热工测量仪表PPT非接触测温.ppt

热工测量仪表热工测量仪表PPTPPT非接触测温非接触测温现在学习的是第1页，共31页第四章第四章 非接触测温方法和仪表非接触测温方法和仪表主要内容主要内容 v第一节第一节 辐射测温的基本原理辐射测温的基本原理v第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计v第三节第三节 辐射温度计辐射温度计v第四节第四节 比色高温计比色高温计v第五节第五节 红外温度计红外温度计现在学习的是第2页，共31页第一节第一节 辐射测温基本原理辐射测温基本原理一、黑体的光谱辐射出射度一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度和辐射出射度M01 1光谱辐射出射度光谱辐射出射度M01）全幅射体的辐射出射度全幅射体的辐射出射度M0（单位：（单位：w/m3）与波长）与波长和和温度温度T有关（普朗克定律）有关（普朗克定律）为波长；为波长；c c1 1，c c2 2为普朗克第一，第二辐射常数为普朗克第一，第二辐射常数3.7413*10-3.7413*10-16(w.m16(w.m2 2)1.4388*10-2(m.K)1.4388*10-2(m.K)2 2）使用条件：温度低于使用条件：温度低于3000K3000K，波长较短的可见光范围内，用，波长较短的可见光范围内，用维恩公式代替维恩公式代替普朗克定律，误差不超过普朗克定律，误差不超过1%维恩公式维恩公式现在学习的是第3页，共31页第一节第一节 辐射测温基本原理辐射测温基本原理规律：规律：a)T上升，上升，M0增大增大。b)T高，高，M0的的峰值对应的波峰值对应的波长变短。长变短。M0的峰值处的的峰值处的辐射波长辐射波长m 与与T的关系遵循维的关系遵循维恩偏移定律：恩偏移定律：mT=2897 m.k3）光谱辐射出射度）光谱辐射出射度M0图图一、黑体的光谱辐射出射度一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐和辐射出射度射出射度M01 1光谱辐射出射度光谱辐射出射度M0现在学习的是第4页，共31页第一节第一节 辐射测温基本原理辐射测温基本原理2 2 黑体辐射出射度黑体辐射出射度M M0 01 1）M M0 0与与M M00的关系的关系M M0 0是波长是波长 从从0 0 之间全部光谱辐射出射度的之间全部光谱辐射出射度的总和总和2 2）M M0 0的公式（斯忒潘的公式（斯忒潘玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律:):)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一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度和辐射出射度M0现在学习的是第5页，共31页第一节第一节 辐射测温基本原理辐射测温基本原理二、灰体的光谱辐射出射度二、灰体的光谱辐射出射度M和辐射出射度和辐射出射度M1 ）灰体的定义：如果物体的辐射光谱是连续的，且在所）灰体的定义：如果物体的辐射光谱是连续的，且在所以波长下以波长下 常数，则该物体称为灰体。常数，则该物体称为灰体。2）灰体的发射率）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，出射度之比，3）灰体的）灰体的M（普朗克定律）（普朗克定律）M（斯忒潘斯忒潘玻耳兹曼定律）玻耳兹曼定律）是小于是小于1的常数。的常数。现在学习的是第6页，共31页第一节第一节 辐射测温基本原理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，所以由于实际存在的物体，其特性并不完全像灰体，所以需修正：需修正：1）光谱辐射出射度光谱辐射出射度M（普朗克定律）：（普朗克定律）：2 2）辐射出射度辐射出射度M（斯忒潘斯忒潘玻耳兹曼定律）玻耳兹曼定律）注意：注意：光谱发射率光谱发射率和发射率和发射率，其值在，其值在0-1之间之间,都都不是常数不是常数,用实验的方法测定。用实验的方法测定。与温度、与温度、该物体的特性和表面情况有关，该物体的特性和表面情况有关，则按基尔则按基尔霍夫定律还与霍夫定律还与 有关。有关。三、实际物体的光谱辐射出射度三、实际物体的光谱辐射出射度M和辐射出和辐射出射度射度M现在学习的是第7页，共31页第一节第一节 辐射测温基本原理辐射测温基本原理四、四、单色辐射高温计和辐射温度计单色辐射高温计和辐射温度计v1）应用普朗克定律制作的单色辐射高温）应用普朗克定律制作的单色辐射高温计计v2）应用辐射定律制作的辐射高温计）应用辐射定律制作的辐射高温计v3）当温度变化时，光谱辐射出射度的增当温度变化时，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辐射高温计的灵敏度高现在学习的是第8页，共31页第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计光学高温计光学高温计光电高温计光电高温计 现在学习的是第9页，共31页一、光学高温计一、光学高温计 由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率M 与温度与温度有关，而有关，而物体在高温下会发光，称亮度，因亮度物体在高温下会发光，称亮度，因亮度L 与光谱与光谱辐射出射率辐射出射率M 成正比，成正比，故通过测物体亮度故通过测物体亮度L 可求物体的可求物体的温度温度。L=cM=cM=c=c M0 c-c-比例常数。比例常数。2 2 由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度1）问题提出：）问题提出：同样亮度同样亮度L，由于物体由于物体不同，所以物体对应不同，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：）解决办法：仪表标注的是黑体对应的温度仪表标注的是黑体对应的温度Ts，即亮度，即亮度温度，实际物体的真实温度要进行修正。温度，实际物体的真实温度要进行修正。第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计1 1 基本工作原理：基本工作原理：现在学习的是第10页，共31页3)亮度温度亮度温度Ts：当物体在辐射波长为当物体在辐射波长为 ，温度为时，温度为时T，其光谱辐射亮度，其光谱辐射亮度L 和黑体在辐射波长为和黑体在辐射波长为 ，温度为，温度为Ts时的光谱辐射亮度时的光谱辐射亮度L0 相等，则把相等，则把Ts称为这个物称为这个物体在波长体在波长 下的亮度温度。下的亮度温度。4)由亮度温度由亮度温度Ts如何求物体的真实温度如何求物体的真实温度T 已知物体的辐射发射率已知物体的辐射发射率，将维恩公式代入：将维恩公式代入：一、光学高温计一、光学高温计第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计2 2 由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度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，两者的亮度相等，故：故：注：注：0 10，在充分受热后，从管，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口看进去管子的底部就可近似认为是全辐射体。辐射体。三三、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第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计现在学习的是第17页，共31页（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之之内比较合适。内比较合适。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收作用，烟雾、二氧化碳等对辐射都有吸收作用，造成误差。造成误差。（3）光学高温计不宜测反射光很强的物体，）光学高温计不宜测反射光很强的物体，容易造成大容易造成大 误差误差（4）光学高温计的测量准确度比热电偶、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。热电阻低，并不能测物体内部温度。三三、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第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计现在学习的是第18页，共31页现在学习的是第19页，共31页四、光电高温计四、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，应用受限易；故它不是连续性测量仪表，应用受限制。制。2 其工作原理：其工作原理：光电器件代替人眼，光电器件代替人眼，作为仪作为仪表的感受件感受辐射源的亮度变化，并转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物体的温度。光电高温计时自动连续测温仪表。仪表。第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计现在学习的是第20页，共31页四、光电高温计四、光电高温计WDH-II光电高温计的调制原理光电高温计的调制原理第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计现在学习的是第21页，共31页3 缺点：光学元件互换性很差，更换元件时，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。整个仪表要进行重新调整和分度。4 4 优点优点 （l l）无无 700700的的下下限限。因因光光电电器器件件可可感感受可见光，红外光波长受可见光，红外光波长 （2 2）分分辨辨率率高高，光光学学高高温温计计最最高高为为0.50.5，而光电高温计可达，而光电高温计可达0.010.010.050.05；（3 3）精精确确度度高高，由由于于采采用用性性能能良良好好的的单单色器色器 （4 4）可连续自动测量，响应快。）可连续自动测量，响应快。第二节第二节 单色辐射高温计单色辐射高温计四、光电高温计四、光电高温计现在学习的是第22页，共31页第三节第三节 辐射温度计辐射温度计 根据全辐射定律制成的温度计，即全部波根据全辐射定律制成的温度计，即全部波长的辐射能长的辐射能M0,温度温度T。被测物体的辐射被测物体的辐射能经物镜聚焦在能经物镜聚焦在铂箔上，使铂箔铂箔上，使铂箔温度升高，由热温度升高，由热电堆测其温度输电堆测其温度输出热电势信号。出热电势信号。热电堆由几支同样热电堆由几支同样的热电偶同向串联，的热电偶同向串联，其目的是增加输出其目的是增加输出的热电势，提高灵的热电势，提高灵敏度敏度。一、基本工作原理一、基本工作原理二、辐射温度计的结构和原理二、辐射温度计的结构和原理热热电电堆堆的的作作用用？现在学习的是第23页，共31页第三节第三节 辐射温度计辐射温度计1）问题：问题：由于物体的由于物体的 的不同，的不同，同一辐射出射度同一辐射出射度M，在，在不同物体对应不同温度，所以不同物体对应不同温度，所以显示仪表上标注的是仪显示仪表上标注的是仪表是辐射温度表是辐射温度（绝对黑体对应的温度）（绝对黑体对应的温度）2）辐射温度：被测物体真实温度为）辐射温度：被测物体真实温度为T T，其对应的，其对应的辐射出辐射出射度射度M，绝对黑体在温度，绝对黑体在温度T Tp p 时的辐射出射度时的辐射出射度M 0，M=M0,温度温度T Tp p称为称为“辐射温度辐射温度”3)辐射温度低于被测物体的实际温度辐射温度低于被测物体的实际温度。为被测物体发射率为被测物体发射率三三 辐射温度辐射温度现在学习的是第24页，共31页第三节第三节 辐射温度计辐射温度计四四 辐射温度计使用时的注意事项：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）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。）热电偶冷端温度影响。（4）按规定）按规定D/L（被测物体的直径，被测物体与温度（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。计之间的距离）的范围，否则会引起较大的误差。vL太大，被测物体在热电堆上成像太小，不能太大，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。辐射能减小，指示偏低。vL太小，物像照到光阑边缘和接近热电堆的其太小，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，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，也造成指示偏指示偏低，且中间介质影响大，也造成指示偏低。低。现在学习的是第25页，共31页第四节第四节 比色高温计比色高温计一、比色高温计的原理一、比色高温计的原理二、双色比色高温计实例二、双色比色高温计实例三、三色比色高温计三、三色比色高温计 现在学习的是第26页，共31页第四节第四节 比色高温计比色高温计一一 原理：原理：根据维恩偏移定律工作的温度计。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度的比值推得温度。1 推导过程（黑体）推导过程（黑体）通过测波长通过测波长1，2下的光谱辐射亮度下的光谱辐射亮度两式相除后取对数，整理后：两式相除后取对数，整理后：比色比色温度温度现在学习的是第27页，共31页第四节第四节 比色高温计比色高温计2 实际物体的温度实际物体的温度（1）比色温度：）比色温度：v实际物体（温度实际物体（温度T）在两个波长）在两个波长 1，和和2的相的相应亮度比值等于绝对黑体（应亮度比值等于绝对黑体（Ts）在两个波长）在两个波长 1，和和2的亮度比，绝对黑体的温度的亮度比，绝对黑体的温度Ts就称为实就称为实际物体的比色温度。际物体的比色温度。（2）实际物体的温度公式：）实际物体的温度公式：根据定义，用维恩公式，可导出：根据定义，用维恩公式，可导出：1 2为实际物体的在波长为实际物体的在波长 1，和和2时的光谱发时的光谱发射率射率现在学习的是第28页，共31页第四节第四节 比色高温计比色高温计二二 比色高温计的特点：比色高温计的特点：1）对于绝对）对于绝对黑体黑体T=Ts，因为因为 1=2=1；灰体同样灰体同样T=Ts，由于由于 1=2 1；一般物体一般物体T Ts由于由于 1 2 v对于对于金属物体金属物体，一般是短波，一般是短波1的的 1，大于长波，大于长波2的的 2，1 2则则 0，TTs比色温比色温度高于物体实际温度度高于物体实际温度。v对于其它物体，视对于其它物体，视 1 和和 2 的大小而定。的大小而定。现在学习的是第29页，共31页2）比色高温计和单色辐射高温计、辐射温度）比色高温计和单色辐射高温计、辐射温度计相比较，计相比较，测量准确度更高。测量准确度更高。因为实际物体一般因为实际物体一般 1和和 2的比值变化相对要比的比值变化相对要比 和和 的单位变化小得多，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、灰尘等对波中间介质加水蒸汽，二氧化碳、灰尘等对波长长1 和和2 的单色辐射强度均有吸收，尽管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吸收律不一定相同，但对单色辐射强度比值的影响比较小的影响比较小第四节第四节 比色高温计比色高温计二二 比色高温计的特点：比色高温计的特点：现在学习的是第30页，共31页第四节第四节 比色高温计比色高温计国产国产WDS-II双通道光电比色高温计双通道光电比色高温计1 1一物镜一物镜 2 2一平行平面玻璃一平行平面玻璃 3 3一回零通孔一回零通孔硅光电池硅光电池 4 4一透镜一透镜 5 5一分光镜一分光镜 6 6一红一红外滤光片外滤光片7 7一硅光电池一硅光电池E E2 2 8 8一硅光电池一硅光电池E El l 9 9一可见光滤光片一可见光滤光片 1010一反射镜一反射镜 1111一倒一倒像镜像镜 1212一目镜一目镜三、光电比色高温计的结构三、光电比色高温计的结构现在学习的是第31页，共31页