完整word版溫度測(cè)量方法匯總word文檔良心出品

1、溫度測(cè)量方法溫度是度量物體熱平衡條件下冷熱程度的物理量， 它反映了物體內(nèi)部微粒無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的 平均動(dòng)能， 是國(guó)際單位制中的 7 個(gè)基本物理量之一。由于在很多情況下，不能直接測(cè)量，故 是種特殊量。 自然界中， 很多物質(zhì)的物理屬性以及眾多的物理效應(yīng)均與溫度有關(guān)，因此人們接觸式和非接觸式。 接觸式 此方法雖然簡(jiǎn)單、 方便， 非接觸式測(cè)溫法的感溫元件利用他們隨溫度的變化規(guī)律來(lái)間接測(cè)量溫度。根據(jù)感溫元件與被測(cè)介質(zhì)接觸與否， 溫度測(cè)量方法可分為： 測(cè)溫方法是通過(guò)傳導(dǎo)、 對(duì)流和輻射等傳熱方式感受被測(cè)介質(zhì)的溫度。 但其間的熱阻及感溫元件的熱慣性都會(huì)影響測(cè)溫的迅速、 準(zhǔn)確。不與被測(cè)物體相接處， 目前最常用的是輻射

2、法， 它直接利用被測(cè)對(duì)象的輻射能與溫度的對(duì)應(yīng) 關(guān)系來(lái)測(cè)量其溫度。與接觸式測(cè)溫方法相比，非接觸式測(cè)溫法具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。 2、適合特殊場(chǎng)合。 3、測(cè)溫范圍理論上無(wú)上限，其下線(xiàn)也隨技術(shù)發(fā)展在向中低溫?cái)U(kuò)展。 由于非接觸式測(cè)溫法必須獲得被測(cè)量對(duì)象的熱輻射強(qiáng)度，因此存在以下缺點(diǎn)：1、受中間介質(zhì)影響大。 2、接收到的輻射能常常不能直接得出被測(cè)對(duì)象的實(shí)際溫度，需要進(jìn)行修正。對(duì)應(yīng)于兩種測(cè)溫方法，測(cè)溫儀器亦分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)： 接觸式儀器又可分為：膨脹式溫度計(jì) （包括液體和固體膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)）、電阻式溫度計(jì) （包括金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)）、熱電式溫度計(jì) （包括熱電

3、偶和 P-N 結(jié)溫度計(jì) ）以及其它原理的溫度計(jì)。非接觸式溫度計(jì)又可分為輻射溫度計(jì)、 亮度溫度計(jì)和比色溫度計(jì)， 由于它們都是以光輻 射為基礎(chǔ)，故也按統(tǒng)稱(chēng)為輻射溫度計(jì)。熱電偶測(cè)溫的應(yīng)用原理熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。 其優(yōu)點(diǎn)是： 測(cè)量精度高。 因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600 C均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到 -269 C （如金鐵鎳鉻）,最高可達(dá)+2800 C （如鎢-錸）。構(gòu)造簡(jiǎn)單， 使用方便。 熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成， 而且不受大小和開(kāi)頭的限 制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。1、熱電偶測(cè)溫基本原理將兩

4、種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn) 1 和 2 之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流 ,這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。2、熱電偶的種類(lèi)及結(jié)構(gòu)形成（ 1）熱電偶的種類(lèi) 常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類(lèi)。 所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、 允許誤差、 并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶， 它有與其配套 的顯示儀表可供選用。 非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從 1988 年

5、1 月 1 日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定 S、B、E、 K、R、J、T 七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。（2）熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固； 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路； 補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與熱電偶自由端的連接要方便可靠； 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。3、熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴 金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都 很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)把熱電偶的冷 端（自由端）延 伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，

6、 連接到儀表端子上。 必須指出， 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的作用只起 延伸熱電極， 使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上， 它本身并不能消除冷端溫度變化 對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度to 時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)時(shí)必須注意型號(hào)相配， 極性不能接錯(cuò)， 補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與熱電偶連接端 的溫度不能超過(guò) 1ooq。4、熱電偶類(lèi)型：鉑銠10-鉑熱電偶（S型）鉑銠10-鉑熱電偶（S型熱電偶）為貴金屬熱電偶，其正極（SP）的名義化學(xué)成分為鉑銠合金，其中含鉑90%，含銠10%，負(fù)極（SN）為純鉑。它的長(zhǎng)期最高使用溫度為1300C,短期最高使用溫度為1600Co S型熱電偶在

7、熱電偶系列中準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，測(cè)溫溫區(qū) 寬，使用壽命長(zhǎng)，它的物理、化學(xué)性能良好，熱電勢(shì)穩(wěn)定性及在高溫下抗氧化性能好，適于 氧化和惰性氣氛中。它的不足之處是熱電勢(shì)、熱電勢(shì)率較小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度差，對(duì)污染很敏感，材料昂貴。鉑銠 13-鉑熱電偶（ R 型）鉑銠13-鉑熱電偶（R型熱電偶）為貴金屬熱電偶，其正極（RP）的名義化學(xué)成分為鉑銠合金，其中含鉑為87%,含銠為13%,負(fù)極（RN ）為純鉑，長(zhǎng)期使用最高溫度為 1300C, 短期使用最高溫度為1600 C, R型熱電偶的綜合性能與 S型熱電偶相當(dāng)，國(guó)外英、美等國(guó) 研究發(fā)現(xiàn)R型熱電偶的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性比S型熱電偶好，R型熱電偶不足之處與

8、S型熱電偶類(lèi)似。鉑銠 30-鉑銠 6熱電偶（ B 型）鉑銠30-鉑銠6熱電偶（B型熱電偶）為貴金屬熱電偶，其正極（ BP）的名義化學(xué)成分 為鉑銠合金，其中含銠量 30%，負(fù)極（BN）也為鉑銠合金，含銠量為 6%,該熱電偶長(zhǎng)期 最高使用溫度為1600C，短期最高使用溫度為 1800CoB 型熱電偶的準(zhǔn)確度高,穩(wěn)定性能好,測(cè)溫溫區(qū)寬,使用壽命長(zhǎng),測(cè)溫上限高,它適用 于氧化性和惰性氣氛中, 也可短期用于真空中, 但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬 蒸氣氣氛中。B型熱電偶的參考端一般不須用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行補(bǔ)償，這是因?yàn)樵?50C范圍內(nèi)其熱電勢(shì)小于3卩mo B型熱電偶不足之處是熱電勢(shì)率更小，靈敏度更低，

9、高溫下機(jī)械強(qiáng) 度下降，抗污染能力差，貴金屬材料昂貴等。鎳鉻-鎳硅熱電偶（K）型鎳鉻-鎳硅熱電偶（K型熱電偶）是目前用量最大的廉金屬熱電偶，正極（ KP）的名義 化學(xué)成分為：Ni : Cr=90 : 10,負(fù)極（KN）的名義化學(xué)成分為：Ni : Si=97 : 3，其使用溫度范 圍為-2001300CoK 型熱電偶具有線(xiàn)性度好,熱電動(dòng)勢(shì)較大,靈敏度較高,穩(wěn)定性和均勻性較好,抗氧化 性能強(qiáng),價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),能用于氧化性、惰性氣氛中,但是它不能直接在高溫下用于硫、 還原性或還原、氧化交替的氣氛中和真空中。鎳鉻硅 -鎳硅熱電偶（ N 型）鎳鉻硅 -鎳硅熱電偶（ N 型熱電偶）為廉金屬熱電偶,是一種最新

10、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶,正極（NP）的名義化學(xué)成分：Ni : Cr : Si=84.4 : 14.2 : 1.4,負(fù)極（NN ）的名義化學(xué)成分為： Ni: Si: Mg=95.5: 4.4: 0.1,其使用溫度范圍為 -2001300CoN 型熱電偶具有線(xiàn)性度好,熱電動(dòng)勢(shì)較大,靈敏度較高,穩(wěn)定性和均勻性較好,抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜，不受短程有序化影響等優(yōu)點(diǎn)，其綜合性能優(yōu)于 K 型熱電偶，缺點(diǎn)是在 高溫下不能直接用于硫，還原性或還原、氧化交替的氣氛中和真空中。鎳鉻-銅鎳（康銅）熱電偶（ E 型）鎳鉻-銅鎳熱電偶（ E 型熱電偶）又稱(chēng)鎳鉻 -康銅熱電偶，是一種廉金屬熱電偶，其正極（EP）為鎳鉻10合金

11、，化學(xué)成分與KP相同，負(fù)極（EN ）為銅鎳合金，名稱(chēng)化學(xué)成分為55% 銅，45%的鎳以及少量的鈷、錳、鐵等元素，該熱電偶的使用溫度為-200900CoE 型熱電偶電動(dòng)勢(shì)之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜制成熱電堆，測(cè)量微小的溫度變化。對(duì)于高濕度氣氛的腐蝕不甚靈敏，宜于濕度較高的環(huán)境。E型熱電偶還具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能優(yōu)于銅 -康銅，鐵 -康銅熱電偶，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性、惰性氣氛 中，缺點(diǎn)是不能直接在高溫下用于硫或其他還原性氣氛中，熱電均勻性較差。鐵-銅鎳（康銅）熱電偶（J型）鐵-銅鎳熱電偶（J型熱電偶）又叫鐵-康銅熱電偶，是一種價(jià)格低廉的廉金屬熱電偶， 它的正極（JP）的名義化學(xué)

12、成分為純鐵，負(fù)極（JN）是銅鎳合金，其名義化學(xué)成份為55%的銅和 45%的鎳以及少量但卻十分重要的鈷、鐵、錳等元素，盡管它也叫康銅，但卻不同 于鎳鉻-康銅和銅-康銅的康銅，故不能用 EN或TN來(lái)替換。鐵-康銅熱電偶覆蓋測(cè)量溫區(qū)為 -210C1200C,但常用的溫度范圍為 0C750CoJ型熱電偶線(xiàn)性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價(jià)格便宜， 它可用于真空、 氧化、還原和惰性氣氛中，但正極鐵在高溫下氧化較快，故使用溫度受到限 制，不能無(wú)保護(hù)直接在高溫下用于硫化氣氛中。銅-銅鎳（康銅）熱電偶（T型）銅-銅鎳熱電偶（T型熱電偶），又叫銅-康銅熱電偶，是一種最佳的測(cè)量低溫的廉金屬熱

13、 電偶，正極（TP）是純銅，負(fù)極（TN）是銅鎳合金，它與鎳鉻-康銅的康銅EN通用，與鐵 -康銅的康銅JN不能通用。銅一康銅熱電偶測(cè)量溫區(qū)為-200350CoT 型熱電偶具有線(xiàn)性度好，熱電動(dòng)勢(shì)大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，特別是在-2000C溫區(qū)使用，穩(wěn)定性更好，年穩(wěn)定性小于3卩V,在低溫可作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行低溫量值傳遞。缺點(diǎn)是正極銅在高溫下抗氧化性能差，上限溫度受到限制。其他非標(biāo)準(zhǔn)分度熱電偶（ 1） 鎢錸系熱電偶鎢錸熱電偶是在20世紀(jì)6070年代發(fā)展起來(lái)的難熔金屬熱電偶。鎢錸系熱電偶有分度號(hào)為C。我國(guó)目前可以提供WRe5- WRe20、 W-WRe26 、 WRe3-WRe25、 W

14、Re5-WRe26 幾種，美國(guó) ASTM E230-2002 標(biāo) 準(zhǔn)中已正式將鎢錸 5-鎢錸 26熱電偶定為標(biāo)準(zhǔn)分度熱電偶，因此近幾年來(lái)發(fā)展很快。 為解決氧 主要是采用熱電偶絲材料鍍膜或 在一定程商品化的 WRe3-WRe25、WRe5 -WRe26 熱電偶。與鉑銠等貴金屬熱電偶相比， 鎢錸熱電偶價(jià)格低廉， 化氣氛下的使用問(wèn)題， 抗氧化鎢錸熱電偶受到了普遍關(guān)注， 采用高致密保護(hù)套管隔絕等技術(shù)， 可以延長(zhǎng)鎢錸熱電偶在氧化氣氛下的使用時(shí)間， 度上取代鉑銠等貴金屬熱電偶，這將使將使鎢錸熱電偶得到更廣泛的應(yīng)用。鎢錸熱電偶使用時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：1500 C以上,z熱電動(dòng)勢(shì)：在800 C以下，其微分電勢(shì)隨

15、溫度的升高而降低，但是在其微分電勢(shì)均比 S 型熱電偶高；z使用溫度：它的最高使用溫度達(dá)2800C，但是在高于2300 C時(shí)，一致性較差，一般使用在2000 C以下；z使用氣氛：由于鎢錸熱電偶電極易發(fā)生氧化，因此適用于惰性或干燥空氣中使用。 另外在含碳?xì)夥罩幸咨煞€(wěn)定的碳化物， 會(huì)降低其靈敏度并引起脆斷， 并且在有氫氣存 在的情況下，會(huì)加速碳化；Y2O3 或 BNz 絕緣與保護(hù)套管：為避免高溫下因化學(xué)反應(yīng)引起熱電動(dòng)勢(shì)變化，可采用 作絕緣材料。保護(hù)管采用氧化釔（Y2O3 ）管、鎢管、鉬管、鉭管或鈮管等。（ 2） 鉑銠系和銥銠系非標(biāo)準(zhǔn)分度熱電偶 由于在航空航天或一些其他領(lǐng)域，需要測(cè)量的溫度超過(guò)了 B

16、 型熱電偶的最高使用溫度， 而這些場(chǎng)合或需要長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量， 或需要在氧化氣氛下快速測(cè)量， 提出了用 PtRh40-PtRh20 或 銥銠熱電偶進(jìn)行測(cè)溫。在鉑銠系熱電偶中， PtRh40-PtRh20 熱電偶穩(wěn)定性最高，最高使用溫 度可達(dá)到1850 C。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）給出銥60銠-銥的極限使用溫度為 2100C,銥50銠- 銥和銥40銠-銥熱電偶的極限使用溫度為2150C，但由于銥在氧化氣氛中容易被氧化蒸發(fā)，因此在空氣中只能短期使用到極限溫度。熱電阻測(cè)溫的應(yīng)用原理熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。 它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高， 性能穩(wěn)定。 其中 鉑熱是阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)

17、用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。1、熱電阻測(cè)溫原理及材料熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。 熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用甸、鎳、 錳和銠等材料制造熱電阻。2、熱電阻的特點(diǎn)：測(cè)量精度高； 有較大的測(cè)量范圍；易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量中。3、熱電阻材料的特點(diǎn)：高且穩(wěn)定的溫度系數(shù)和大的電阻率；良好的輸出特性（近似線(xiàn)性）；使用范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定；良好的工藝性。4、熱電阻的結(jié)構(gòu)（1）精通型熱電阻 從熱電阻的測(cè)溫原理可知， 被測(cè)溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變 化來(lái)測(cè)量的， 因此， 熱電阻體的引出線(xiàn)等各種

18、導(dǎo)線(xiàn)電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)影響。為消除引線(xiàn)電阻的影響同般采用三線(xiàn)制或四線(xiàn)制，有關(guān)具體內(nèi)容參見(jiàn)本篇第三章第一節(jié) .（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體） 、引線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套管組合 而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為 0 20 8mm最小可達(dá) 0 mm與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后小；緊貼在溫度計(jì)端面， 它適用于測(cè)量軸瓦和其機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝使用壽命長(zhǎng)。（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制， 與一般軸向熱電阻相比， 能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度， 他機(jī)件的端面溫度。（4）隔爆型熱

19、電阻 隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線(xiàn)盒， 把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線(xiàn)盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。 隔爆型熱電阻可用于 BlaB3c 級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。5、熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的組成 熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線(xiàn)和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)： 熱電阻和顯示儀表的分度號(hào)必須一致 為了消除連接導(dǎo)線(xiàn)電阻變化的影響，必須采用三線(xiàn)制接法。具體內(nèi)容參見(jiàn)本篇第三章。（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體） 、引線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套管組合 而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為 0 20 8mm最小可達(dá) 0mm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)

20、點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后?。粰C(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝使用壽命長(zhǎng)。緊貼在溫度計(jì)端面， 它（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，與一般軸向熱電阻相比， 能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度， 適用于測(cè)量軸瓦和其 他機(jī)件的端面溫度。（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線(xiàn)盒， 把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因 受到火花或電弧等影電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長(zhǎng)短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好， 若采用焊接修理，焊后要校驗(yàn)合格后才能使用。6、常用的熱電阻：鉑熱電阻（ 一200 C 850C ）:Rt=R01+At+Bt2+

21、C（t-100） t3式中 R0、Rt溫度為0及tC時(shí)的鉑電阻的電阻值；A、B、C常數(shù)值，其中：A= 3.96847 W-3 C -1B= 5.847 10-7 C -2C= 4.22 10-12 C -4優(yōu)點(diǎn)：物理化學(xué)性質(zhì)極穩(wěn)定，良好的工藝性，精度高（做基準(zhǔn)熱電阻） 缺點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)小，價(jià)格昂貴，非線(xiàn)性誤差大 銅熱電阻（ -50150 C ）Rt=R0（ 1+ a式中R0、Rt溫度為0及tC時(shí)銅電阻的電阻值；a 銅電阻的溫度系數(shù) a =4.28899 X 10-3C -1我國(guó)工業(yè)用鉑電阻分度號(hào)為Cu50、 Cu100優(yōu)點(diǎn)：良好的輸出特性，電阻溫度系數(shù)高缺點(diǎn)：電阻率低，測(cè)溫范圍窄 其他熱電阻

22、鎳：-50100 C,非線(xiàn)性嚴(yán)重，材料提取困難，穩(wěn)定性好。鐵：-50150 C,易氧化，化學(xué)性能不好，線(xiàn)性，電阻率及靈敏度高。紅外輻射測(cè)溫技術(shù)1.原理所有的物體都是由不斷震動(dòng)的原子構(gòu)成， 原子的能量越高， 振動(dòng)的頻率越大。 所有微粒 的震動(dòng)，包括這些原子，生成電磁波譜。物體的溫度越高，微粒的震動(dòng)就越快，因此光譜的 輻射能量就越高。 結(jié)果， 所有物體都不停的以自身的波長(zhǎng)頻率向外輻射。 一切高于絕對(duì)零度 的物體都存在紅外輻射現(xiàn)象， 物體紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布情況， 都與物體的 表面溫度有關(guān)。 通過(guò)對(duì)物體表面輻射能量的測(cè)定， 并通過(guò)一定的信號(hào)轉(zhuǎn)換， 最終確定物體的 表面溫度，這就是紅外輻

23、射測(cè)溫技術(shù)的基本原理。2特點(diǎn)紅外線(xiàn)測(cè)溫儀可以測(cè)量所有目標(biāo)物體釋放的紅外能量， 具有響應(yīng)快的特點(diǎn)。 通常被用于 測(cè)量移動(dòng)和間歇性目標(biāo)， 真空狀態(tài)下的目標(biāo)， 由于惡劣環(huán)境空間限制以及安全威脅無(wú)法由人 接觸的目標(biāo)。盡管在有些情況下使用其它設(shè)備也可以完成，但成本相對(duì)較高。3. 輻射測(cè)溫的基本方法3.1 紅外測(cè)溫（全輻射式測(cè)溫）由斯蒂芬 -玻爾茲曼定律知全輻射出射度Mb=f Mo (扎 T)dJl = CTT4(3.17)丿0式中：（T為黑體輻射常數(shù)，（T = 5.7 X 10-8Wm2K-4。當(dāng)絕對(duì)黑體與黑體的總輻射亮度相等時(shí)，絕對(duì)黑體的溫度叫做非黑體的輻射溫度。 實(shí)際上，真正的黑體是不存在的，對(duì)于實(shí)

24、際情況，輻射力和光譜輻射力可分別表示為E= Eb（3.15）(3.16)fYTYctT* = ffT：(3.18)E入=入E入由式（3.15）和（3.18）可知，只要測(cè)出全波長(zhǎng)總輻射出度，則被測(cè)物體的溫度就可以確 定。測(cè)量的溫度 Tr與實(shí)際溫度T之間的關(guān)系式為：（3.19）式中：物體的發(fā)射率；入物體光譜發(fā)射率； T 實(shí)際物體真實(shí)溫度（K）;Tr 黑體溫度，即實(shí)際物體的輻射溫度（K）; （T）所有波長(zhǎng)的實(shí)際物體的總發(fā)射率。3.18）可以通過(guò)測(cè)量實(shí)際不同的物體，其全輻射率差異很大。在已知條件下，根據(jù)式（ 物體的輻射溫度計(jì)算出實(shí)際溫度。3.2亮度測(cè)溫（單色輻射測(cè)溫） 當(dāng)實(shí)際物體（非黑體）在某一波段下

25、的單色輻射出射度同絕對(duì)黑體在同一波長(zhǎng)下的單色 幅射度相等時(shí)，則該該黑體的溫度稱(chēng)為實(shí)際物體的亮度溫度，表達(dá)式為：（3.20）在常用的溫度與波長(zhǎng)范圍內(nèi)，式（3.18）可以用維恩公式表示為（3.21）由式（3.20）可知，知道波長(zhǎng)為 入的光譜發(fā)射率和用高溫計(jì)測(cè)得的亮度溫度T1后，就可以用式（3.20）求出實(shí)際物體的真實(shí)溫度 T。物體的光譜發(fā)射入，T 越小，亮度溫度 真實(shí)溫度T之間的差距越大。因?yàn)?入，T 1,則,因此物體的亮度溫度 T1亮度測(cè)溫法，靈敏度較高，它是目前應(yīng)用較廣泛的輻射測(cè)溫方法，但是它要依賴(lài)T來(lái)修正T1，而往往入，T 的大小決定于材料的性質(zhì)、表面形狀、溫度和光的波長(zhǎng)， 很難精確得到。入

26、，T的準(zhǔn)確度將影響系統(tǒng)得測(cè)量精度，所以亮度測(cè)溫法還存在很多不足。3.3比色測(cè)溫（雙色輻射測(cè)溫）比色式輻射溫度計(jì)是根據(jù)物體在兩個(gè)相鄰波長(zhǎng)下的輻射能量密度之比來(lái)確定物體溫度 的。單位面積物體在半球方向、單位時(shí)間的輻射通量由普朗克公式（3.12）給出。在T3000K，并且入較?。ㄈ?卩m ）時(shí)，維恩近似成立：(322)M(扎 T) = El Al C|1 盤(pán)(15) exp(IC|2/XT )取波長(zhǎng)入1和入2處輻射率的比值，可得(3.23)(3.23)考慮兩波長(zhǎng)處的帶寬相等，并將 (入1 )簡(jiǎn)記 1，可得(3.24)F 2 久 I丄77In 72 (7 ) - 5 In 于-In(3.24)雙波長(zhǎng)測(cè)

27、溫方法就是假設(shè) 1等于 2,于是所測(cè)得的溫度 T S (比色溫度)為:(3JS)(3.25)物體真實(shí)溫度與比色溫度的誤差為:(3.26)(3.26)對(duì)一輻射體，測(cè)出在兩波長(zhǎng)處輻射能量的比值R(T)，再利用公式(3.14)確定其溫度的方fl法稱(chēng)為雙波長(zhǎng)測(cè)溫法，所得溫度為T(mén) S。如果從其它途徑獲知f2的值，則可利用公式(3.25)得到物體的真實(shí)溫度。對(duì)于存金屬表面，隨波長(zhǎng)的增加而減小，即對(duì) 入1入2時(shí)，有 1 2，此時(shí)T S T，測(cè)溫偏高。隨波長(zhǎng)的增加而升高，即 入1入2時(shí)，有 1 2,對(duì)于金屬氧化物及非金屬材料，此時(shí)T S T，測(cè)溫偏低。 1 2 ，此時(shí) T5 T。所以比色測(cè)溫是輻射測(cè)溫中提高測(cè)

28、溫精度的有效方法。對(duì)于黑體或灰體，為常數(shù)，即這種測(cè)溫精度高，抗干擾能力強(qiáng)，都稱(chēng)作多波長(zhǎng)測(cè)溫，目前有一些特殊場(chǎng)合已經(jīng)開(kāi)始 取得了一3.4多波長(zhǎng)輻射測(cè)溫當(dāng)采用超過(guò)兩個(gè)波長(zhǎng)來(lái)測(cè)量溫度時(shí)， 嘗試三波長(zhǎng)方法，近年來(lái)也有很多學(xué)校核科研單位開(kāi)始研究多波長(zhǎng)的理論和方法， 定成果，但儀器都處于實(shí)驗(yàn)室階段。由于其實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，目前其實(shí)用化還有一定困難。4. 輻射測(cè)溫方法的比較(1) 全輻射溫度、亮溫度恒小于物體表面的真實(shí)溫度。實(shí)際上，由于紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)，光學(xué)系統(tǒng)透射比，大氣介質(zhì)的吸收等因素的限制，所謂全輻射測(cè)溫是不可能的。在亮溫度測(cè)量中，也同樣存在著光學(xué)系統(tǒng)效率低下的輻射能量損失。色溫度測(cè)量和前兩者不同， 它

29、的測(cè)量取決于輻射功率之比。因此，上述諸因素的影響甚微。(2) 由上述分析還可知，對(duì)于發(fā)射率較小的物體，全輻射測(cè)溫和亮溫度測(cè)溫相對(duì)誤差都較大。對(duì)于發(fā)射率較高的材料，三種測(cè)溫法均適宜。而雙波長(zhǎng)輻射測(cè)溫（3）全輻射測(cè)溫和亮溫度測(cè)溫都必須知道被測(cè)物體發(fā)射率的絕對(duì)值。 則只要知道兩個(gè)波長(zhǎng)處光譜發(fā)射率之比值。（4）為了減少色溫度的相對(duì)誤差，在所選兩個(gè)特征波長(zhǎng)入1和入2處材料之發(fā)射率宜接近。對(duì)于隨入變化緩慢的物體，雙波長(zhǎng)輻射測(cè)溫誤差也較小。特別是對(duì)于灰體，其發(fā)射率阿=0為常數(shù)y, AT當(dāng)然，還存在其它誤差來(lái)源。光譜方法測(cè)溫方法非接觸的光譜測(cè)溫方法主要適用于高溫火焰和氣流溫度的測(cè)量。它主要通過(guò)檢測(cè)被測(cè)介質(zhì)的激

30、發(fā)光譜信號(hào)進(jìn)行溫度測(cè)量。當(dāng)單色光線(xiàn)照射透明物體時(shí)，會(huì)發(fā)生光的散射現(xiàn)象。散射光包括彈性散射和非彈性散射，彈性散射中的瑞利散射和非彈性散射的拉曼散射的光強(qiáng)都與 介質(zhì)的溫度有關(guān)。相比而言，拉曼散射光譜測(cè)溫技術(shù)的實(shí)用性更好，其主要應(yīng)用之一就是測(cè) 量高溫氣體的溫度。由于自發(fā)拉曼散射的信號(hào)微弱和非相干性，對(duì)于許多具有光亮背景和熒光干擾的實(shí)際體系，它的應(yīng)用受到一定的限制。與自發(fā)拉曼光譜相比，受激拉曼散射能大幅度提高測(cè)量的信噪比，常用的方法是相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）。它可使收集到的有效散射光信號(hào)強(qiáng)度比自發(fā)拉曼散射提高好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)還具有方向性強(qiáng)、抗噪聲和熒光性能好、脈沖效率高和所需脈沖輸入能量小等優(yōu)點(diǎn)。適合于含有高濃度顆粒的兩相流場(chǎng)非清潔火焰的溫度診斷。 但是，CARS法的整套測(cè)量裝置價(jià)格十分昂貴，其信號(hào)的處理