温度辐射测温

温度辐射测温第1页，课件共32页，创作于2023年2月2.4.1

辐射测温原理辐射式温度计的感温元件通常工作在属于可见光和红外光的波长区域。辐射式温度计的感温元件使用的波长范围为0.3—40μm。相关概念：绝对黑体：在任何温度下，均能全部吸收辐射到它上面的任何辐射能量选择吸收体：对辐射能的吸收(或辐射)除与温度有关外，还与波长有关灰体：吸收(或辐射)本领与波长无关第2页，课件共32页，创作于2023年2月一、普朗克公式阐明了绝对黑体的辐射强度与温度及波长的关系：对于灰体，某一波长下的辐射强度等于：在一定波长下，测量物体的辐射强度，可推算出其温度。所以只要可得到定波长条件下的辐射强度，就可得温度。

黑体光谱辐射亮度也称单位立体角的光谱辐射强度热辐射测温理论基础第3页，课件共32页，创作于2023年2月二、维恩公式

温度在3000K以下普朗克公式可用维恩公式代替，维恩公式表达式为：当波长一定时，黑体辐射本领就仅仅是温度的函数，即：三、全辐射定律(斯蒂芬—波尔茨曼)

温度为T的绝对黑体，在单位面积上辐射的总能量与绝对温度T的四次方成正比即：

式中：E—物体在温度T时红外辐

射总能量；T—物体的绝对温度；σ—斯忒藩-玻尔兹曼常数(σ＝5.6697×10-8Wm-2K-4；ε—比辐射率，即物体表面辐射本领与黑体辐射本领之比值，黑体的ε=1。

第4页，课件共32页，创作于2023年2月2.4.2辐射测温方法及其仪表1.光谱辐射温度计2.比色高温计3.辐射温度计光学高温计光电高温计硅辐射温度计第5页，课件共32页，创作于2023年2月亮度温度：在波长为λ、温度为T时，某物体的辐射亮度L与温度为TL的绝对黑体的亮度L0λ

相等，则称TL为这个物体在波长为λ时的亮度温度。其数学表达式为E(λ,Τ)=E0(λ,Τ)=E0(λ,ΤL)

C1λ-5exp[-C2/(λT)]=C1λ-5exp[-C2/(λTL)]光学高温计是在波长为λ的单色波长下获得的亮度。这样，物体的真实温度为：1）亮度高温计依据物体光谱辐射出射度或辐射亮度和其温度T的关系，可以测出物体的温度。分类：光学高温计、光电高温计用光学高温计测量被测物体的温度是“亮度温度”。第6页，课件共32页，创作于2023年2月光学高温计的示意图：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，并根据被测物体亮度与温度的关系确定温度的高低光学高温计在测量物体的温度时，由于要靠手动调节灯丝的亮度，由眼睛判别灯丝的“隐灭”，故观察误差较大，也无法实现自动检测和记录。2）光电温度计第7页，课件共32页，创作于2023年2月3）比色温度计比色温度计是基于维恩位移定律工作的根据比色温度的定义，应用维恩公式，可导出物体的真实温度和其比色温度的关系：比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如:烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场。第8页，课件共32页，创作于2023年2月4）辐射式温度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辐射温度计的敏感元件，分光电型与热敏型两大类第9页，课件共32页，创作于2023年2月红外测温原理

全辐射测温是测量物体所辐射出来的全波段辐射能量来决定物体的温度。它是斯蒂芬—玻尔兹曼定律的应用，定律表达式为

W——物体单位面积所发射的辐射功率，数值上等于物体的全波辐射出射度；

——物体表面的法向比辐射率；

——斯蒂芬—玻尔兹曼常数；

T——物体的绝对温度(K)。2.4.3红外测温与红外成像测温仪第10页，课件共32页，创作于2023年2月红外线辐射温度计外形钢铁工业解决方案汽车检测与维护供热、通风及制冷行业应用水泥回转窑筒体扫描温度测量系统

玻璃加工制造

电气系统故障诊断第11页，课件共32页，创作于2023年2月热成像仪

热成像技术是测温自动检测技术与红外技术的综合应用。最早用于军事，后在工业、医学和科研工作等方面获得广泛应用。应用范围：用于场参数测量。工作波段：红外波段。工作原理：利用红外扫描原理来测量物体表面温度分布与热状态；Ti30热像仪第12页，课件共32页，创作于2023年2月X射线紫外线近红外线红外线短波红外线中波红外线长波微波波长单位为微米(µm)10-410-20.280.400.702.006.008.0010415.00热测量红外辐射与光波和无线电波一样，是一种电磁波；红外热像仪可以接收红外辐射并将其转换为温度。红外辐射红外热像仪原理热成像技术是测温自动检测技术与红外技术的综合应用。第13页，课件共32页，创作于2023年2月物体红外镜头探测器红外热图红外辐射红外热像仪工作示意图红外热像仪是全被动接收仪器，依靠接收目标自身辐射的红外信号工作，对于其他精密电子仪器设备没有任何干扰。电路处理第14页，课件共32页，创作于2023年2月红外热像图红外热像仪接收目标各部位辐射的红外能量，并将其转换为温度值，用不同的颜色标示不同的温度，以热像图方式在液晶屏上显示。可见光图红外热像图第15页，课件共32页，创作于2023年2月2.5

测温仪表的选择及安装接触式测温元件的选型一般在t<500℃的中、低温区，如家用及汽车行业用得较多的是热电阻或热敏电阻，在t>500℃高温区，如冶金炉窑等热工设备的在线检测中选用较多的是热电偶。非接触式测温元件的选型从仪表的灵敏度上讲，光学高温计的灵敏度最高；比色温度计次之；辐射温度计差一些。故国际温标以基准光学(光电)高温计作为标准温度计。从测量误差上来讲，随着温度升高，TR、TL的相对误差也增大，而TP的相对误差维持不变；对于发射率低的物体，其TP与真实温度相差较大，而比色温度TR的差别最小。(1)

满足生产工艺对测温提出的要求；(2)

组成测温系统的各基本环节必须配套；(3)

注意仪表工作的环境；(4)

投资少且管理维护方便。第16页，课件共32页，创作于2023年2月热电偶的安装

热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择热电偶和保护套管。其安装地点要有代表性，安装方法要正确，下图是安装在管道上常用的两种方法。热电偶安装图通过温度变送经放大后,再接指示仪表或作为控制用的信号。

(1)热电偶温度计应按规定型号配用热电偶的补偿导线，正、负极不要接错，并注意使用温度不超出其规定值。

(2)热电阻应采用三线制接法与显示仪表相接；连接导线可采用普通铜导线，但其电阻值要符合仪表的要求。

(3)导线应有良好的绝缘。信号导线不能与交直流电源输电线合用一根穿线管，导线应远离电源动力线敷设，以减弱电磁感应带入的干扰。布线要求：第17页，课件共32页，创作于2023年2月2.6

新型温度传感器

2.6.1

热流计2.6.2

光纤光栅温度传感器2.6.3

集成温度传感器第18页，课件共32页，创作于2023年2月2.6.1热流计也称热通量传感器，是测量物体散热或吸热热流密度的仪表。它基本上都是由带有热电堆的薄片制成。建筑物散热测量管道保温第19页，课件共32页，创作于2023年2月法国Captec公司CapT-DP高温对流热流传感器

CapT-C系列高温热流传感器热流传感器TR2－B，可以在铬镍－铝镍热电偶和铜－康铜热电偶之间选择使用。

燃烧室热流测定，火箭、喷气发动机动力输出，火灾、燃烧试验，锅炉、燃烧室动力输出，其它众多高温热流测量应用。

第20页，课件共32页，创作于2023年2月2.6.2光纤光栅温度传感器

根据光纤在传感器中作用，传感器分为功能型、非功能型及拾光型三大类。

(1)功能型或传感型光纤传感器(FF)。光纤不仅作为导光物质，而且还是敏感元件。 (2)非功能型(传光型)传感器(NFF)。传感功能由非光纤型敏感元件完成，光纤仅起导光作用。

(3)拾光型传感器。用光纤作探头，接受由被测对象辐射的光或被反射、散射的光。保护管内功能光纤传光光纤FR1系列双色光纤式测温仪第21页，课件共32页，创作于2023年2月一、集成温度传感器的测温原理

PN结的温度特性

二极管的正向电压降UD以-2mV/℃变化

2.6.3集成电路温度传感器第22页，课件共32页，创作于2023年2月二、模拟型集成温度传感器AD590

电流输出型温度传感器能产生一个与绝对温度成正比的电流作为输出，AD590是电流输出型温度传感器的典型产品。

AD590封装示意图

空脚（接地）第23页，课件共32页，创作于2023年2月三、电压输出型集成温度传感器

——

LM35/45

LM35/45构成的摄氏温度测量电路及组装成的测温传感器第24页，课件共32页，创作于2023年2月在电脑中，集成温度传感器用于CPU散热保护电路散热风扇集成温度ICCPU插座CPU散热片第25页，课件共32页，创作于2023年2月四、数字式智能型温度传感器引脚定义：

(1)DQ为数字信号输入/输出端；(2)GND为电源地；(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。DS18B20第26页，课件共32页，创作于2023年2月1）高温金属熔体的温度测量连续测温铝水——采用表面改进的SiC保护管及Si3N4结合SiC保护管；铜液——采用MAC-6型金属陶瓷复合管型实体热电偶；钢液——采用国产Mo-MgO系金属陶瓷管实体钨铼系热电偶；非接触式光纤温度计。间断测量消耗式快速微型热电偶；消耗型光纤辐射温度计；2.7工业特殊测温技术第27页，课件共32页，创作于2023年2月测量锅炉过热器后的烟气温度Tg热电偶热端温度为T，Q1

：烟气对流、辐射及传导方式将热量传给热电偶；Ｑ2：热量沿着热电偶套管传给周围环境;Ｑ3：热电偶以辐射传方式给过热器及省煤器。热电偶接受的热量为Ｑ1；，散失的热量为Ｑ2＋Ｑ3，达到热平衡时Q1=Ｑ2＋Q3，即补充的热量等于散失的热量。然而只有ΔT＝Tg－T＞０时，才会有Q1，也就是说T永远不可能等于Tg。2）高温烟气温度测量ΔT就是测温误差。要减小ΔT使感受件的温度接近被测介质的温度，就必须增大烟气对热电偶的传热和减小热电偶对外的传导散热和辐射散热。第28页，课件共32页，创作于2023年2月把测温管和冷的管壁隔离开来，使测温管不直接对冷管壁进行辐射。这是因为热辐射误差和的四次方差成正比，若有少许差别，产生的误差就很大。右图为用隔离罩把测温管和冷管壁面隔离开来的例子。防辐隔离罩第29页，课件共32页，创作于2023年2月采用双热电偶测温，可用计算方法消除热辐射误差。右图所示为一裸露双热端热电偶，由粗细不同的两对热电偶组成。测量后可利用两对热电偶示值通过计算修正指示温度，从而获得较为准确的气流温度。两热电偶材料相同，它们和冷壁之间的