过程检测仪表[电子教案]第五章__温度检测仪.

1、第五章 温度检测仪表 概述5.1.1 温度的概念温度是表征物体冷热的程度的物理量。从微观上讲，温度表示物质内部分子热运动平均动能的大小。热平衡和热效应是温度测量的重要基础。5.1.2 温标温度的数值表示方法称为温标。规定了温度的读数的起点（即零点）和测量温度的基本单位。 1 1经验温标经验温标(1)摄氏温标（） 规定在标准大气压下，冰水混合物的温度为0，水的。沸点为100。(2)华氏温标（） 规定在标准大气压下,水的冰点温度为32，水的沸点温度定为2122 2热力学温标热力学温标 热力学温标是一种理想温标，规定分子运动停止时的温度为绝对零度。温度单位为开尔文（K)，大小定义为水三相点的热力学温

2、度的1/273.16。3 3国际实用温标国际实用温标ITSITS国际实用温标是用来复现热力学温标。（1）T 90和t90之间关系保留以前温标定义中的计算关系，摄氏温度的分度值与热力学温度分度值相同 15.2739090 Tt（2）ITS-90通过划分温区定义：0. 65K到5. OK之间，由3He蒸汽压与温度的关系式来定义。3.OK到24. 5561K之间，是用氦气体温度计来定义。13. 8033K到1234.93K之间，是用铂电阻温度计来定义。（3）各温区规定一组的定义温度固定点，并规定内插公式来分度。所采用的定义固定点一般是一些纯物质的三相点，或是溶点、凝固点。如O2、Ar、Hg、H2O的

3、三相点；In、Sn、Al、Ag、Au、Cu的凝固点等。5.1.35.1.3测温仪表的分类测温仪表的分类（1）按测温方式可分为接触式和非接触式两大类；（2）按工作原理可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等；5.2 5.2 膨胀式温度计膨胀式温度计热膨胀式温度计是利用液体、气体或固体热胀冷缩的性质测量温度。分为液体膨胀式温度计和固体膨胀式温度计两大类。5.2.1 5.2.1 膨胀式温度计膨胀式温度计1 1玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计组成：主要由玻璃温包、毛细管、工作液体和刻度标尺等组成。工作液：一般采用水银和酒精作为工作液，其中水银与其它液体相比有许多优点，如不粘附玻璃、不易氧化、测量温度高、

4、容易提纯、线性较好、准确度高。图5.1 玻璃管液体温度计1玻璃温包；2毛细管；3刻度标尺分类：按用途分类，可分为工业用玻璃管液体温度计、标准玻璃管液体温度计两类。标准玻璃管液体温度计，可作为检定其它温度计用，准确度高，测量绝对误差可达0.050.1。工业用玻璃管液体温度计为了避免使用时被碰碎，在玻璃管外通常罩有金属保护套管。2双金属温度计双金属片是由两种膨胀系数不同的金属薄片叠焊在一起制成的测温元件。利用两种膨胀系数不同的金属元件的膨胀差异测量温度。双金属片受热后由于两种金属片的膨胀系数不同而使自由端产生弯曲变形，弯曲的程度与温度的高低成正比。20()lxGttdx双金属片自由端的位移；l双金

5、属片的长度；d双金属片的厚度；G弯曲率，取决于双金属片的材料。图5.3 双金属片1双金属片；2一指针轴；3一指针；4一刻度盘双金属片常被用作温度继电控制器、温度开关或仪表的温度补偿器。双金属温度计：螺旋形双金属片的一端固定在测量管的下部，另一端为自由端，与指针轴焊接在一起。当被测温度发生变化时，双金属片自由端发生位移，使指针轴转动，由指针指示出被测温度值。特点：双金属温度计结构简单、耐振动、耐冲击、使用方便、维护容易、价格低廉，适于振动较大场合的温度测量。目前国产双金属温度计的使用温度范围为-80600，精度等级为12.5级。图5.4 双金属温度计1-表玻璃；2-指针；3-刻度盘；4-表壳；5

6、-安装压帽；6-金属保护管；7-指针轴；8-双金属螺旋；9-固定端5.2.2 压力式温度计 1压力式温度计的结构及原理 结构：由充有感温介质的感温包、传递压力的毛细管及压力表组成。图5.5 压力温度计结构示意图1-温包；2-感温介质；3-毛细管；4-弹簧管；5-双金属元件 原理：温包内的感温介质若随被测温度升高时，其体积膨胀，但由于温包、毛细管和弹簧管组成的封闭系统容积基本不变，介质体积膨胀受限，造成系统压力升高。经毛细管传给弹簧管使其产生变形，进而通过传动机构带动指针偏转，指示出相应的温度。 特点：强度大、不易破损、读数方便，准确度较低、体积大。测温范围-100600。 类型：液体压力温度计

7、、气体压力温度计和蒸汽压力温度计。 (2)气体压力温度计 工作气体：氮气（测温上限可达500550）；氢气(测温下限可达-120)。(3)蒸汽压力温度计 其温包中充入约占2/3容积的低沸点液体，其饱和蒸气压仅与气液界面的温度有关。通过毛细管传递弹簧管中，以指示被测温度。工作液：氯甲烷、氯乙烷和丙酮等。优点：温包的尺寸比较小，灵敏度高；测量范围小，T-P关系非线性，标尺刻度不均匀。 (1)液体压力式温度计 感温液体：水银（测温范围-30 650）；甲醇（测温范围-100 150）；二甲苯（测温范围-100 400）。液体压力温度计使用时应将温包全部浸入被测介质之中，否则会引起较大测量误差。环境温

8、度变化过大，也会对示值产生影响。为此，在弹簧管的自由端与传动机构之间插入一条双金属片补偿附加误差。5.35.3热电偶温度计热电偶温度计测量原理：热电效应。热电偶能将温度转换成毫伏级热电势信号 输出。特点：测温范围广，性能稳定，结构简单，测量精度高，输出信号便于远传，应用极为广泛。图5.6 热电偶温度计组成示意图组成：热电偶、连接导线显示仪表 5.3.1热电偶测温原理1热电效应热电偶：由两根不同的导体材料将一端焊接或绞接而成。焊接的一端称为热端（测量端）；另一端称为冷端（参考端）。热电偶产生热电动势由接触电动势和温差电动势两部分组成。(1)温差电动势 导体两端温度不同、电子能量不同，造成导体内自

9、由电子从高温端向低温端扩散，电子扩散造成高、低温端电荷的积累，形成静电场Es。当电场对电子的作用力与扩散力平衡时，电场Es产生一个稳定的温差电动势 TTAtAtAtNdNeKTTE0)(1),(0 e单位电荷，e =1.610-19 C； K波尔兹曼常数，K=1.3810-23J/K； NAt为导体A在温度t时的电子密度。 (2)接触电势 两种不同导体接触时，由于电子密度不同，造成自由电子从高密度侧向低密度侧扩散，电子扩散造成接触点处电荷的积累，形成静电场Em。当电场对电子的作用力与扩散力平衡时，产生一个稳定的接触电动势BTATABNNeKTTEln)( TA、B导体接触处的温度； NAT、N

10、BT分别为导体A、B在温度T时的电子密度。图5.8 热电偶回路电势(3)热电偶回路总电势 对于导体A和B组成的热电偶回路，当接点温度TT0，NANB时，回路中总热电势为),(),()()(),(0000TTETTETETETTEBAABABAB TTBtAtABdtNNeKTTE0ln),(0)()(),(00TfTfTTEAB 当参考端的温度T0恒定时，CTf )(0为常数，则 )()(),(0TCTfTTEAB 当冷端保持温度不变，则热电偶回路总电势只随热端的温度变化而变化。在实际应用中，热电势与温度之间的关系是在参考端温度为0时，通过实验建立的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。2热电

11、偶的基本定律(1)均质导体定律 两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电极直径、长度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端温度有关。(2)中间导体定律 若在热电偶回路中插入中间导体（第三种导体），只要中间导体两端温度相同，则对热电偶回路的总热电势无影响。 (3)中间温度定律 AB0ABnABn0( ,)( ,)(,)ET TET TET T (4)标准电极定律 AB0AC0BC0( ,)( ,)( ,)ET TET TET T5.3.2 常用热电偶的类型及结构 1热电偶的类型及特点 热电极的材料要求。 材料的热电性能不随时间而变化，即热电特性稳定。 电极材料有足够的物理、化学稳

12、定性，不易被氧化和腐蚀。 产生的热电势要足够大，热电灵敏度高。 热电势与温度关系要具有单调性，最好呈线性或近似线性关系。 材料复现性好，便于大批生产和互换。 材料组织均匀，机械性能好，易加工成丝。 材料的电阻温度系数小，电阻率要低。（1）标准热电偶铂铑10-铂热电偶，分度号S。测量范围：长期使用1300以下，短期测量1600。特点：热电特性稳定，准确度高，材料容易提纯，缺点是热电势较低，价格昂贵，不能用于金属蒸汽和还原性气体中。铂铑30-铂铑6热电偶，分度号B。测量范围：长期使用1600以下，短期测量1800。特点：测量上限高，稳定性好的、机械强度大，缺点是热电势小，不能用于0以下温度测量。镍

13、铬-镍硅热电偶，分度号K。测量范围： -270+1300。在氧化性或中性介质中长时测量温度900，在还原性介质中，小于500。特点：热电势较大，热电关系近线性，抗氧化性和抗腐蚀性强。化学稳定性、复制性好，价格便宜。缺点是测量略低，稳定性稍差。镍铬-铜镍热电偶，分度号E。测量范围：长期使用-200+600，短期测量-200+800。特点：热电势大，灵敏度高，电阻率小，适用于还原性和中性气氛下测温，价格便宜。缺点是测量范围低且窄，铜镍合金易受氧化而变质。铜-铜镍热电偶，分度号T。测量范围：-248+370特点：热电势大,热电特性好，价格低廉。低温性能十分稳定。不宜在氧化性气氛中工作。 能满足一些特

14、殊条件下测温的需要，如超高温、极低温、高真空或核辐射环境。非标准化热电偶有铂铑系、铱铑系、钨铼系及金铁热电偶、双铂钼等热电偶。(2)非标准热电偶2普通热电偶的结构(1)普通型热电偶的组成图5.12 普通热电偶结构1出线孔密封圈；2-出线孔压紧螺母；3-防掉链；4-接线盒盖；5接线柱；6-密封圈；7-接线盒座；8-接线绝缘座；9-保护套管；10绝缘管；11-热电极热电极 感温元件，热端焊接，冷端连接在接线盒内接线柱上，与外部接线连接。贵金属热电极的直径为0.0150.5mm，普通金属热电极的直径为0.23.2 mm。长度一般为0.352 m左右。绝缘管 套在热电极上防止热电极短路。绝缘管的材料一

15、般用耐火陶瓷(1200以下)、氧化铝Al2O3(1600以下)和氧化镁MgO(2000以下)。保护管 使热电极与被测介质隔离，免受化学侵蚀和机械损伤。材料如不锈钢1Cr18Ni9Ti（900）、高温钢Cr25Ti（1000）、高温不锈钢CH40（1200）、氧化铝Al2O3(1600)、氧化镁MgO(2000)和氧化锆ZrO2(2400)。接线盒 普通防溅型、防水型、防爆型等。(a) 直形无固定装置热电偶(b) 直形螺纹连接头固定热电偶(c) 锥形螺纹连接头固定热电偶(d) 直形法兰固定热电偶图5.13 普通热电偶结构形式（2）普通热电偶的结构类型3.特殊热电偶(1)铠装热电偶 将保护套管、绝

16、缘材料粉末与热电极三者组合成一体，经多次拉伸制成的细长形像铁丝样的热电偶。我国已生产出S型、R型、B型、K型、E型、J型铠装热电偶。特点：体积小，热容量小，动态响应快；可挠性好，具有良好柔软性；强度高，耐压、耐震、耐冲击。外径最细能达0.25 mm，长度可达100m以上图5.14 铠装热电偶的结构1-接线盒；2-保护管；3-固定装置；4-绝缘材料；5-热电极 (2)薄膜型热电偶 用真空蒸镀的方法，把热电极材料蒸镀在绝缘基板上而制成。特点：测量端厚度约为几个微米左右，热容量小，响应速度快，便于敷贴。适用于测量微小面积上的瞬变温度。 图5.15 薄膜热电偶1工作端；2薄膜热电极；3绝缘基板；4引脚

17、接头；5引出线（相同材料的热电极）5.3.3 热电偶的冷端补偿1补偿导线为节约贵重金属热电极材料，选择一对价格低廉的金属丝作为补偿导线来延长热电偶的冷端，使之远离高温区。补偿导线在冷端温度范围内，产生的热电势与主热电偶的热电势相同。图5.17 利用补偿导线延长热电偶的冷端1-测量端；2热电极；3一接线盒1(中间温度)；4补偿导线；5接线盒2(新的冷端)；6铜引线(中间导体)；7-毫伏表使用注意：1）补偿导线与热电偶热电极的两个接点温度必须相同；2）补偿导线只能与相应型号的热电偶配用；3）必须在规定的温度范围内使用；4）极性切勿接反。型号配用热电偶正-负补偿导线正-负导线外皮颜色100热电势/m

18、V20时的电阻率/（）正负SC铂铑10-铂铜-铜镍红绿0.6460.0230.0510-6KC镍铬-镍硅铜-康铜红蓝4.0960.0630.5210-6WC5/26钨铼5-钨铼26铜-铜镍红橙1.4510.0510.1010-62冷端恒温法将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0不变。图5.18 冰浴法接线图1-热电偶；2-补偿导线；3-铜质导线；4-保温瓶；5-冰水混合物；6-导热油； 7-试管；8-盖；9-显示仪表+-3计算修正法 补偿电桥串接在热电偶回路中，与热电偶的冷端同处于温度T0下。电桥产生电势与热电偶电势串联叠加。 电桥电阻R1、R2、R3为锰铜电阻，其

19、电阻值恒定。电阻RCu由铜丝绕制，随温度而变化。 To=0，R1=R2=R3=RCu=1，电桥平衡，无信号输出。当To变化时，RCu的阻值改变，电桥将输出不平衡电压Uab= E (T0,0)。)0 ,(),()0 ,(00TETTETEABABAB先测出冷端温度T0，查热电偶分度表求EAB（T，0），根据上式求出EAB（T，0），反查分度表，查出相应的温度值。4补偿电桥法 图5.19 补偿电桥2.测量两点温度差的测温电路3.测量多点温度的测温电路 5.3.4热电偶常用测温电路 1.测量某点温度的基本电路3/)(321EEEE 4.测量平均温度的测温电路5.测量几点温度之和的测温电路123EEE

20、E一体化温度变送器由测温元件和变送器模块两部分构成。变送器模块把测温元件的输出信号Et或Rt，转换成为统一标准信号420mA.DC。 一体化温度变送器的基本误差不超过量程的0.5，环境温度影响约为每1变动不超过0.05，可安装在-25+80的环境中。特点：节省补偿导线、抗干扰能力强、体积小、不需调整维护。图5.25 一体化热电偶温度变送器工作原理图5.3.5 一体化热电偶温度变送器图5.27 热电阻测温电桥的三线连接法5.4 5.4 热电阻温度计热电阻温度计 5.4.1 热电阻的测量原理 测量原理：利用导体或半导体的电阻值随温度变化的性质测量温度。 组成：由热电阻、连接导线和显示仪表构成。 测

21、量范围：200+850。 热电阻测量：常用电桥电路。 三线制：可消除环境温度造成引线电阻变化产生的测量误差。R1、R2 、R3为桥路固定电阻， Ra为零位调节电阻，热电阻通 过三根导线和电桥连接。 引线电阻r1=r2=r3=r。桥路输出电压VCD=VCA-VDA。当环境温度变化时，引线电阻r1、r3的变化产生的桥路电压VCA=VDA，相互抵消，不会产生温度误差。、5.4.2 常用热电阻的种类及结构 1常用热电阻（1）铂热电阻 特点：铂金属物理、化学性能稳定，易于提纯，工作范围为-200850。在-2000温度范围内23t01ABC(100) RRtttt在0850温度范围内2t01AB RRt

22、tRt为t时的铂电阻值；R0为0时的铂电阻值。A=3.9080310-3-1；B=-5.77510-7-2；C=-4.18310-12-4。类型：Pt10、Pt100。（2）铜热电阻特点：线性好，灵敏度高，容易提纯、加工，价格便宜，复现性能好，易于氧化，电阻率低，体积大。测量范围：-50150Rt为t时的铜电阻值；R0为0时的铜电阻值。0系数，0=4.2810-3-1。类型：Cu50和Cul00)1(00tRRt 图5.28 热电阻结构1-电阻体；2-绝缘管；3-保护套管；4-安装固定件；5-接线盒；6-接线端子；7-盖；8-出线口热电阻体结构： 图5.29 电阻体结构1-铂丝；2-薄玻璃层；

23、3-基体；4-釉层；5-引出线；6-云母基体；7-绕好的云母片；8-金属夹片；9-外保护管；10-铜电阻2热电阻的结构(1)普通热电阻组成：主要由电阻体、绝缘管、保护管和接线盒等部分组成。（2）铠装热电阻引线和保护管做成一体，具有较好的挠性，便于使用安装，电阻体密封，不易受有害介质的侵蚀。反应速度快，有良好的机械性能、耐振性和冲击性。图5.30 铠装热电阻结构尺寸小，可粘贴测量局部温度，具有热容量小、反应快的特点。图5.31 薄膜型铂热电阻（3）薄膜热电阻EMMMVMVMtIEII)rr(IEIER325 5、金属热电阻的应用特点、金属热电阻的应用特点 与热电偶相比，金属热电阻具有以下特点与热

24、电偶相比，金属热电阻具有以下特点5.4 5.4 热电阻传感器热电阻传感器二、热敏电阻二、热敏电阻 热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测温的。半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，的特性实现测温的。半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多。而且体积可以做得很小，故动态特其灵敏度比热电阻高得多。而且体积可以做得很小，故动态特性好，特别适于在性好，特别适于在-50-50300300之间测温。结构简单，可根据之间测温。结构简单，可根据需要制成各种形状。化学稳定性好，机械性能强，价格低廉，需要制成各种形状。化学稳

25、定性好，机械性能强，价格低廉，寿命长。寿命长。 热敏电阻的缺点是复现性、互换性较差，非线性严重，测热敏电阻的缺点是复现性、互换性较差，非线性严重，测温范围较窄。温范围较窄。5.4 5.4 热电阻传感器热电阻传感器热敏电阻热敏电阻金属氧化物：钴金属氧化物：钴CoCo、锰、锰MnMn、镍、镍Ni Ni 等的氧化物等的氧化物 采用不同比例配方、高温烧结而成。采用不同比例配方、高温烧结而成。优点：（优点：（1 1）结构简单、体积小、可测点温度；）结构简单、体积小、可测点温度； （2 2）电阻温度系数大，灵敏度高（）电阻温度系数大，灵敏度高（1010倍）；倍）； （3 3）电阻率高、热惯性小、适宜动态测

26、量。）电阻率高、热惯性小、适宜动态测量。 5.4 5.4 热电阻传感器热电阻传感器热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数5.4 5.4 热电阻传感器热电阻传感器TBTRAe2211TTRTRT11TBTAeR22TBTAeR112211()TTBTTReR11TBTeRA 211221lnTTRRTTTTB00expTBTBRRT0T0RTdTdRRT1dTAedAeTBTB)(12TB.constTTT：XTSRRRTRS1TRUIXRTRXTRR XRTRXTRR /XTXTRRRRR NTCNTC热敏电阻生产最早、最成熟、使用范围也热敏电阻生产最早、最成熟、使用范围也广，它特别适用于广，它

27、特别适用于-50-50300300之间的温度测量，之间的温度测量，目前己广泛应用于点温、表面温度、温差、温度目前己广泛应用于点温、表面温度、温差、温度场等测量中，同时也应用在自动控制及电子线路场等测量中，同时也应用在自动控制及电子线路的热补偿电路中。的热补偿电路中。 5.4 5.4 热电阻传感器热电阻传感器（2 2）（）（PTCPTC）热敏电阻）热敏电阻器的电阻器的电阻温度特性温度特性: :其特性是利用正温度热其特性是利用正温度热敏材料，在居里点附近敏材料，在居里点附近结构发生相变引起导电结构发生相变引起导电率突变来取得的，曲线率突变来取得的，曲线如图如图1000010001001005010

28、0150200250R20=120R20=36.5R20=12.2PTC热敏电阻器的电阻热敏电阻器的电阻温度曲线温度曲线T/C电阻/Tp1Tp2Tc=175 C5.4 5.4 热电阻传感器热电阻传感器PTCPTC热敏电阻的工作温度范围较窄，在工作区两端，电热敏电阻的工作温度范围较窄，在工作区两端，电阻阻温度曲线上有两个拐点：温度曲线上有两个拐点：T Tp1p1和和T Tp2p2。当温度低于。当温度低于T Tp1p1时，温度灵敏度低；当温度升高到时，温度灵敏度低；当温度升高到T Tp1p1后，电阻值随温度后，电阻值随温度值剧烈增高（按指数规律迅速增大）；当温度升到值剧烈增高（按指数规律迅速增大）

29、；当温度升到T Tp2p2时，时，正温度系数热敏电阻器在工作温度范围内存在温度正温度系数热敏电阻器在工作温度范围内存在温度T Tc c，对应有较大的温度系数对应有较大的温度系数tptp 。 改变改变PTCPTC的材料成分，可以得到不同的居里温度点。的材料成分，可以得到不同的居里温度点。PTCPTC热敏电阻主要用于彩电消磁、各种电器设备的过载热敏电阻主要用于彩电消磁、各种电器设备的过载保护、发热源的定温控制，也可作为限流元件使用。保护、发热源的定温控制，也可作为限流元件使用。 5.4 5.4 热电阻传感器热电阻传感器热敏电阻外形 MF12 MF12型型 NTCNTC热敏电阻热敏电阻聚脂塑料封装聚

30、脂塑料封装热敏电阻热敏电阻3 3、热敏电阻的应用、热敏电阻的应用5.4 5.4 热电阻传感器热电阻传感器热敏电阻温度面板表 热敏电阻热敏电阻 LCD5.4 5.4 热电阻传感器热电阻传感器DtRRABG5.5 5.5 温度测量元件的安装温度测量元件的安装1能正确反映被测温度感温元件与被测介质能进行充分的热交换。感温元件应与被测介质形成逆流。避免热辐射所产生的测温误差。避免感温元件外露部分的热损失所产生的测温误差。避免热电偶与火焰直接接触。负压管道、设备中，必须保证其密封性，以免外界冷空气袭入，降低测量指示值。 压力式温度计的温包中心与管道中心线重合，应自上而下垂直安装，毛细管不应受拉力，不应有

31、机械损伤。接线盒出线孔应向下，以防水汽、灰尘与脏物等落入接线盒中影响测量。水银温度计只能垂直或倾斜安装，同时需观察方便，不得水平、倒装。凡安装承受压力的感温元件，都必须保证其密封性。高温热电偶，应尽可能垂直，防止保护管高温下变形。若必须水平安装时，应装有用耐火支架。在介质具有较大流速的管道中，安装感温元件时必须倾斜安装。如被测介质中有尘粒、粉末物或测量腐蚀性介质时，为保护感温元件不受磨损，应加装保护屏或外保护管。在安装瓷和氧化铝类保护管时，防止损坏保护管。在插入或取出热电偶时，应避免急冷急热，以免保护管破裂。在薄壁管道上安装感温元件时，需在连接头处加装加强板。当介质工作压力超过10MPa时，必

32、须加装保护外套。2应确保安全、可靠 5.6 5.6 非接触式温度计非接触式温度计(1)温度计和被测对象不接触，不会破坏被测对象的温度场，故可测量运动物体的温度并可进行遥测。(2)由于温度计不必达到与被测对象同样的温度，故仪表的测温上限不受温度计材料熔点的限制。(3)在检测过程中温度计不必和被测对象达到热平衡，故检测速度快，响应时间短，适于快速测温。5.6.1 测温原理 自然界中任何物体只要其温度在绝对零度以上，就会不断地向周围空间辐射能量。温度越高，辐射能量就越多。绝对温度为T的物体对外辐射的能量E251T1( , )(1)CTETCe 为物体在温度T下的辐射率(也称“黑度系数”)；为辐射波长

33、；C1为第一辐射常数，C13.7413210-16 Wm2；C2为第二辐射常数，C2=1.43878610-2 mk。T在整个波长范围内全部辐射能量的总和40( , )( )EET dTF T=56703210-8W(m2K4)为黑体的斯蒂芬玻尔兹曼常数。物体在特定波长c上的辐射能是温度T的单一函数)()1(),(1512TfeCTEcTCcTc 两个特定波长上的辐射能之比(T)也是温度的单值函数。22111()51122(, )()( )(, )cTETeTET（满足）1/2 cTC ）辐射测温主要方法。（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

34、体的温度。（2）亮度法 测出物体在某一波长 ( )上的辐射能量f(T)， 经辐射率修正后确定被测物体的温度。（3）比色法 测出物体在两个特定波长段上的辐射能比值(T)，确定被测物体的温度。 辐射温度计组成：由光学系统、检测元件、转换电路和信号处理等组成。光学系统:是通过光学透镜、反射镜以及其它光学元件获得物体辐射能中的特性光谱，并聚焦到检测元件上。检测元件将辐射能转换成电信号，经信号放大、辐射率的修正和标度变换后输出与被测温度相对应的信号。部分辐射温度计需要参考光源。工业用光学高温计分类工业用光学高温计分类隐丝式隐丝式利用调节电阻来改变高温灯泡的工作电流，当灯丝的利用调节电阻来改变高温灯泡的工

35、作电流，当灯丝的亮度与被测物体的亮度一致时，灯泡的亮度就代表了亮度与被测物体的亮度一致时，灯泡的亮度就代表了被测物体的亮度温度。被测物体的亮度温度。恒定亮度式恒定亮度式利用减光楔来改变被测物体的亮度，使它与恒定亮度利用减光楔来改变被测物体的亮度，使它与恒定亮度温度的高温灯泡相比较，当两者亮度相等时，根据减温度的高温灯泡相比较，当两者亮度相等时，根据减光楔旋转的角度来确定被测物体的亮度温度。由于隐光楔旋转的角度来确定被测物体的亮度温度。由于隐丝式光学高温计的结构和使用方法都优于恒定亮度式，丝式光学高温计的结构和使用方法都优于恒定亮度式，所以应用广泛。所以应用广泛。WGG2-201WGG2-201

36、型光学高温计型光学高温计 1物镜；2灰色吸收玻璃；3灯泡；4目镜；5红色滤波片；6指示仪器；7滑线电阻；E电源；K开关；R1刻线调整电阻光学系统和电测系统光学系统和电测系统隐丝式光学高温计由光学系统和电测系统两部分组成隐丝式光学高温计由光学系统和电测系统两部分组成 光学系统：目镜、物镜、灯泡、红色滤波片和灰色吸收光学系统：目镜、物镜、灯泡、红色滤波片和灰色吸收玻璃玻璃红色滤波片，造成一个较窄的有效波长红色滤波片，造成一个较窄的有效波长吸收玻璃，目的是扩展量程吸收玻璃，目的是扩展量程 （14001400）目镜和物镜是一套光学系统目镜和物镜是一套光学系统 电测系统电测系统 包括指示仪表、灯泡、电源

37、和调节电阻四部分。光学包括指示仪表、灯泡、电源和调节电阻四部分。光学高温灯泡：标准辐射源高温灯泡：标准辐射源电源、调节电阻和指示仪表组成测量电路电源、调节电阻和指示仪表组成测量电路 原理一般有电压表式，电流表式以及不平衡电桥和平原理一般有电压表式，电流表式以及不平衡电桥和平衡电桥式四种。衡电桥式四种。 1）测量时，如灯丝亮度比辐射热源（被测物体）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）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，则

38、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）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）由毫安计的读数就是被测物体的亮度温度 这种光学高温计叫这种光学高温计叫“隐丝式光学高温计隐丝式光学高温计”。2 工作原理工作原理 (1)问题：由于亮度超过问题：由于亮度超过14000C时，钨丝易发时，钨丝易发生升华，（电阻值改变，且在灯泡玻璃上形成薄生升华，（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），造成测量膜，改变了灯丝的温度亮度特性），造成测量误差。误差。 (2)灰色吸收玻璃的作用：灰色吸收玻璃的作用：加入吸

39、收玻璃，在加入吸收玻璃，在14000C以上时，可减弱热源进入仪表的亮度后，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。再和灯丝比较，加大光学高温计的测量范围。3 一些元器件的作用一些元器件的作用1) 灰色吸收玻璃灰色吸收玻璃2)红色滤光片的作用：红色滤光片的作用： 造成窄的光谱段，使其在波长范围造成窄的光谱段，使其在波长范围0.6-0.7m内进行亮度比较。好处内进行亮度比较。好处:在于当被测在于当被测温度变化时，对于一般的工业用光学高温计温度变化时，对于一般的工业用光学高温计，可认为波长，可认为波长变化被忽略，一般变化被忽略，一般 0.66 m4 光学高温计的测

40、温下限光学高温计的测温下限 由于人眼是感受件，只能看到可见光，这由于人眼是感受件，只能看到可见光，这限制了被测物体的温度不能低于限制了被测物体的温度不能低于700700（1） 减少减少的影响：的影响： 光谱发射率光谱发射率不是常数，给测量带来误差不是常数，给测量带来误差。尽量创造全辐射体的辐射条件。尽量创造全辐射体的辐射条件。 例如测量炉膛温度，可插入一根细长而有底的陶瓷管l/d10，在充分受热后，从管口看进去管子的底部就可近似认为是全辐射体。5、使用光学高温计时的注意事项使用光学高温计时的注意事项（2）由于中间介质的影响：光学高温计不）由于中间介质的影响：光学高温计不要距离被测物体太远，一般应在要距离被测物体太远，一般应在12m之内之内比较合适。比较合适。 光学高温计和被测物体之间的灰尘光学高温计和被测物体之间的灰尘、烟雾、二氧化碳等对辐射都有吸