热工测量仪表非接触测温课件

热工测量仪表非接触测温热工测量仪表非接触测温1优选热工测量仪表非接触测温优选热工测量仪表非接触测温2第一节辐射测温基本原理

一、黑体的光谱辐射出射度M0λ和辐射出射度M01光谱辐射出射度M0λ1）全幅射体的辐射出射度M0λ（单位：w/m3）与波长λ和温度T有关（普朗克定律）

为波长；c1，c2为普朗克第一，第二辐射常数3.7413*10-16(w.m2)1.4388*10-2(m.K)2）使用条件：温度低于3000K，波长较短的可见光范围内，用维恩公式代替普朗克定律，误差不超过1%维恩公式第一节辐射测温基本原理

一、黑体的光谱辐射出射度M0λ和辐3第一节辐射测温基本原理规律：a)T上升，M0λ增大。b)T高，M0λ的峰值对应的波长变短。M0λ的峰值处的辐射波长λm与T的关系遵循维恩偏移定律：λmT=2897μm.kλ3）光谱辐射出射度M0λ图一、黑体的光谱辐射出射度M0λ和辐射出射度M01光谱辐射出射度M0λ第一节辐射测温基本原理规律：a)T上升，M0λ增大。4第一节辐射测温基本原理2

黑体辐射出射度M01）M0与M0λ的关系M0是波长

从0∞之间全部光谱辐射出射度的总和2）M0的公式（斯忒潘—玻耳兹曼定律:)

物体的总的辐射出射度与温度的四次方成正比

σ斯忒藩－波尔兹曼常数,5.67032*10-8W/(m2.K4)

一、黑体的光谱辐射出射度M0λ和辐射出射度M0第一节辐射测温基本原理2黑体辐射出射度M0一、黑体的光谱5第一节辐射测温基本原理二、灰体的光谱辐射出射度Mλ’和辐射出射度M’1）灰体的定义：如果物体的辐射光谱是连续的，且在所以波长下常数，则该物体称为灰体。2）灰体的发射率：灰体的辐射出射度和通一温度下全辐射体的辐射出射度之比，3）灰体的Mλ’

（普朗克定律）

M’（斯忒潘—玻耳兹曼定律）是小于1的常数。第一节辐射测温基本原理二、灰体的光谱辐射出射度Mλ’和辐射6第一节辐射测温基本原理由于实际存在的物体，其特性并不完全像灰体，所以需修正：1）光谱辐射出射度Mλ（普朗克定律）：

2）辐射出射度M（斯忒潘—玻耳兹曼定律）注意：光谱发射率ελ和发射率ε，其值在0-1之间,都不是常数,用实验的方法测定。ε与温度、该物体的特性和表面情况有关，ελ则按基尔霍夫定律还与

有关。三、实际物体的光谱辐射出射度Mλ和辐射出射度M第一节辐射测温基本原理由于实际存在的物体，其特性并不完全像7造成窄的光谱段，使其在波长范围0.人判定平衡点，平衡点还可能因人而易；c1，c2为普朗克第一，第二辐射常数3.由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率M与温度有关，而物体在高温下会发光，称亮度，因亮度L与光谱辐射出射率M成正比，故通过测物体亮度L可求物体的温度。2）辐射温度：被测物体真实温度为T，其对应的辐射出射度M，绝对黑体在温度Tp时的辐射出射度M0，M=M0,温度Tp称为“辐射温度”2）应用辐射定律制作的辐射高温计L太小，物像照到光阑边缘和接近热电堆的其它零件上，使冷端温度升高，造成热电势下降，指示偏低，且中间介质影响大，也造成指示偏低。2）辐射温度：被测物体真实温度为T，其对应的辐射出射度M，绝对黑体在温度Tp时的辐射出射度M0，M=M0,温度Tp称为“辐射温度”一、黑体的光谱辐射出射度M0λ和辐射出射度M0造成窄的光谱段，使其在波长范围0.（l）无700℃的下限。7413*10-16(w.1光谱辐射出射度M0λ单色辐射高温计的灵敏度高二、辐射温度计的结构和原理通过吸收玻璃后的光谱辐射亮度四、单色辐射高温计和辐射温度计第二节单色辐射高温计2）解决办法：仪表标注的是黑体对应的温度Ts，即亮度温度，实际物体的真实温度要进行修正。3)辐射温度低于被测物体的实际温度。第一节辐射测温基本原理四、单色辐射高温计和辐射温度计1）应用普朗克定律制作的单色辐射高温计2）应用辐射定律制作的辐射高温计3）当温度变化时，光谱辐射出射度的增长要比辐射出射度的增长要快得多。单色辐射高温计的灵敏度高造成窄的光谱段，使其在波长范围0.第一节辐射测温基本原理四8第二节单色辐射高温计

光学高温计光电高温计

第二节单色辐射高温计

光学高温计9一、光学高温计

由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率M

与温度有关，而物体在高温下会发光，称亮度，因亮度L

与光谱辐射出射率M

成正比，故通过测物体亮度L

可求物体的温度。L

=cM

=cελM0

c-比例常数。2由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度1）问题提出：同样亮度L，由于物体ελ不同，所以物体对应的温度是不同。因此某一亮度下仪表应对应标注何种温度？2）解决办法：仪表标注的是黑体对应的温度Ts，即亮度温度，实际物体的真实温度要进行修正。第二节单色辐射高温计1基本工作原理：一、光学高温计

由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率M103)亮度温度Ts：当物体在辐射波长为

，温度为时T，其光谱辐射亮度L

和黑体在辐射波长为

，温度为Ts时的光谱辐射亮度L0

相等，则把Ts称为这个物体在波长

下的亮度温度。4)由亮度温度Ts如何求物体的真实温度T已知物体的辐射发射率ελ，将维恩公式代入：一、光学高温计

第二节单色辐射高温计2由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度两者的亮度相等，故：注：0<ελ<1,测得的亮度温度总是低于真实温度，ελ越小，亮度温度与真实温度的差别越大。3)亮度温度Ts：当物体在辐射波长为，温度为时T，其光11第二节单色辐射高温计二、光学高温计的结构和工作原理1结构第二节单色辐射高温计二、光学高温计的结构和工作原理1结12热工测量仪表非接触测温课件131）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2）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3）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这种光学高温计叫“隐丝式光学高温计”。2工作原理第二节单色辐射高温计二、光学高温计的结构和工作原理1）测量时，如灯丝亮度比辐射热源（被测物体）亮度低，则灯丝就14(1)问题：由于亮度超过14000C时，钨丝易发生升华，（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），造成测量误差。(2)灰色吸收玻璃的作用：加入吸收玻璃，在14000C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。二、光学高温计的结构和工作原理第二节单色辐射高温计3一些元器件的作用1)灰色吸收玻璃通过吸收玻璃后的光谱辐射亮度观测者看到的光谱辐射亮度由于故知道τλ、T，可求T1(1)问题：由于亮度超过14000C时，钨丝易发生升152)红色滤光片的作用：造成窄的光谱段，使其在波长范围0.6-0.7μm内进行亮度比较。好处:在于当被测温度变化时，对于一般的工业用光学高温计，可认为波长λ变化被忽略，一般λ＝0.66μm4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，这限制了被测物体的温度不能低于700℃二、光学高温计的结构和工作原理第二节单色辐射高温计3一些元器件的作用2)红色滤光片的作用：二、光学高温计的结构和工作原理第二节16（1）减少ελ的影响：光谱发射率ελ不是常数，给测量带来误差。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/d>10，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。三、使用光学高温计时的注意事项第二节单色辐射高温计（1）减少ελ的影响：三、使用光学高温计时的注意事项第二节17（2）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1—2m之内比较合适。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收作用，造成误差。（3）光学高温计不宜测反射光很强的物体，容易造成大误差（4）光学高温计的测量准确度比热电偶、热电阻低，并不能测物体内部温度。三、使用光学高温计时的注意事项第二节单色辐射高温计（2）由于中间介质的影响：光学高温计不要距离被测物体太远，一184388*10-2(m.2由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度二、辐射温度计的结构和原理67032*10-8W/(m2.1）应用普朗克定律制作的单色辐射高温计此信号经电子放大器放大后被测量，其大小对应被测物体的温度。三、使用光学高温计时的注意事项2由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度第一节辐射测温基本原理2其工作原理：光电器件代替人眼，作为仪表的感受件感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号。因光电器件可感受可见光，红外光波长注：0<ελ<1,测得的亮度温度总是低于真实温度，ελ越小，亮度温度与真实温度的差别越大。（4）光学高温计的测量准确度比热电偶、热电阻低，并不能测物体内部温度。WDH-II光电高温计的调制原理(1)问题：由于亮度超过14000C时，钨丝易发生升华，（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），造成测量误差。由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率M与温度有关，而物体在高温下会发光，称亮度，因亮度L与光谱辐射出射率M成正比，故通过测物体亮度L可求物体的温度。（2）分辨率高，光学高温计最高为0.2）解决办法：仪表标注的是黑体对应的温度Ts，即亮度温度，实际物体的真实温度要进行修正。第一节辐射测温基本原理一、黑体的光谱辐射出射度M0λ和辐射出射度M0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收作用，造成误差。4388*10-2(m.19四、光电高温计1光学高温计的问题：测量时要手动平衡亮度；人判定平衡点，平衡点还可能因人而易；故它不是连续性测量仪表，应用受限制。2其工作原理：光电器件代替人眼，作为仪表的感受件感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号。此信号经电子放大器放大后被测量，其大小对应被测物体的温度。光电高温计时自动连续测温仪表。第二节单色辐射高温计四、光电高温计1光学高温计的问题：测量时要手动平衡亮度；20四、光电高温计WDH-II光电高温计的调制原理第二节单色辐射高温计四、光电高温计WDH-II光电高温计的调制原理第二节单色213缺点：光学元件互换性很差，更换元件时，整个仪表要进行重新调整和分度。4优点（l）无700℃的下限。因光电器件可感受可见光，红外光波长（2）分辨率高，光学高温计最高为0.5℃，而光电高温计可达0.01～0.05℃；（3）精确度高，由于采用性能良好的单色器（4）可连续自动测量，响应快。第二节单色辐射高温计四、光电高温计3缺点：光学元件互换性很差，更换元件时，整个仪表要进行重22第三节辐射温度计根据全辐射定律制成的温度计，即全部波长的辐射能M0,温度T。被测物体的辐射能经物镜聚焦在铂箔上，使铂箔温度升高，由热电堆测其温度输出热电势信号。热电堆由几支同样的热电偶同向串联，其目的是增加输出的热电势，提高灵敏度。一、基本工作原理二、辐射温度计的结构和原理热电堆的作用？第三节辐射温度计根据全辐射定律制成的温度计，即全部波23第三节辐射温度计1）问题：由于物体的的不同，同一辐射出射度M，在不同物体对应不同温度，所以显示仪表上标注的是仪表是辐射温度（绝对黑体对应的温度）2）辐射温度：被测物体真实温度为T，其对应的辐射出射度M，绝对黑体在温度Tp时的辐射出射度M0，M=M0,温度Tp称为“辐射温度”3)辐射温度低于被测物体的实际温度。

为被测物体发射率三辐射温度第三节辐射温度计1）问题：由于物体的的不同，同一辐射出24第三节辐射温度计四辐射温度计使用时的注意事项：（1）ε影响。尽量创造全辐射体的辐射条件（2）中间介质的影响，测量距离不可太远（3）热电偶冷端温度影响。（4）按规定D/L（被测物体的直径，被测物体与温度计之间的距离）的范围，否则会引起较大的误差。L太大，被测物体在热电堆上成像太小，不能全部覆盖住热电堆十字平面，使热电堆接受的辐射能减小，指示偏低。L太小，物像照到光阑边缘和接近热电堆的其它零件上，使冷端温度升高，造成热电势下降，指示偏低，且中间介质影响大，也造成指示偏低。第三节辐射温度计四辐射温度计使用时的注意事项：25（l）无700℃的下限。故它不是连续性测量仪表，应用受限制。单色辐射高温计的灵敏度高热工测量仪表非接触测温2其工作原理：光电器件代替人眼，作为仪表的感受件感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号。第二节单色辐射高温计四辐射温度计使用时的注意事项：此信号经电子放大器放大后被测量，其大小对应被测物体的温度。2）辐射温度：被测物体真实温度为T，其对应的辐射出射度M，绝对黑体在温度Tp时的辐射出射度M0，M=M0,温度Tp称为“辐射温度”WDH-II光电高温计的调制原理2由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度3)辐射温度低于被测物体的实际温度。热工测量仪表非接触测温因光电器件可感受可见光，红外光波长3）光谱辐射出射度M0λ图尽量创造全辐射体的辐射条件。1）应用普朗克定律制作的单色辐射高温计因光电器件可感受可见光，红外光波长2）解决办法：仪表标注的是黑体对应的温度Ts，即亮度温度，实际物体的真实温度要进行修正。故它不是连续性测量仪表，应用受限制。2其工作原理：光电器件代替人眼，作为仪表的感受件感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号。根据全辐射定律制成的温度计，即全部波长的辐射能M0,温度T。4388*10-2(m.热工测量仪表非接触测温4388*10-2(m.3)辐射温度低于被测物体的实际温度。为被测物体发射率第二节单色辐射高温计第二节单色辐射高温计1）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灰体的辐射出射度和通一温度下全辐射体的辐射出射度之比，此信号经电子放大器放大后被测量，其大小对应被测物体的温度。c1，c2为普朗克第一，第二辐射常数3.2其工作原理：光电器件代替人眼，作为仪表的感受件感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号。全幅射体的辐射出射度M0λ（单位：w/m3）与波长λ和温度T有关（普朗克定律）3)辐射温度低于被测物体的实际温度。通过吸收玻璃后的光谱辐射亮度使用条件：温度低于3000K，波长较短的可见光范围内，用维恩公式代替普朗克定律，误差不超过1%人判定平衡点，平衡点还可能因人而易；2）应用辐射定律制作的辐射高温计为被测物体发射率由于人眼是感受件，只能看到可见光，这限制了被测物体的温度不能低于700℃单色辐射高温计的灵敏度高一、黑体的光谱辐射出射度M0λ和辐射出射度M0第二节单色辐射高温计第二节单色辐射高温计WDH-II光电高温计的调制原理4）由毫安计的读数就是被测物体的亮度温度1）问题：由于物体的的不同，同一辐射出射度M，在不同物体对应不同温度，所以显示仪表上标注的是仪表是辐射温度（绝对黑体对应的温度）通过吸收玻璃后的光谱辐射亮度1）灰体的定义：如果物体的辐射光谱是连续的，且在所以波长下常数，则该物体称为灰体。由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率M与温度有关，而物体在高温下会发光，称亮度，因亮度L与光谱辐射出射率M成正比，故通过测物体亮度L可求物体的温度。第二节单色辐射高温计三、使用光学高温计时的注意事项全幅射体的辐射出射度M0λ（单位：w/m3）与波长λ和温度T有关（普朗克定律）2）M0的公式（斯忒潘—玻耳兹曼定律:)（l）无700℃的下限。（l）无700℃的下限。