先进制造与设备故障诊断详解演示文稿

先进制造与设备故障诊断详解演示文稿现在是1页\一共有108页\编辑于星期一（优选）先进制造与设备故障诊断现在是2页\一共有108页\编辑于星期一3温度监测方法分类（测温方式）接触式测温多用于需要连续监测或不可观察的部位，如轴承的温度监测非接触式测温多用于危险部位或不易接近的部位，如高压电气接点的温度监测。现在是3页\一共有108页\编辑于星期一4第一节接触式测温方法

接触式测温是将测温传感器与被测对象接触，被测对象与测温传感器之间因传导热交换而达到热平衡，根据测温传感器中的温度敏感元件的某一物性随温度而变化的特性来检测温度。目前，在各工业领域获得广泛应用的接触式测温方法主要有热电偶法、热电阻法和集成温度传感器法三种。

现在是4页\一共有108页\编辑于星期一5

一、热电偶法测温

早在19世纪，人们就已经开始利用热电现象进行温度的测量。直至目前，热电偶仍然是各工业领域以及科研单位中应用最广泛的一种温度计。现在是5页\一共有108页\编辑于星期一61.热电偶测温的性能特点①结构简单，只由两根偶丝和一个电压表组成；②感温元件的质量及其热容量都可以做得很小，因而其时间常数小，响应速度快；

③测量范围大：利用不同材料做成的多种热电偶可以测量从4K到3000K的温度；现在是6页\一共有108页\编辑于星期一7④准确度高(在某些情况下可达±0.01℃)、灵敏度较高(对金属元件在100μV/℃以下，对半导体元件则为mV/℃级)；⑤性能稳定，重复性好，有利于互换；⑥测量电路简单，便于温度的读出以及测温过程自动化。1.热电偶测温的性能特点现在是7页\一共有108页\编辑于星期一82.热电偶测温的基本原理热电效应或塞贝克效应热电势=接触电势+温差电势T>T0→EAB(T，T0)A、B——两个不同导体现在是8页\一共有108页\编辑于星期一9（1）接触电势（电子浓度不同→自由电子扩散）2.热电偶测温的基本原理

接触电势的大小与温度的高低及导体中的电子浓度有关，温度越高，接触电势越大；两种导体的电子浓度比值越大，接触电势越大。现在是9页\一共有108页\编辑于星期一10(2)温差电势2.热电偶测温的基本原理导体两端温度不同→自由电子扩散现在是10页\一共有108页\编辑于星期一11（3）闭合回路热电势2.热电偶测温的基本原理现在是11页\一共有108页\编辑于星期一12

闭合回路的塞贝克电势为温度的函数，如果将T0固定（即作为参比端、冷端或者补偿端），则热电势的大小反映了温度T的变化情况，从而可以通过检测EAB(T,T0)来对温度T进行测量。2.热电偶测温的基本原理（3）闭合回路热电势现在是12页\一共有108页\编辑于星期一13

将热电特性用于实际温度的测量，有以下几条由实验得出的、有很大实用价值的法则：

（1）马格纳斯法则

由一对各向均匀的导体组成的闭合回路，其热电势只与两个接点的温度有关，而与沿导体的温度分布无关。（用于计算温差电势）3.热电偶测温的应用法则现在是13页\一共有108页\编辑于星期一14

（2)均质导体法则

由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面和长度如何，也不论其温度如何分布，都不可能产生热电势。此即说明：两根材料相同的导体不能构成热电偶!3.热电偶测温的应用法则现在是14页\一共有108页\编辑于星期一15

(3)中间导体法则在热电偶回路中，只要中间导体两端的温度相等，则接入中间导体，不会对热电偶回路的热电势产生影响。特此加以推广，在由两导体组成的闭环回路中还可以引入第四、第五种中间导体。3.热电偶测温的应用法则现在是15页\一共有108页\编辑于星期一16

(4)连接导体法则

在热电偶回路中，如果热电极A和B分别与连接导线C和D相接，其接点温度分别为T、T1和T0，则回路的总热电势等于各分热电势的代数和，即：3.热电偶测温的应用法则采用连接导线的热电偶回路现在是16页\一共有108页\编辑于星期一17(5)中间温度法则

在连接导体法则中，当A与C、B与D的热电特性相同时，可将公式改写3.热电偶测温的应用法则

在用热电偶进行现场测温时，常用此法则来修正其参比端的温度？T待测温度，T1环境温度

T0参考温度(0℃)现在是17页\一共有108页\编辑于星期一18

(6)热电偶的组成法则

用三种不同的导体A、B、C各互相配对组成三个闭合回路，如果热电极A和B分别与热电极C组成的闭合回路所产生的热电势已知，则由热电极A和B组成的闭合回路的热电势为3.热电偶测温的应用法则根据该法则，常将C作为标准电极，它是用纯度很高、物理化学性能非常稳定的材料制成的。现在是18页\一共有108页\编辑于星期一19要求：

①物理稳定性高，长期稳定性好；

②化学稳定性好，在高温下工作不受环境气氛的氧化和腐蚀；

③灵敏度高，热电势随温度的变化率足够大；

④热电势关于温度的变化关系简单，最好呈线性或简单的函数关系；

⑤复现性要好，以便于大批量生产和互换；

⑥电阻温度系数小，电阻率低；

⑦机械性能好，材质均匀。4.热电偶材料现在是19页\一共有108页\编辑于星期一20

（1）贱金属热电偶①铜／康铜（Cuprum-Constantan）热电偶

铜／康铜热电偶的测温范围为－200～350℃。在此范围内它是最为准确的贱金属热电偶，主要是因为能得到高纯度而无应变的铜。在我国，铜／康铜热电偶已规定为有标准化分度的通用热电偶。4.热电偶材料常用贱金属热电偶的热电势与温度的关系曲线现在是20页\一共有108页\编辑于星期一21

②铁／康铜（Ferrum-Constantan）热电偶

铁／康铜热电偶已成为很多国家在工业上最通用的热电偶。它价廉、灵敏，并可在氧化或还原性气氛中应用。它比铜／康铜热电偶更灵敏，量值也大得多，但其准确性和稳定性不如铜／康铜热电偶。因为铁丝不易得到像铜那样的高纯度和均匀性，很少在0℃以下使用。其测温上限在氧化性气氛中可达750℃；在还原性气氛中可达950℃。在上述温度下，其寿命可达约1000h。4.热电偶材料

（1）贱金属热电偶常用贱金属热电偶的热电势与温度的关系曲线现在是21页\一共有108页\编辑于星期一22

③镍铬／镍铝（Chromel-Alumel）这种热电偶的测温范围为－200～1100℃，但在600～1100℃的温度范围内用得最为广泛。由于多种原因，该种热电偶在我国目前多用镍铬／镍硅热电偶代替，两者使用同一个分度表。由于镍硅的抗氧化性强，故其使用上限在短时间内可达1300℃。这种热电偶在我国已规定为有标准化分度表的通用热电偶。4.热电偶材料

（1）贱金属热电偶常用贱金属热电偶的热电势与温度的关系曲线现在是22页\一共有108页\编辑于星期一23④镍铬／康铜热电偶这种热电偶虽不及镍铬／镍铝热电偶那样应用广泛，但在要求高热电势(－200℃时可达25μV／℃)、低导热性并可允许有高电阻时常用的一种热电偶。由于氧化限制，其最高工作温度约为l000℃。这种热电偶在美国、日本等国用得较多。4.热电偶材料

（1）贱金属热电偶常用贱金属热电偶的热电势与温度的关系曲线现在是23页\一共有108页\编辑于星期一24

⑤镍铬／考铜（Chromel-Copel）热电偶这种热电偶的特性与前一种相似，只是负极的成分有些差别，含铜多一点，所以热电特性也稍高一点。这种热电偶主要为前苏联使用，在我国，以前也规定为有标准化分度表的通用热电偶之一。4.热电偶材料

（1）贱金属热电偶现在是24页\一共有108页\编辑于星期一25

虽然其热电势率（塞贝克系数）一般比贱金属热电偶低，但贵金属热电偶的准确度、复现性以及稳定性较好。由于贵金属是具有化学惰性的高纯材料，可制成高质量的热电偶丝。又由于其熔点很高，故测温上限也高。贵金属常用的有铂铑系和铱铑系两大类。4.热电偶材料

（2）贵金属热电偶现在是25页\一共有108页\编辑于星期一264.热电偶材料

（2）贵金属热电偶

①铂铑系（Pt-Rh）热电偶

铂铑系热电偶的共同特点是耐高温氧化、性能非常稳定，在真空中使用也是可靠的，但在中性气氛中稍显不稳定。

常用的铂铑系热电偶有

Pt10Rh/Pt（铂10铑/铂）等。现在是26页\一共有108页\编辑于星期一274.热电偶材料

（2）贵金属热电偶

①铱铑系（Ir-Rh）热电偶

铱铑系热电偶是仅有的能在空气中比铂铑系测量温度更高的热电偶。在氧化、真空和中性气氛中，其测温上限可达2200℃。但不宜在还原性气氛中使用。铱铑系热电偶的主要缺点是使用寿命短。

常用的铱铑系热电偶有

Ir40Rh/Ir（铱40铑/铱）等。现在是27页\一共有108页\编辑于星期一28

难熔金属热电偶属贱金属一类，因其测量上限高，故称之为难熔金属热电偶。最常用的难熔金属热电偶有；钨／铼、钨／钼和钨／铱等几种。4.热电偶材料

（3）难熔金属热电偶现在是28页\一共有108页\编辑于星期一29制造非金属热电偶主要是由于测量高温的需要，近年来对非金属热电偶的研究工作已取得了一些突破，已能生产石墨／石墨热电偶、二硅化钨／二硅化钼热电偶、石墨／二硼化锆热电偶、石墨／碳化钛热电偶和石墨／碳化铌热电偶等。非金属热电偶测量温度，其主要优点为：

a>热电势率较大，可比金属热电偶大近百倍；

b>在各种气氛中，物理和化学性能都很稳定；

c>测温上限可达3000℃以上。其主要缺点是：材料的复现性很差；没有统一的分度表；不能成批生产；机械强度差。（完）4.热电偶材料

（4）非金属热电偶现在是29页\一共有108页\编辑于星期一30所谓标准型热电偶，是指按国家规定定型生产的有标准化分度的热电偶。标准型热电偶在各个国家不尽相同，但正趋于统一。4.热电偶材料

（5）标准型热电偶现在是30页\一共有108页\编辑于星期一314.热电偶材料

（5）标准型热电偶现在是31页\一共有108页\编辑于星期一324.热电偶材料

（5）标准型热电偶分度号与分度表的定义

分度号是用来反映温度传感器在测量温度范围内温度变化对应传感器电压或者阻值变化的标准数列。将该数列制成表格就是分度表。不同的分度号对应着不同的测量范围。现在是32页\一共有108页\编辑于星期一334.热电偶材料

（5）标准型热电偶——分度号与分度表的定义现在是33页\一共有108页\编辑于星期一344.热电偶材料

（5）标准型热电偶——分度号与分度表的定义现在是34页\一共有108页\编辑于星期一355.热电偶的结构

（1）普通工业用热电偶一个完整的热电偶由感温元件、保护管、接线等组成。①感温元件将两根不同材料的丝的一端直接焊在一起，形成热电偶的测量端（热端）。为避免两热电级之间或和保护管之间短路，还需要绝缘材料。这样就构成了热电偶的感温元件。现在是35页\一共有108页\编辑于星期一365.热电偶的结构

（1）普通工业用热电偶②绝缘材料定义：绝缘材料是用来使偶丝之间，以及偶丝与金属套管之间绝缘的材料。主要目的：为了保证其感温元件的电气绝缘性能。如电气绝缘受到损坏，其测量结果就不准确。绝缘材料非陶瓷：天然橡胶、聚乙烯等陶瓷管（绝缘子）现在是36页\一共有108页\编辑于星期一375.热电偶的结构

（1）普通工业用热电偶③保护管主要目的：为使热电偶不直接与被测介质接触，以避免腐蚀、玷污和机械损伤，大多数热电偶（特别是工业用的的感温元件都要放入一个保护管中。工业用热电偶，当温度在1000℃以下时多用金属保护管，1000℃以上时，多用陶瓷管。

现在是37页\一共有108页\编辑于星期一385.热电偶的结构

（1）普通工业用热电偶④接线盒作用：主要供将参比端引出接线用，兼有密封盒保护接线端子的作用。接线盒有防溅式、防水式、防爆式和插座式等多种结构形式。现在是38页\一共有108页\编辑于星期一395.热电偶的结构

（1）普通工业用热电偶⑤常用结构形式现在是39页\一共有108页\编辑于星期一405.热电偶的结构

（2）铠装热电偶

铠装热电偶是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者组合在一起，并经拉伸或旋锻等而成的组合热电偶。金属套管的作用有：使绝缘材料坚实地覆盖在热电偶丝的周围，将热电偶丝与绝缘氧化物同外界隔绝，致密地保护热电偶丝不受有害介质侵蚀，并使热电偶有足够的机械强度。现在是40页\一共有108页\编辑于星期一415.热电偶的结构

（1）铠装热电偶

①结构a、b、c：为普通型d、e：减小绝缘性的热惯性和狭小空间安装现在是41页\一共有108页\编辑于星期一425.热电偶的结构

（1）铠装热电偶

②性能特点（a）外径可以拉得很小，最小可到0.2mm，因此，时间常数小，最小可达毫秒级，响应速度快；（b）由于套管内部是填实的，具有良好的机械性能，能耐强烈的振动和冲击，适用于具有振动和冲击的生产设备上的温度测量；（c）耐高压，并在高温下具有良好的绝缘性，故适用于高压或高温或两者同时作用的工业生产过程设备中的温度测量；（d）寿命长，因为偶丝得到化学稳定性非常好的绝缘材料的牢固覆盖和气密性很好的金属套管的保护，偶丝与促使它加速变质的外界环境隔绝了。此外，若测量端损坏，只要将损坏部分截去并重新焊接后即可再使用；现在是42页\一共有108页\编辑于星期一435.热电偶的结构

（1）铠装热电偶

②性能特点（e）由于套管薄，并进行过退火处理，比较柔软，具有很好的可挠性，可任意弯曲，便于安装；（f）可以拉得很细长，最长可达几百米，因此极适合于某些难接近部位的温度测量；（g）节省材料，特别是贵金属，从而降低了成本；（h）可以作为感温元件放入普通热电偶保护管内使用，通用性或互换性好。现在是43页\一共有108页\编辑于星期一445.热电偶的结构

（1）铠装热电偶普通铠装热电偶的外径分为八种尺寸规格。现在是44页\一共有108页\编辑于星期一455.热电偶的结构

（1）铠装热电偶

③材料（热电偶丝、绝缘材料和金属套管）热电偶丝：通常还是选用定型产品，我国目前生产的有Pt10Rh/Pt（铂10铑/铂）和镍铬／康铜等。绝缘材料：约有95%以上是采用氧化镁作为绝缘材料，这是因为它能比较全面地适应热电偶丝材料和金属套管材料，同时来源比较方便，价格较为低廉。金属套管：在选择金属套管时应考虑使用温度、被测介质以及加工性能。1Cr18NiTi是目前我国生产的铠装热电偶材料中用得最多的一种。现在是45页\一共有108页\编辑于星期一461．热电阻法测温的简单原理

几乎所有导体的电阻都会随着温度的变而变化，热电阻法测温就是利用导体的这种特性来进行的。

二、热电阻法测温现在是46页\一共有108页\编辑于星期一472．热电阻法测温的特点(1)测温范围宽：可测从－272.16～1100℃范围内的温度；

(2)测温精度高：一般为千分之几或±2℃左右；

(3)灵敏度高，响应速度快：由于可把热电阻做成体积很小，因而其热惯性很小：响应速度最快可达0.1s，甚至更高，这一点对于温度的测控非常重要；现在是47页\一共有108页\编辑于星期一48(4)性能稳定：由于热电阻一般都是纯度很高的金属制成，其物理和化学稳定性良好，因而制出的热电阻复现性较好，便于互换；

(5)不适于点温的测量：由于热电阻的阻值随温度的改变与整个感温元件有关，尽管现代工艺可将热电阻做成很小，但其感温元件总是要占据一定的空间，因此，热电阻所测量的是某一空间的平均温度，这一点与热电偶法测温不同。现在是48页\一共有108页\编辑于星期一49前已述及，几乎所有的导体的阻值都会随着温度的改变而发生变化，但可用作温度测量的热电阻材料却是有限的，这主要是受导体的温度特性以及机械加工性能两方面的限制。一般而言，对用作热电阻的材料有以下几方面的要求：3．热电阻材料现在是49页\一共有108页\编辑于星期一50（1）较高的电阻温度系数3．热电阻材料因为材料的电阻温度系数越大，热电阻的相对灵敏度就越高。即当被测量的温度有同样大小的微小变化时，它能引起热电阻阻值较大的变化，从而便于测取。现在是50页\一共有108页\编辑于星期一51电阻温度系数的定义

电阻温度系数的大小取决于材料的种类及其纯度，对于同种金属材料，纯度越高，则α越大。由于一般电阻与温度的关系是非线性的，所以多用R100／R0代表0～100℃之间的平均温度系数。或现在是51页\一共有108页\编辑于星期一52（2）较大的电阻率3．热电阻材料（3）较高的物理化学稳定性能（4）电阻温度特性好（5）复现性好（6）价格便宜现在是52页\一共有108页\编辑于星期一534．热电阻的种类（1）工业热电阻（2）铠装热电阻（3）标准热电阻（4）半导体热电阻现在是53页\一共有108页\编辑于星期一544．热电阻的种类（1）工业热电阻工业热电阻是指广泛地应用于各工业领域且测温精度相对较低的一类热电阻。现在是54页\一共有108页\编辑于星期一55①铜热电阻式中R0——0℃时的电阻值；

A、B、C——常数，对于我国标准化的铜热电阻分别为：4.28899×10－3/℃、－2.133×10－7/℃2

、

1.233×10－9/℃3

。4．热电阻的种类（1）工业热电阻现在是55页\一共有108页\编辑于星期一56②铂热电阻在－200～0℃之间在0～850℃之间式中R0——0℃时的电阻值；

A、B、C分别为：

3.90802×10－3/℃、－5.802×10－7/℃2

、－4.2735×10－12/℃3

。4．热电阻的种类（1）工业热电阻现在是56页\一共有108页\编辑于星期一574．热电阻的种类（2）铠装热电阻铠装热电阻是由热电阻丝、绝缘材料和金属套管三者组合在一起，并经拉伸或旋锻等而成的组合热电阻。现在是57页\一共有108页\编辑于星期一584．热电阻的种类（2）铠装热电阻与普通装配式热电阻相比，主要优点为：①外径尺寸小，最小可达1mm，因此其体积小，热惯性小，响应速度快；②具有良好的抗振动和抗冲击性能；③具有良好的弯曲性能；④使用寿命长。现在是58页\一共有108页\编辑于星期一594．热电阻的种类（2）铠装热电阻引出线通常为两线制和三线制，特殊情况下也有四线制的，引出线材料一般为铜或银，三线制也可采用镍导线。绝缘材料通常为氧化镁。两线制：是指现场传感器与控制系统的联系仅用两根导线，这两根线既是电源线，又是信号线。在信号传输的距离长和防爆等场合，就最好用无源的两线制传感器。在热电阻中，两线制没有线路电阻补偿，配线简单，但要带进引线电阻的附加误差。因此不适用制造A级精度的热电阻，且在使用时引线及导线都不宜过长。现在是59页\一共有108页\编辑于星期一604．热电阻的种类（2）铠装热电阻

三线制：一根正电源线，两根信号线,其中一根共GND。三线制有线路电阻补偿，可以消除引线电阻的影响，测量精度高于2线制。作为过程检测元件，其应用最广。

四线制：通常用于功率大的系统。两根正负电源线，两根信号线。在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至PLC。这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，但成本较高，主要用于高精度的温度检测。现在是60页\一共有108页\编辑于星期一614．热电阻的种类（3）标准热电阻

由于铂的稳定性好，又可得到非常纯的铂丝，故目前均采用铂热电阻作标准热电阻，其R0的复现性好，是测温仪表中精确度最高的一种，主要用于实验室的精密测温和校验。现在是61页\一共有108页\编辑于星期一62

（4）半导体热敏电阻

①原理

金属导体的电阻随温度升高而增加，即金属导体具有正的温度系数。而半导体则不同，有些半导体的电阻随温度升高而降低，具有负的温度系数，我们就是利用半导体材料的这一特性来测温的。4．热电阻的种类现在是62页\一共有108页\编辑于星期一63②半导体热敏电阻的温度特性（经验公式来描述）式中RT——温度为T时的电阻值，Ω；

R0——温度为T0时的电阻值，Ω；

B——取决于热敏电阻材料和结构的常数，常用半导体热敏电阻的B值约在1500～5000K之间。由此可推断出热敏电阻的温度系数现在是63页\一共有108页\编辑于星期一64③半导体热敏电阻的性能持点

半导体热敏电阻常用于测量－100～300℃范围内的温度，与金属热电阻相比，半导体热敏电阻的性能特点如下：

(a)灵敏度高，电阻温度系数约为－(3～6)％；

(b)电阻率ρ很大，即使体积很小，其电阻值也很大，因此连接导线的电阻变化可略而不计；

(c)结构简单，体积小，响应速度快；

(d)互换性差，稳定性差和测温精度较低，从而限制了其应用范围，常用于实验室的恒温设备和仪器仪表的恒温部件。现在是64页\一共有108页\编辑于星期一65

（4）半导体热敏电阻④材料半导体热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、铜、钛、镁、铜等金属的氧化物作原料，也有用它们的碳酸盐、硝酸盐和氯化物等作原料的。将这些原料精制后，混合并加入有机粘合剂，再经过成形和高温烧结而成。4．热电阻的种类现在是65页\一共有108页\编辑于星期一66

（4）半导体热敏电阻⑤结构半导体热敏电阻可根据实际需要做成片状、棒状和珠状。4．热电阻的种类现在是66页\一共有108页\编辑于星期一67

（1）性能特点集成温度传感器是新近研制成功的，由于它具有测温精度较高、互换性好、体积小、使用方便、可靠性高、成本低廉等性能特点而获得广泛的应用，是机械故障诊断领域最为常用的一种温度传感器。三．集成温度传感器现在是67页\一共有108页\编辑于星期一68

（2）典型代表将集成温度传感器应用于温度测量时，不必对其内部工作原理进行过多的考虑，只要根据实际测温范围和测温精度的要求，选用合适的型号即可。三．集成温度传感器现在是68页\一共有108页\编辑于星期一69第二节非接触式测温特殊温度诊断场合高压输电线接点处炼钢高炉热轧钢板等运动物体非接触式测温方法产生于19世纪末20世纪60年代以后得到了较快发展电子技术红外技术概述现在是69页\一共有108页\编辑于星期一第二节非接触式测温可以测量运动物体的温度不会破坏被测对象的温度场只能测物体表面的温度物体热辐射非接触式测温又称辐射测温

非接触式测温的特点

现在是70页\一共有108页\编辑于星期一71第二节非接触式测温一、辐射测温的基本原理物体受热使物体内的原子或分子因获得能量而从低能级跃迁到高能级，当它们向下跃迁时，就可能发射出辐射能，这类辐射称之为热辐射。热辐射也是一种电磁波。温度不同，物体的辐射能也不同。辐射温度计就是利用物体的辐射能量随温度的变化而变化的原理制作而成的。现在是71页\一共有108页\编辑于星期一721．辐射的基本概念如图所示，由于物体的性质不同，入射到物体表面的总辐射能Q0将有三个不同的去处；其中一部分(Qρ)被物体表面反射回去，另有一部分(Qα)被物体吸收，而剩余部分(Qτ)则穿过物体透射出去。辐射能的分配现在是72页\一共有108页\编辑于星期一731．辐射的基本概念现在是73页\一共有108页\编辑于星期一74当α＝1，而ρ＝τ＝0时，说明入射到物体上的辐射能全部被吸收，这样的物体称为“绝对黑体”，简称为“黑体”；当ρ＝1，而α＝τ＝0时，说明入射到物体上的辐射能全部被反射，若反射是有规律的，则称此物体为“镜体”；若反射没有规律，则称此物体为“绝对白体”；当τ＝1，而ρ＝α＝0时，说明入射到物体表面上的辐射能全部被透射出去，具有这种性质的物体称为“绝对透明体”。1．辐射的基本概念现在是74页\一共有108页\编辑于星期一75应该指出的是，自然界中，绝对黑体、绝对白体或绝对透明体都是不存在的，上述概念是为研究问题的方便而提出的。反射率、吸收率和透射率的大小取决于物体本身的性质和表面状况，以及入射光谱的波长和物体的温度等因素。1．辐射的基本概念现在是75页\一共有108页\编辑于星期一762．黑体辐射定律

(1)普朗克定律（单色辐射定律）——黑体辐射的普遍定律普朗克(MaxPlank)推导出了与实验结果完全相符的黑体辐射公式，即单位面积黑体在半球面方向发射的光谱辐射强度为波长和温度的函数：现在是76页\一共有108页\编辑于星期一77(2)维恩公式在普朗克公式(6-15)中，当λT的值较小时，即，此时，式(6-15)可由如下的维恩公式来代替：

(3)瑞利-金斯公式当λT较大(λT≧72cm.K)时，普朗克公式可用如下的瑞利-金斯公式代替：（6－15）现在是77页\一共有108页\编辑于星期一78(4)维恩位移定律根据式(6-15)可以描出如图6-22所示的黑体辐射光谱关于波长的分布特性图。由此可以看出，黑体光谱辐射强度关于波长不是均匀分布的，而是有一个极值，与此极值对应的波长称为峰值波长，记为λm。峰值波长λm可如下求得：（6－15）此即维恩位移定律。现在是78页\一共有108页\编辑于星期一79结论：a、对于每一种温度，都有一条辐射曲线与之对应；b、辐射曲线单一、平滑，具有单一峰值（该处辐射强度最大）；c、当温度升高是，辐射曲线的峰值向波长较短的方向移动；d、当温度升高时，辐射幅度按照指数规律增长；e、曲线最高点左侧（短波段）辐射能量约占25%，右侧长波段辐射能量约占75%；f、每条曲线下的面积，等于全辐射定律所表示的辐射强度值。现在是79页\一共有108页\编辑于星期一80(5)斯忒藩-玻耳兹曼定律(全辐射定律)普朗克公式给出的是温度为T的绝对黑体的辐射强度关于波长的分布情况，即单色辐射定律，而斯忒藩-玻耳兹曼定律则描述了绝对黑体的辐射能沿波长从零到无穷大的总和，即全辐射，用公式表示为(6)基尔霍夫定律基尔霍夫研究发现，在任一温度下任何物体的发射率在数值上都等于其吸收率，即：现在是80页\一共有108页\编辑于星期一813．灰体辐射所谓灰体，是指其发射率ε恒小于1且不随波长而改变的一类物体。对于灰体，上述辐射定律仍然适用，只是要考虑其发射率的影响而已。普朗克定律维恩定律斯忒藩-玻耳兹曼定律现在是81页\一共有108页\编辑于星期一82二、辐射温度计工作原理检测波段的不同辐射温度计单色辐射温度计辐射温度计比色温度计现在是82页\一共有108页\编辑于星期一83(一)单色辐射温度计(亮温仪)1．亮温法的基本原理

单色辐射温度计是以测量单色波长的辐射能来实现温度测量的一类辐射温度计。由于其对辐射能的检测是基于对物体辐射亮度的检测而实现的，因此，这类检测方法常称为亮温法，单色辐射温度计也因此而称之为亮温仪。在具体实现上，亮温仪是用亮度平衡的原理来实现测温的仪表。

现在是83页\一共有108页\编辑于星期一84

物体发出的亮度与物体的辐射强度成正比，由此可得当物体温度为T时，波长为λ的单色辐射亮度为：当波长λ一定时，物体的辐射亮度只随物体的温度T而改变，从而可通过检测物体的辐射亮度来达到检测物体的温度的目的。现在是84页\一共有108页\编辑于星期一852．常用亮温仪根据亮度平衡具体实现方法的不同，亮温仪又可分为光学高温计和光电高温计等类型。

(1)光学高温计——原理一物体在高温下会发光，也就具有一定的亮度，物体的亮度与其辐射强度成正比，所以受热物体的亮度大小反映了物体的温度。通常先得到被测物体的亮度温度，然后转化为物体的真实温度。光学高温计是利用受热物体的单色辐射强度随温度升高而增加的原理制成的，由于采用单一波长进行亮度比较，因而也称单色辐射温度计。现在是85页\一共有108页\编辑于星期一862．常用亮温仪根据亮度平衡具体实现方法的不同，亮温仪又可分为光学高温计和光电高温计等类型。

(1)光学高温计-原理二吸收玻璃的作用：扩展仪表量程。红色滤光片的作用：减弱或滤除可见光的干扰。现在是86页\一共有108页\编辑于星期一872．常用亮温仪

(1)光学高温计-发展

特点：光学高温计是发展最早、应用最广的非接触式温度计之一。它结构简单，使用方便，测温范围广(700-C-3200-C)，一般可满足冶金、陶瓷等工业部门测温的准确度要求。

缺点：是以人眼观察，并需用手动平衡，因此不能实现快速测量和自动记录，且测量结果带有主观性。

发展趋势：最近，由于光电探测器、干涉滤光片及单色器的发展，使光学高温计在工业测量中的地位逐渐下降，正在被较灵敏、准确的光电高温计所代替。现在是87页\一共有108页\编辑于星期一88现在是88页\一共有108页\编辑于星期一89(2)单色光电高温计用光电元件代替人眼进行亮度平衡的单色高温计，能实现自动测量。其中，利用硅光电池作为检测元件进行亮度测量的辐射温度计称为硅单色高温计。现在是89页\一共有108页\编辑于星期一90(二)辐射温度计

辐射温度计是通过检测被测物体入射到探测元件上的辐射能来实现温度测量的。根据其检测波段范围的不同，又可将辐射温度计分为全辐射温度计和部分辐射温度计两大类。1．辐射温度计的基本原理由斯忒藩-玻耳兹曼定律可知，温度为T的绝对黑体所辐射出来的总能量与T的四次方成正比，即：现在是90页\一共有108页\编辑于星期一91当考虑物体的发射率的影响时，上式变为：即检测元件所接收到的是物体沿整个波长范围(0～∞)内的总辐射能，因而称这种类型的辐射温度计为全辐射温度计。与全辐射温度计相对应，当探测元件只接收物体所辐射出的某一个波段内的辐射能量时，即：则称这种类型的温度计为部分辐射温度计。现在是91页\一共有108页\编辑于星期一92辐射温度计的工作原理如图6-27所示。2．辐射温度计的光学系统现在是92页\一共有108页\编辑于星期一933．检测元件检测元件即感受物体辐射能的器件，是辐射温度计的核心部分，其性能的高低将直接影响到辐射温度计的精度和稳定性等。根据其作用原理的不同，常将检测元件分为光电型和热电型两大类。(1)光电型检测元件作用原理：是当光照射到元件上后，检测元件材料中的电子吸收了辐射能而改变其运动状态，从而表现出光电效应，即为光生电元件。性能特点：响应速度快；对光谱波长有选择性。现在是93页\一共有108页\编辑于星期一943．检测元件(2)热电型检测元件

作用原理：热电型检测元件是利用其电特性因受热温度上升而改变的原理来进行工作的。

性能特点：对波长无选择性；由于元件的热惯性而使其响应速度较慢。常用的热电型检测元件：热敏电阻、热电堆和热释电元件三大类。

现在是94页\一共有108页\编辑于星期一954．滤光片在辐射温度计中，常常为了选取或避开某一波段而加入一片或多片滤光片，按其材料的不同，滤光片大体上可分为玻璃滤光片、干涉滤光片和硅或锗滤光片三大类。现在是95页\一共有108页\编辑于星期一965．辐射温度计的常见类型(1)辐射感温器辐射感温器是一种常用的温度计，它用热电堆作为辐射检测元件，具有结构简单、使用方便、价格便宜等诸多优点。(2)高温辐射温度计高温辐射温度计的显著特点在于其结构比较简单，没有瞄准目镜(可以加装)，由于采用硅光电池作检测元件，故在700～200