非接触式测温原理优秀PPT.ppt
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1、非接触式测温原理第一页,本课件共有36页6.4 非接触式测温6.4.1 热辐射基本定理热辐射基本定理6.4.2 光学高温计光学高温计6.4.3 光电高温计光电高温计6.4.4 辐射温度计辐射温度计6.4.5 比色温度计比色温度计上一页下一页返 回第二页,本课件共有36页6.4.1 热辐射基本定理l 辐射换热辐射换热是三种基本的热交换形式之一是三种基本的热交换形式之一波长范围波长范围:10-3m10-8ml在在低低温温时时,物物体体辐辐射射能能量量很很小小,主主要要发发射射的的是是红红外外线线。随随着着温温度度的的升升高高,辐辐射射能能量量急急剧剧增增加加,辐辐射射光光谱谱也也向向短短的的方方向
2、向移移动动,在在5000C左左右右时时。辐辐射射光光谱谱包包括括了了部部分分可可见见光光;到到8000C时时可可见见光光大大大大增增加加,即即呈呈现现“红红热热”;如如果果到到30000C时时,辐辐射射光光谱谱包包括括更更多多的的短短波波成成分分,使使得得物物体体呈呈现现“白热白热”。l辐辐射射测测温温的的基基本本原原理理:观观察察灼灼热热物物体体表表面面的的“颜颜色色”来大致判断物体的温度,这就是来大致判断物体的温度,这就是上一页下一页返 回第三页,本课件共有36页热辐射基本定理(1)热辐射的重要参数热辐射的重要参数(2)辐射能的分配辐射能的分配(3)基尔霍夫定律基尔霍夫定律 (4)黑体辐射
3、定律黑体辐射定律上一页下一页返 回第四页,本课件共有36页(1)热辐射的重要参数辐辐射射能能Q 以以辐辐射射的的形形式式发发射射、传传播播或或接接收收的的能能量量称称为为辐射能,单位为焦耳辐射能,单位为焦耳(J)。辐射能通量辐射能通量 是辐射能随时间的变化率,又称辐射率:是辐射能随时间的变化率,又称辐射率:(6.4.1)其单位是瓦特其单位是瓦特(W)。辐辐射射强强度度I 在在给给定定方方向向上上的的立立体体角角单单元元内内,离离开开点点辐辐射射源源(或或辐辐射射源源面面单单元元)的的辐辐射射功功率率除除以以该该立立体体角角单单元元,称称为为该该方方向向上的辐射强度,其单位为瓦上的辐射强度,其单
4、位为瓦/球面度球面度(W/sr)。上一页下一页返 回第五页,本课件共有36页(1)热辐射的重要参数辐辐射射出出射射度度M 离离开开辐辐射射源源表表面面一一点点处处的的面面单单元元上上的的辐辐射射能量除以该单元面积,称为该点的辐射出射度,即能量除以该单元面积,称为该点的辐射出射度,即 (6.4.2)辐射出射度的单位为瓦辐射出射度的单位为瓦/米米2(W/m2)。辐辐射射亮亮度度L和和光光谱谱辐辐射射亮亮度度 表表面面一一点点处处的的面面元元在在给给定定方方向向上上的的辐辐射射强强度度,除除以以该该面面元元在在垂垂直直于于给给定定方方向向平平面面上上的的正正投投影影面面积积,称称为为该该方方向向的的
5、辐辐射射亮亮度度L。辐辐射射亮亮度度实实际际上上包包括括所所有有波波长长的的辐辐射射能能量量。如如果果是是辐辐射射光光谱谱中中某某一一波长的辐射能量则称为在此波长下的光谱辐射亮度。波长的辐射能量则称为在此波长下的光谱辐射亮度。上一页下一页返 回第六页,本课件共有36页(2)辐射能的分配l当物体接受到辐射能量以后,根据物体本身的性质,当物体接受到辐射能量以后,根据物体本身的性质,会发生部分能量吸收、透射和反射会发生部分能量吸收、透射和反射 吸收率;透射率;反射率。上一页下一页返 回第七页,本课件共有36页物体分类:黑体(绝对黑体):黑体(绝对黑体):照照射射到到物物体体上上的的辐辐射射能能全全部
6、部被被吸吸收收,既既无无反反射射也无透射。也无透射。透明体:透明体:照照射射到到物物体体上上的的辐辐射射能能全全部部透透射射过过去去,既既无无吸吸收收又无反射。又无反射。镜体、白体:镜体、白体:照射到物体上的辐射能全部反射出去。若物体表现照射到物体上的辐射能全部反射出去。若物体表现平整光滑,反射具有一定规律,则该物体称之为平整光滑,反射具有一定规律,则该物体称之为“镜体镜体”;若反射无一定规律,则该物体称为;若反射无一定规律,则该物体称为“绝对绝对白体白体”或者简称为或者简称为“白体白体”。上一页下一页返 回第八页,本课件共有36页l在自然界中黑体、白体和透明体都是不存在的。一在自然界中黑体、
7、白体和透明体都是不存在的。一般固体和液体的般固体和液体的值很小或等于零,而气体的值很小或等于零,而气体的值较值较大。对于一般工程材料来讲,大。对于一般工程材料来讲,0而而+=1,称为称为灰体灰体 l从传热学角度看,可以人为制造黑体从传热学角度看,可以人为制造黑体 上一页下一页返 回第九页,本课件共有36页(3)基尔霍夫定律l各物体的辐射出射度和吸收率的比值都相同,和物体各物体的辐射出射度和吸收率的比值都相同,和物体的性质无关,是物体的温度和发射波长的函数的性质无关,是物体的温度和发射波长的函数 式中:式中:M0(,T),M1(,T),M2(,T)物体的单色物体的单色()辐射出射度;辐射出射度;
8、0(,T),2(,T),2(,T)物体的单色物体的单色()吸收率。吸收率。上一页下一页返 回第十页,本课件共有36页l若物体若物体A0绝对黑体,那么绝对黑体,那么0(,T),根据基氏定律,根据基氏定律 物体的辐射出射度和吸收率之比等于绝对黑体在同样的温度下,物体的辐射出射度和吸收率之比等于绝对黑体在同样的温度下,相同波长时的辐射出射度。这是基氏定律的另一种说法。相同波长时的辐射出射度。这是基氏定律的另一种说法。设设M(,T)为物体为物体A在波长为在波长为,温度为,温度为T下的辐射出射度。下的辐射出射度。式中,式中,称为物体称为物体A的单色辐射率,或称为单色黑度系数。的单色辐射率,或称为单色黑度
9、系数。它表明了在一定的温度和波长下,物体它表明了在一定的温度和波长下,物体A的辐射出射度与的辐射出射度与相同温度和波长下黑体的辐射出射度之比。相同温度和波长下黑体的辐射出射度之比。基尔霍夫定律说明,物体的辐射能力与它的吸收能力是相同的基尔霍夫定律说明,物体的辐射能力与它的吸收能力是相同的 上一页下一页返 回第十一页,本课件共有36页在全波长内,任何物体的全辐射出射度等于单波长的辐射在全波长内,任何物体的全辐射出射度等于单波长的辐射出射度在全波长内的积分出射度在全波长内的积分 式中,式中,A(T)物体物体A在温度在温度T下的全吸收率,下的全吸收率,M0(T)黑体在温度黑体在温度T下的全辐射出射度
10、。下的全辐射出射度。基氏定律的积分形式为基氏定律的积分形式为 它表明了在一定的温度它表明了在一定的温度T下,物体下,物体A的辐射出射度与相同温度下的辐射出射度与相同温度下黑体的辐射出射度之比。一般物体的黑体的辐射出射度之比。一般物体的T1,T越接近越接近1,表明它与黑体的辐射能力越接近。表明它与黑体的辐射能力越接近。上一页下一页返 回第十二页,本课件共有36页(4)黑体辐射定律 普朗克定律普朗克定律(单色辐射强度定律单色辐射强度定律)维恩公式维恩公式 斯蒂芬波尔兹曼定律斯蒂芬波尔兹曼定律 (全辐射强度定律,也称为四次方定律)(全辐射强度定律,也称为四次方定律)上一页下一页返 回第十三页,本课件
11、共有36页 普朗克定律(单色辐射强度定律)温温度度为为T的的单单位位面面积积元元的的绝绝对对黑黑体体,在在半半球球面面方方向向所所辐辐射射的的波波长为的辐射出射度为长为的辐射出射度为式中,式中,c光速;光速;h普朗克常数,普朗克常数,6.62617610-34Js;k波尔兹曼常数,波尔兹曼常数,1.3806624410-23J/K;C1第一辐射常数,第一辐射常数,3.741810-16Wm2;C2第二辐射常数,第二辐射常数,1.438810-12mK;T绝对温度。绝对温度。公式结构比较复杂,但是它对于低温与高温都是适用的公式结构比较复杂,但是它对于低温与高温都是适用的 上一页下一页返 回第十四
12、页,本课件共有36页 维恩公式l理论上说明了黑体在各种温度下能量波长分布的规律理论上说明了黑体在各种温度下能量波长分布的规律 公式简单,但是仅适用于不超过公式简单,但是仅适用于不超过3000K的温度范围的温度范围 黑体的辐射本领是波长和温度的函数,当波长一定时,黑体的辐射本领是波长和温度的函数,当波长一定时,黑体的辐射本领就仅仅是温度的函数,即黑体的辐射本领就仅仅是温度的函数,即上式就是光学高温计和比色高温计测温的上式就是光学高温计和比色高温计测温的理论根据理论根据 上一页下一页返 回第十五页,本课件共有36页斯蒂芬波尔兹曼定律(全辐射强度定律,四次方定律)l温度为温度为T的绝对黑体,单位面积
13、元在半球方向上所发射的绝对黑体,单位面积元在半球方向上所发射的全部波长的辐射出射度与温度的全部波长的辐射出射度与温度T的四次方成正比。的四次方成正比。式中,式中,斯蒂芬波尔兹曼常数,斯蒂芬波尔兹曼常数,5.6696110-3W/(m2K4)。上式就是上式就是辐射式温度计测温的理论根据辐射式温度计测温的理论根据。全辐射强度定律是单色辐射强度定律在全波长内积分的结果。全辐射强度定律是单色辐射强度定律在全波长内积分的结果。上一页下一页返 回第十六页,本课件共有36页6.4.2 光学高温计 精密光学高温计精密光学高温计用于科学实验中的精密测试;用于科学实验中的精密测试;标标准准光光学学高高温温计计用用
14、于于量量值值的的传传递递,例例如如,在在物物质质熔点、热容量和相变点的测定中使用。熔点、热容量和相变点的测定中使用。光学高温计可用来测量光学高温计可用来测量80032000C的高温。的高温。由由于于采采用用用用肉肉眼眼进进行行色色度度比比较较,所所以以测测量量误误差差与与人的经验有关。人的经验有关。光光学学高高温温计计测测量量的的温温度度称称为为亮亮度度温温度度(TL),被被测测对对象象为为非非黑黑体体时时,要要通通过过修修正正才才能能得得到到非非黑黑体体的的真真实温度。实温度。上一页下一页返 回第十七页,本课件共有36页工业用光学高温计分类隐丝式隐丝式利利用用调调节节电电阻阻来来改改变变高高
15、温温灯灯泡泡的的工工作作电电流流,当当灯灯丝丝的的亮亮度度与与被被测测物物体体的的亮亮度度一一致致时时,灯灯泡泡的的亮度就代表了被测物体的亮度温度。亮度就代表了被测物体的亮度温度。恒定亮度式恒定亮度式利利用用减减光光楔楔来来改改变变被被测测物物体体的的亮亮度度,使使它它与与恒恒定定亮亮度度温温度度的的高高温温灯灯泡泡相相比比较较,当当两两者者亮亮度度相相等等时时,根根据据减减光光楔楔旋旋转转的的角角度度来来确确定定被被测测物物体体的的亮亮度度温温度度。由由于于隐隐丝丝式式光光学学高高温温计计的的结结构构和和使使用用方方法法都都优于恒定亮度式,所以应用广泛。优于恒定亮度式,所以应用广泛。上一页下
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