过程参数检测及仪表课件第4章非接触测温.ppt

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1、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感受件不需要与被测介质接触，称非接触测温方感受件不需要与被测介质接触，称非接触测温方法法基本原理：黑体的辐射出射度与温度有单值函数基本原理：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）。（辐射高温计）。优点：优点：v仪表不破坏被测介质的温度场仪表不破坏被测介质的温度场v感温件不必和被测介质达到平衡，仪表滞后小。感温件不必和被测介质达到平衡，仪表滞后小。v理论上仪表测温上限不受限制。感受元件不必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

2、，因此测温部件不与被测介质达到同样温度值，因此测温部件不被高温破坏。被高温破坏。v输出信号大，灵敏度高，准确度高输出信号大，灵敏度高，准确度高第四章第四章 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

3、出射度全幅射体的辐射出射度M0（单位：（单位：w/m3）与波长）与波长和温度和温度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3.74133.7413*1010-16-16(w.m(w.m2 2)1.4388)1.4388*1010-2-2(m.K)(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，波长较短的可见光范围内，用维恩公式代替内，用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%151012)e(cMTcTcecM2510维恩公式维恩公式

4、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的峰值处的峰值处的辐射波长的辐射波长m 与与T的关系遵的关系遵循维恩偏移定循维恩偏移定律：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M0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

5、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)dMM00041051012Td)e(cMTc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

6、的，）灰体的定义：如果物体的辐射光谱是连续的，且在所有波长下且在所有波长下 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同一温度下全辐射体的辐射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）0MM151)1(2TcecM4TM 是小于是小于1的常数。的常数。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，由于实际存在的物体，其特性并不完全像灰体，所以需修正：所以需修正：1）光谱辐射出射度光

7、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之之间间,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。15112)e(cMTc4TM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和辐和辐射出射度射出射度M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

8、计v1）应用普朗克定律制作的单色辐射高）应用普朗克定律制作的单色辐射高温计温计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。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单色辐射高温计的灵敏度高第二节第二节 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 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 与温与温度有关，而度有关，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，

9、称亮度，因亮度L 与光谱辐射出射率与光谱辐射出射率M 成正比，成正比，故通过测物体亮度故通过测物体亮度L 可求物体的温度可求物体的温度。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？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，即亮度温度，实际物体的真实温度要

10、进行修正。亮度温度，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：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，温度为时为时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称为这个物体在波长称为这个物体在波长 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、

11、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TceccL251sTceccL2510两者的亮度相等，两者的亮度相等，故：故：1112lncTTs注：注：0 10，在充分受热后，在充分受热后，从管口看进去管子的底部就可近似认为从管口看进去管子的底部就可近似认为是全辐射体。是全辐射体。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（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

12、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

13、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

14、高温计四、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的下限。因光电器件可感的下限。因光电器件可感受可见光，红外光波长受可见光，红外光波长 （2 2）分辨率高，光学高温计最高为）分辨率高，光学高温计最高为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）精确度高，由于采用性能良好的单）精确度高，

15、由于采用性能良好的单色器色器 （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。热电堆由几支同热电堆由几支同样的热电偶同向样的热电偶同向串联，其目的是串联，其目的是增加输出的热电增加输出的热电势，提高灵敏度

16、势，提高灵敏度。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？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，在不同物体对应不同温度，所以，在不同物体对应不同温度，所以显示仪表显示仪表上标注的是仪表是辐射温度上标注的是仪表是辐射温度（绝对黑体对应的（绝对黑体对应的温度）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，其对应的辐射出射度辐射出射度M，绝对黑体在温度，绝对黑体在温度T Tp p 时的辐射出时的辐射出射度射度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44pTT14pTT 三三 辐射温度辐射温度第三节第三节 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