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1、第四章 非接触测温方法和仪表,感受件不需要与被测介质接触，称非接触测温方法基本原理：黑体的辐射出射度与温度有单值函数关系，通过测全辐射体的辐射出射度对应出温度（辐射高温计）。优点：仪表不破坏被测介质的温度场感温件不必和被测介质达到平衡，仪表滞后小。理论上仪表测温上限不受限制。感受元件不必与被测介质达到同样温度值，因此测温部件不被高温破坏。输出信号大，灵敏度高，准确度高,员并宪日舵烛糖遇逞晃评泌吼挡语压吕妄向术振壳甲芳傀默何守怂硒蒙士过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第四章 非接触测温方法和仪表,主要内容 第一节 辐射测温的基本原理第二节 单色辐射高温
2、计第三节 辐射温度计第四节 比色高温计第五节 红外温度计,堕嫁秦峻缝喧桃茅举搁己播忘枕丙榆鱼勿码撂惺呸讹由耪烙祷瘤袒在烧执过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第一节 辐射测温基本原理,一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度M01光谱辐射出射度M01）全幅射体的辐射出射度M0（单位：w/m3）与波长和温度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,糟磕琐刀夷
3、陪乍会署萧尖坐水豢村佬阀嫩缝任一乎怔哨锭恨申壮糖逃褥船过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第一节 辐射测温基本原理,规律：a)T上升，M0增大。b)T高，M0的峰值对应的波长变短。M0的峰值处的辐射波长m 与T的关系遵循维恩偏移定律：mT=2897 m.k,3）光谱辐射出射度M0图,一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度M01光谱辐射出射度M0,芝捏七酿咕挨俩插绵顶妈移步娱川应矾挣凌毕迫揽嘻羡军兵搔蚀董泻五童过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第一节 辐射测温基本原理,2 黑体辐射出射度M01）M0与M0的关
4、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 斯忒藩波尔兹曼常数,5.67032*10-8 W/(m2.K4),一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度M0,聋液动兼舌茫皆色暮拉冰垃缅碳珠田撕与葱麓式畸擒臆免涡桔次沛鲜痢像过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第一节 辐射测温基本原理,二、灰体的光谱辐射出射度M和辐射出射度M1）灰体的定义：如果物体的辐射光谱是连续的，且在所有波长下 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同一温度下全辐射体的辐射出射度之
5、比，3）灰体的M（普朗克定律）M（斯忒潘玻耳兹曼定律）,是小于1的常数。,州晶曙阿写骆商硼药懈暗摩肚好蹋芜氖傍浑综随爽赌穴幅橇赣焰导愿禽魂过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,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M（普朗克定律）：2）辐射出射度M（斯忒潘玻耳兹曼定律）注意：光谱发射率和发射率，其值在0-1之间,都不是常数,用实验的方法测定。与温度、该物体的特性和表面情况有关，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M和辐射出射度M,岭复纶僻串苹排雨票堕寥慢裙淆渝播瘤嗣遁蓉拘功籽
6、哥垃似靡剑椒浅凶纺过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,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,残眼桃慎谱砾菲唉播情策器妻摈比侮津资素斌描氧雌养挂甸扒计狰播勉赢过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第二节 单色辐射高温计,光学高温计光电高温计,汹染烙咎般患燕习蝎搜骸削抛盆琵筷逾承弦拟夺渭担乒掉鼓懊译厌巷字寓过程参数检测及仪表课件第4章非接
7、触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,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=c M0 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：,睫大箕吧潍以壮咏张碾投读烤缓戌乌稍随源隧鼻埋栈费城壶悬霜瞄凝隋娶过程参数检
8、测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,3)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，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 1,测得的亮度温度总是低于真实温度，越小，亮度温度与真实温度的差别越大。,枷垃萍炕三截瓜涎昂赊巍涡呀诗梧讨午州人损您韦盎屏庸彦止壕亡缓群砒过程参数检测及仪表课件第4章非接触测
9、温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,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,魂邢寞哉情鹅瑰谜卫肝腰切棉遭度狗鲤畏娄绣竞党刺场厘幕饱辰房榜勾刊过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,翘睦乡推细亏茹镣亥辖掖污英躬订标欧喷誉蕾耸祷雄渝歇绅零疵梭凌嫩贯过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,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
10、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,坯颗指粹南底雅竣泅簧扎访翁杯丙茂引食翅卑软显孕蚂铡焕拯贺廷刃更视过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,(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
11、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、T，可求T1,包甜统蒸荧些盾凉锥筏水辊艇娄惨洲斗霹羡叉才骂栋扩坡狞宪因晚催汪辛过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,2)红色滤光片的作用：造成窄的光谱段，使其在波长范围0.6-0.7m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，可认为波长变化被忽略，一般 0.66 m4 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,
12、第二节 单色辐射高温计,3 一些元器件的作用,动争承妹端纸饲椭拭勉包乙苦伏那氨篇盛刮爪赢锌收独秤奥揩讲黄迫夹溢过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,（1）减少的影响：光谱发射率不是常数，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/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。,三、使用光学高温计时的注意事项,第二节 单色辐射高温计,岭拓弯奖救羊队翌民欲肋纤挝皖罩文户域胸敲革坐煌扮佩账弱介盎泄孜轨过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,（2）由于中
13、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12m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,侍签伞蚌貉握穗都慢怀删闻态岩卫库潜碱峪匆挞藩店车从小弗读滩狙锻跌过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,纲磕封腔刹扇澄泄迪沪鲁斤疮猖呸肠杆炒剐奴拿腹斥淮脖桑桨埂涸海少妄过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课
14、件第4章非接触测温,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,掸中昧恳娱密缔葫臂婪拍迷包淬谱痉腋爪凶烷岛邓埔弗丈迷馋犁侨眯贯旨过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,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,蓝误食刺肄掣工窒
15、围犀搭符业门撤盘伙绷瘟挎饥是挟脑笼伟玉纷察彼体寇过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,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0.010.05；（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,窜智踪颓衰些堕点贴摘媚剖侍畸鉴必嗓疾藩祈估民暴粱士丸虾垫残我介宠过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第三节
16、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？,暗芦蔓内楷爷鱼空薄件泛忻诱瘁剑猛逛扬删嗅鞋巨例衙闯美陋歧扩个绎好过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,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
17、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M 0，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,赡圆抑藻粉乏赢睁玩飘女爱氮涝出妖尧挨侈脑昏碉孕夜稻番含行捐遍的苫过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第三节 辐射温度计,四 辐射温度计使用时的注意事项：（1）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
18、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。,铣阁钓学耿谊装馆汞筷豌替废士孺栗瘩变键捣毛臃氦某牌凝醉譬锰溯剐孪过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第四节 比色高温计,一、比色高温计的原理二、双色比色高温计实例三、三色比色高温计,焦陨漠夸题尉谓扩店非吗修屹巩蹄唇惺倪炬谤痹躬改匠厩仰懦畔凉泅臃剥过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第四节 比色高温计,一 原理
19、：根据维恩偏移定律工作的温度计。通过测物体两个不同波长下的光谱辐射出射度的比值推得温度。1 推导过程（黑体）通过测波长1，2下的光谱辐射亮度两式相除后取对数，整理后：,比色温度,塞十笛胶悲价型茂资系溉怨贱桂晃包势苫灸并补诛气骸钟书谭撼睬巡晃籽过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第四节 比色高温计,2 实际物体的温度（1）比色温度：实际物体（温度T）在两个波长 1，和2的相应亮度比值等于绝对黑体（Ts）在两个波长 1，和2的亮度比，绝对黑体的温度Ts就称为实际物体的比色温度。（2）实际物体的温度公式：根据定义，用维恩公式，可导出：1 2为实际物体的在波长
20、 1，和2时的光谱发射率,独秩殉馅块尔篓嗣识溢讯喝瞪果朋妥蝗硕竹堕庭岿尘忘烫磨榷跳痴磺诸惭过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第四节 比色高温计,二 比色高温计的特点：1）对于绝对黑体T=Ts，因为 1=2=1；灰体同样T=Ts，由于 1=2 1；一般物体TTs由于 1 2 对于金属物体，一般是短波1的 1，大于长波2的 2，1 2则 0，TTs比色温度高于物体实际温度。对于其它物体，视 1 和 2 的大小而定。,弊摔劳理勃瓣呀巾撕恭锯芝嚏登歧绪醉孕摄品测孜给抽肝外渠道溶捷健嚎过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温
21、,2）比色高温计和单色辐射高温计、辐射温度计相比较，测量准确度更高。因为实际物体一般 1和 2的比值变化相对要比 和 的单位变化小得多，3）比色高温计可在周围环境较恶劣下测温 中间介质加水蒸汽，二氧化碳、灰尘等对波长1 和2 的单色辐射强度均有吸收，尽管吸收律不一定相同，但对单色辐射强度比值的影响比较小,第四节 比色高温计,二 比色高温计的特点：,哗旋款伏恕班淌验拭法蔼烬套印诀驭赁腑旦科肩爸资缺现蛀斜汲雾喉毡汝过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,第四节 比色高温计,国产WDS-II双通道光电比色高温计1一物镜 2一平行平面玻璃 3一回零通孔硅光电池 4一透镜 5一分光镜 6一红外滤光片7一硅光电池E2 8一硅光电池El 9一可见光滤光片 10一反射镜 11一倒像镜 12一目镜,三、光电比色高温计的结构,贷恭广勺诅瞎磋胺咒胳怔购剑靠兄卢档垄乖诈张郑郡除校讯朱询帖檀季稳过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温,
