测试与检测技术基础(8辐射测温)-934501674

复习§2-1-2热电阻测温特点：精度高、稳定性好，灵敏度高，测平均温度；体积大，动态特性差（指标准热电阻）。一、常用的热电阻元件铂热电阻Pt50Pt100（R0=100Ω）Pt300铜热电阻Cu50Cu100其他二、热电阻测量工业上①不平衡电桥，②自动平衡电桥试验室中①平衡电桥，②电位差计热电阻温度变送器二、三线制（不平衡电桥）三、热电阻校验与误差自热§2-1-3、其他接触式测温仪表玻璃温度计双金属温度计压力式温度计§2-1-4接触式测温技术与误差分析一、管道中流体温度测量导热误差分析消退误差的方法保温(Tw↑)、增加al、减小l和d二、高温气体温度测量辐射误差分析消退误差的方法遮热罩、抽气、双电偶高速气流温度测量速度误差分析1.

气流总温与静温静温是气体分子无规热运动平均动能的反映，记为T0动温是气体分子有规定向运动动能的反映，记为总温静温测量：传感器静止于高速气流中，必有相对速度，传感器测得的不是静温。总温测量：T*～Tr（有效温度－传感器指示值）。复原系数：表示气流被传感器滞止复原为内能的实力速度误差四、壁面温度测量

壁面温度测量二种方式：①接触式热电偶热电阻适合保温状况②非接触式辐射温度计适合袒露表面

接触式壁面温度测量解决的主要问题：由于接触，破坏了被测壁面温度场，产生测量误差。当ts>ta,tr<ts测量温度（热接点温度tr）低于壁面实际温度ts热电偶焊接测温试验室常用影响壁面温度测量精度的因素1)

与热电偶同被测壁面接触方式有关基本接触方式：点接触、分立接触、等温线接触。导热分析：三种状况除接触方式不同外，其余条件同。但接触点处温度不同：点接触，tr下降最大；分立接触，热量由二点处导出，每一接点因导出热量小而使tr下降较点接触为小；等温线接触，接触点处导出热量微小，tr下降甚微。由导热分析可知，以等温线接触方式误差最小。2)

与壁面材料导热性能有关导出热量q由接点四周壁面汇合于接点。若热电偶材料、壁面温度ts、环境温度ta确定时，导出热量q确定。，明显，λ↑，（ts-tr）↓,即导热误差减小。3)

与热电偶材料导热性能、几何尺寸有关热电偶材料λ↓，导出热量q↓，（ts-tr）↓；热电偶d↓,l↑,则q↓，（ts-tr）↓。4)与接点四周传热有关，保温可以大大降低壁面温度测量误差。§2-1-3非接触式温度测量

接触式测温的局限性：a).测温范围受限，不超过2800℃b).破坏温度场，测得的温度为温度场被破坏后的温度（如壁面温度测量）。c).难以测量运动体温度，尤其转动体非接触式温度测量可克服以上缺点，且具有响应快、灵敏度高的特点。但：结构困难、精度在可比的范围内不及接触式温度测量测量结果与放射率有关光学高温计1.

工作原理

利用发热物体单色辐射强度随温度变更，通过亮度比较实现温度测量。无线电波红外线可见光紫外线伦琴射线射线热射线电磁波谱波长l

m约为0.4-600m250000246108500015000350002000010000300001400℃1200℃1000℃800℃600℃λ/μm1.155×10－6Eλ,0/Wm-2

普朗克定律图示dλ250000246108500015000350002000010000300001400℃1200℃1000℃800℃600℃λ/μm1.155×10－6Eλ,0/Wm-2

普朗克定律图示dλ

普郎克公式对确定黑体：

温度3000K以下，可用维恩公式代替，误差在0.3K以内：对于非黑体需用黑度系数修正

亮度与温度关系（实际物体）波长下，亮度B和它的E成正比。光学高温计中，亮度与温度关系为：已知辐射率(黑度)，测量特定波长辐射亮度，可以得到被测物体的温度。亮度测量通过亮度平衡法实现。2.

亮度温度

光学高温计以确定黑体（＝1）刻度。只有当＝1，被测物体温度才真正等于示值温度。称示值温度为被测物体“亮度温度”。

定义：在波长为的单色辐射中，若物体在温度T时的亮度B和确定黑体在温度Ts时的亮度B0相等，则把确定黑体温度Ts称为被测物体在波长时的亮度温度。

亮度温度与实际温度关系隐灭式光学高温计

单色：0.62~0.72mm

红色滤光片（5）

吸取玻璃（2）1物镜2吸取玻璃（高温）3灯丝4目镜5红色滤光片6温度指示（电流）7灯丝亮度调整光学高温计实物全辐射高温计1.

工作原理

由全辐射强度与温度关系，通过测全辐射能量→温度全辐射定律（斯蒂芬－波尔茨曼积分）

全辐射能量测量用光电池、热电堆辐射温度

被测物体的“辐射温度”（示值温度，类似亮度温度的概念），以Tp表示。辐射温度与被测物体真实温度关系为：

2.

影响测温精度的因素

非黑体辐射的影响变更，产生误差。

中间介质影响辐射介质、烟气（空气）、

距离系数（L／D）影响L／D有确定限制。太大，在热电堆平面上成像太小，接收辐射能少，示值偏低；太小时，物像大，参比端温度上升，示值下降。环境温度影响太高，热电堆参比端温度增高，增加测量误差。三、比色高温计1.

工作原理通过单色辐射强度（或亮度）比值与温度关系，通过测比值→温度

整理得其中：测Eλ1/Eλ2之值，可求T单色辐射强度值检测

比色温度类似亮度温度的概念有比色温度。实际是温度计的示值温度，称“比色温度”，以TC表示。比色温度与被测物体真实温度关系为：

2.

特点抗拒单色黑度系数变更对测量结果的影响：变更相对于ελ1、ελ2，的变更要小，尤其选择适当的λ1、λ2。中间介质影响相对较小。被测目标无须充溢视场接受光探测器，响应快、可远传、可记录。困难、价格贵。§2-1-3红外在温度场测量中的应用红外测温原理与单色、比色高温计相同，只是接受波段不同近红外：～1；中红外：3～5mm；远红外：8～14mm；二、热象仪与红外成像阵列（红外CCD?）

工作原理简述：利用红外成像（扫描）原理，测量物体表面温度分布。摄取被测物体的红外辐射通量的分布，利用红外探测器，转换成物体各部分放射出的红外辐射成正比的序列电信号，综合、处理，得物体放射红外辐射通量的分布图象，称为热图或温度图。

制冷非制冷远红外：7～14mm常温（低温）辐射与辐射率维恩位移定理mT＝2897mmK几种物体的放射率

材料

温度/oC

发射率ε

人皮肤

土壤(干)

水

岩石(石英岩)

(大理石)

铝

铜

铁

钢

油膜(厚0.0508mm)

(厚0.0254mm)

沙

混凝土

32

20

20

20

20

100

100

40

100

20

20

20

20

0.98-0.99

0.92

0.96

0.63

0.94

0.05

0.03

0.21

0.07

0.46

0.27

0.90

0.92常温物体的辐射波长确定了所需的辐射探测系统波长为远红外成像(镜头)与探测(传感器)成像－红外镜头（红外透过）金属锗镜头（7－14mm）探测－红外成像阵列低温工作的红外焦平面阵列光子型HgCdTe(碲镉汞)InSb(锑化铟)PtSi非本征Si灵敏度高(<0.1C)响应快(ms或ms)非致冷红外焦平面阵列热电型热电阻氧化钒(VOx)非晶硅(α-Si)钛(Ti)热释电钛酸锶钡(BST)简洁价廉灵敏度稍低像素（辐射传感器）红外热像仪图

典型：320×240像素

一个像素-单个传感器灰度-温度

（人工彩图－温度指示）红外热像仪指标DetectorType:MonolithicResistiveBolometer－AmorphousSiliconThermaltimeconstant: 4msecTypicalResolution:320x240PixelPitch:45msquareSpectralresponse: