第二章第五節(jié) 非接觸式測(cè)溫儀表

1、第四節(jié)第四節(jié) 非接觸測(cè)溫方法和儀表非接觸測(cè)溫方法和儀表感受件不需要與被測(cè)介質(zhì)接觸，稱非接觸測(cè)溫方感受件不需要與被測(cè)介質(zhì)接觸，稱非接觸測(cè)溫方法法基本原理：黑體的輻射出射度與溫度有單值函數(shù)基本原理：黑體的輻射出射度與溫度有單值函數(shù)關(guān)系，通過測(cè)全輻射體的輻射出射度對(duì)應(yīng)出溫度關(guān)系，通過測(cè)全輻射體的輻射出射度對(duì)應(yīng)出溫度（輻射高溫計(jì)）。（輻射高溫計(jì)）。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：v儀表不破壞被測(cè)介質(zhì)的溫度場(chǎng)儀表不破壞被測(cè)介質(zhì)的溫度場(chǎng)v感溫件不必和被測(cè)介質(zhì)達(dá)到平衡，儀表滯后小。感溫件不必和被測(cè)介質(zhì)達(dá)到平衡，儀表滯后小。v理論上儀表測(cè)溫上限不受限制。感受元件不必理論上儀表測(cè)溫上限不受限制。感受元件不必與被測(cè)介質(zhì)達(dá)到同樣溫度值

2、，因此測(cè)溫部件不與被測(cè)介質(zhì)達(dá)到同樣溫度值，因此測(cè)溫部件不被高溫破壞。被高溫破壞。v輸出信號(hào)大，靈敏度高，準(zhǔn)確度高輸出信號(hào)大，靈敏度高，準(zhǔn)確度高第四章第四章 非接觸測(cè)溫方法和儀表非接觸測(cè)溫方法和儀表主要內(nèi)容主要內(nèi)容 v第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫的基本原理輻射測(cè)溫的基本原理v第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)v第三節(jié)第三節(jié) 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)v第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)v第五節(jié)第五節(jié) 紅外溫度計(jì)紅外溫度計(jì)第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理輻射測(cè)溫基本原理一、黑體的光譜輻射出射度一、黑體的光譜輻射出射度M0和輻射出射度和輻射出射度M01 1光譜輻射出射度光譜輻射出射度M01） 全輻射體的輻

3、射出射度全輻射體的輻射出射度M0（單位：（單位：w/m3）與波長）與波長和溫度和溫度T有關(guān)（普朗克定律）有關(guān)（普朗克定律） 為波長；為波長；c c1 1 ，c c2 2為普朗克第一，第二輻射常數(shù)為普朗克第一，第二輻射常數(shù)3.74133.7413* *10-16(w.m10-16(w.m2 2) 1.4388) 1.4388* *10-2(m.K)10-2(m.K)2 2）使用條件：溫度低于使用條件：溫度低于3000K3000K，波長較短的可見光范圍，波長較短的可見光范圍內(nèi)，用維恩公式代替內(nèi)，用維恩公式代替普朗克定律，誤差不超過普朗克定律，誤差不超過1%151012)e(cMTcTcecM251

4、0維恩公式維恩公式第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理輻射測(cè)溫基本原理規(guī)律：規(guī)律：1)T上升，上升， M0增大增大 。2) T高，高， M0的的峰值對(duì)應(yīng)的波峰值對(duì)應(yīng)的波長變短。長變短。M0的峰值處的峰值處的輻射波長的輻射波長m 與與T的關(guān)系遵的關(guān)系遵循維恩偏移定循維恩偏移定律：律： mT=2897 m.k3）光譜輻射出射度）光譜輻射出射度M0圖圖一、黑體的光譜輻射出射度一、黑體的光譜輻射出射度M0和輻射出射度和輻射出射度M01 1光譜輻射出射度光譜輻射出射度M0第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理輻射測(cè)溫基本原理2 2 黑體輻射出射度黑體輻射出射度M M0 01 1） M M0 0與與M M00的關(guān)系的關(guān)

5、系M M0 0是波長是波長 從從0 0 之間全部光譜輻射出射度的之間全部光譜輻射出射度的總和總和2 2 ）M M0 0的公式（斯忒潘的公式（斯忒潘玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律:):) 物體的總的輻射出射度與溫度的四次方成正比物體的總的輻射出射度與溫度的四次方成正比 斯忒藩波爾茲曼常數(shù)斯忒藩波爾茲曼常數(shù),5.67032*10-8 W/(m2.K4) dMM00041051012Td)e(cMTc一、黑體的光譜輻射出射度一、黑體的光譜輻射出射度M0和輻射出射度和輻射出射度M0第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理輻射測(cè)溫基本原理二、灰體的光譜輻射出射度二、灰體的光譜輻射出射度M和輻射出射度和輻射出射度M1 ）

6、灰體的定義：如果物體的輻射光譜是連續(xù)的，）灰體的定義：如果物體的輻射光譜是連續(xù)的，且在所有波長下且在所有波長下 常數(shù)，則該物體稱為灰體。常數(shù)，則該物體稱為灰體。2）灰體的發(fā)射率）灰體的發(fā)射率 ： 灰體的輻射出射度和同一溫度下全輻射體的輻射灰體的輻射出射度和同一溫度下全輻射體的輻射出射度之比，出射度之比，3）灰體的）灰體的M（普朗克定律）（普朗克定律） M（斯忒潘斯忒潘玻耳茲曼定律）玻耳茲曼定律）0MM151) 1(2TcecM4TM 是小于是小于1的常數(shù)。的常數(shù)。第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理輻射測(cè)溫基本原理由于實(shí)際存在的物體，其特性并不完全像灰體，由于實(shí)際存在的物體，其特性并不完全像灰體，所

7、以需修正：所以需修正：1）光譜輻射出射光譜輻射出射度度M（普朗克定律）：（普朗克定律）： 2 2）輻射出射度輻射出射度M（斯忒潘斯忒潘玻耳茲曼定律）玻耳茲曼定律）注意：注意：光譜發(fā)射光譜發(fā)射率率和發(fā)射和發(fā)射率率，其值在，其值在0-1之之間間,都都不是常數(shù)不是常數(shù), 用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。 與溫度、與溫度、該物體的特性和表面情況有關(guān)，該物體的特性和表面情況有關(guān)， 則按基爾則按基爾霍夫定律還與霍夫定律還與 有關(guān)有關(guān)。15112)e(cMTc4TM三、實(shí)際物體的光譜輻射出射度三、實(shí)際物體的光譜輻射出射度M和輻和輻射出射度射出射度M第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫基本原理輻射測(cè)溫基本原理四、四、單色

8、輻射高溫計(jì)和輻射溫度計(jì)單色輻射高溫計(jì)和輻射溫度計(jì)v1）應(yīng)用普朗克定律制作的單色輻射高）應(yīng)用普朗克定律制作的單色輻射高溫計(jì)溫計(jì)v2）應(yīng)用輻射定律制作的輻射高溫計(jì)）應(yīng)用輻射定律制作的輻射高溫計(jì)v3）當(dāng)溫度變化時(shí)，光譜輻射出射度的當(dāng)溫度變化時(shí)，光譜輻射出射度的增長要比輻射出射度的增長要快得多。增長要比輻射出射度的增長要快得多。單色輻射高溫計(jì)的靈敏度高單色輻射高溫計(jì)的靈敏度高第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)光學(xué)高溫光學(xué)高溫計(jì)計(jì)光電高溫計(jì)光電高溫計(jì) 一、光學(xué)高溫計(jì)一、光學(xué)高溫計(jì) 由普朗克定律知道，物體的光譜輻射出射率由普朗克定律知道，物體的光譜輻射出射率M 與溫與溫度有關(guān)，而度有關(guān)，而物體在高

9、溫下會(huì)發(fā)光，稱亮度，因亮度物體在高溫下會(huì)發(fā)光，稱亮度，因亮度L 與光譜輻射出射與光譜輻射出射率率M 成正比，成正比，故通過測(cè)物體亮度故通過測(cè)物體亮度L 可求物體的溫度可求物體的溫度。 L =cM=cM =c=c M0 c-c-比例常數(shù)。比例常數(shù)。2 2 由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需解決的問題：亮度溫度由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需解決的問題：亮度溫度1）問題提出：）問題提出：同樣亮度同樣亮度L ，由于物體由于物體不同，所以物不同，所以物體對(duì)應(yīng)的溫度是不同。因此某一亮度下儀表應(yīng)對(duì)應(yīng)體對(duì)應(yīng)的溫度是不同。因此某一亮度下儀表應(yīng)對(duì)應(yīng)標(biāo)注何種溫度？標(biāo)注何種溫度？2）解決辦法：）解決辦法：儀表標(biāo)注的是黑體對(duì)應(yīng)的溫度儀表標(biāo)注的是黑

10、體對(duì)應(yīng)的溫度Ts ，即，即亮度溫度，實(shí)際物體的真實(shí)溫度要進(jìn)行修正。亮度溫度，實(shí)際物體的真實(shí)溫度要進(jìn)行修正。第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)1 1 基本工作原理：基本工作原理：3)亮度溫度亮度溫度Ts ：當(dāng)物體在輻射波長為當(dāng)物體在輻射波長為 ，溫度，溫度為為T時(shí)，其光譜輻射亮度時(shí)，其光譜輻射亮度L 和黑體在輻射波長為和黑體在輻射波長為 ，溫度，溫度為為Ts時(shí)的光譜輻射亮度時(shí)的光譜輻射亮度L0 相等，則相等，則把把Ts稱為這個(gè)物體在波長稱為這個(gè)物體在波長 下的亮度溫度。下的亮度溫度。4)由亮度溫度由亮度溫度Ts如何求物體的真實(shí)溫度如何求物體的真實(shí)溫度T 已知物體的輻射發(fā)射已知物體的輻射發(fā)

11、射率率，將維恩公式代入：將維恩公式代入：一、光學(xué)高溫計(jì)一、光學(xué)高溫計(jì)第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)2 2 由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需解決的問題：亮度溫度由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需解決的問題：亮度溫度TceccL251sTceccL2510兩者的亮度相等，兩者的亮度相等，故：故：1112lncTTs注：注：0 10，在充分受熱后，在充分受熱后，從管口看進(jìn)去管子的底部就可近似認(rèn)為從管口看進(jìn)去管子的底部就可近似認(rèn)為是全輻射體。是全輻射體。三三、使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)（2）由于中間介質(zhì)的影響：光學(xué)高溫計(jì)不）由于中間介質(zhì)的影響：光學(xué)高溫

12、計(jì)不要距離被測(cè)物體太遠(yuǎn)，一般應(yīng)在要距離被測(cè)物體太遠(yuǎn)，一般應(yīng)在12m之之內(nèi)比較合適。內(nèi)比較合適。 光學(xué)高溫計(jì)和被測(cè)物體之間的灰塵、光學(xué)高溫計(jì)和被測(cè)物體之間的灰塵、煙霧、二氧化碳等對(duì)輻射都有吸收作用，煙霧、二氧化碳等對(duì)輻射都有吸收作用，造成誤差。造成誤差。（3）光學(xué)高溫計(jì)不宜測(cè)反射光很強(qiáng)的物體，）光學(xué)高溫計(jì)不宜測(cè)反射光很強(qiáng)的物體，容易造成大容易造成大 誤差誤差（4） 光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度比熱電偶、光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度比熱電偶、熱電阻低，并不能測(cè)物體內(nèi)部溫度。熱電阻低，并不能測(cè)物體內(nèi)部溫度。三三、使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)使用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)四、光

13、電高溫四、光電高溫計(jì)計(jì)1 光學(xué)高溫計(jì)的問題：測(cè)量時(shí)要手動(dòng)平衡亮光學(xué)高溫計(jì)的問題：測(cè)量時(shí)要手動(dòng)平衡亮度；人判定平衡點(diǎn)，平衡點(diǎn)還可能因人而度；人判定平衡點(diǎn)，平衡點(diǎn)還可能因人而易；故它不是連續(xù)性測(cè)量儀表，應(yīng)用受限易；故它不是連續(xù)性測(cè)量儀表，應(yīng)用受限制。制。2 其工作原理：其工作原理：光電器件代替人眼，光電器件代替人眼，作為儀作為儀表的感受件感受輻射源的亮度變化，并轉(zhuǎn)表的感受件感受輻射源的亮度變化，并轉(zhuǎn)換成與亮度成比例的電信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)電換成與亮度成比例的電信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)電子放大器放大后被測(cè)量，其大小對(duì)應(yīng)被測(cè)子放大器放大后被測(cè)量，其大小對(duì)應(yīng)被測(cè)物體的溫度。光電高溫計(jì)是自動(dòng)連續(xù)測(cè)溫物體的溫度。光電高溫計(jì)

14、是自動(dòng)連續(xù)測(cè)溫儀表。儀表。第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)四、光電高溫四、光電高溫計(jì)計(jì)WDH-II光電高溫計(jì)的調(diào)制原理光電高溫計(jì)的調(diào)制原理第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)3 缺點(diǎn)：光學(xué)元件互換性很差，更換元件時(shí)，缺點(diǎn)：光學(xué)元件互換性很差，更換元件時(shí)，整個(gè)儀表要進(jìn)行重新調(diào)整和分度。整個(gè)儀表要進(jìn)行重新調(diào)整和分度。4 4 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) （l l）無）無 700700的下限。因光電器件可感的下限。因光電器件可感受可見光，紅外光波長受可見光，紅外光波長 （2 2）分辨率高，光學(xué)高溫計(jì)最高為）分辨率高，光學(xué)高溫計(jì)最高為0.50.5，而光電高溫計(jì)可達(dá)，而光電高溫計(jì)可達(dá)0.010.010.05

15、0.05； （3 3）精確度高，由于采用性能良好的單）精確度高，由于采用性能良好的單色器色器 （4 4）可連續(xù)自動(dòng)測(cè)量，響應(yīng)快。）可連續(xù)自動(dòng)測(cè)量，響應(yīng)快。第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)四、光電高溫四、光電高溫計(jì)計(jì)第三節(jié)第三節(jié) 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì) 根據(jù)全輻射定律制成的溫度計(jì)，即全部波根據(jù)全輻射定律制成的溫度計(jì)，即全部波長的輻射能長的輻射能M0 溫度溫度T 。被測(cè)物體的輻射被測(cè)物體的輻射能經(jīng)物鏡聚焦在能經(jīng)物鏡聚焦在鉑箔上，使鉑箔鉑箔上，使鉑箔溫度升高，由熱溫度升高，由熱電堆測(cè)其溫度輸電堆測(cè)其溫度輸出熱電勢(shì)信號(hào)。出熱電勢(shì)信號(hào)。熱電堆由幾支同熱電堆由幾支同樣的熱電偶同向樣的熱電偶同向串聯(lián)

16、，其目的是串聯(lián)，其目的是增加輸出的熱電增加輸出的熱電勢(shì)，提高靈敏度勢(shì)，提高靈敏度。一、基本工作原理一、基本工作原理二、輻射溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理二、輻射溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理熱熱電電堆堆的的作作用用？第三節(jié)第三節(jié) 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)1）問題：?jiǎn)栴}：由于物體的由于物體的 的不同，的不同，同一輻射出射度同一輻射出射度M，在不同物體對(duì)應(yīng)不同溫度，所以，在不同物體對(duì)應(yīng)不同溫度，所以顯示儀表顯示儀表上標(biāo)注的是輻射溫度上標(biāo)注的是輻射溫度（絕對(duì)黑體對(duì)應(yīng)的溫度）（絕對(duì)黑體對(duì)應(yīng)的溫度）2）輻射溫度：被測(cè)物體真實(shí)溫度為）輻射溫度：被測(cè)物體真實(shí)溫度為T T，其對(duì)應(yīng)的，其對(duì)應(yīng)的輻射出射度輻射出射度M，絕對(duì)黑體在溫度，絕對(duì)黑

17、體在溫度T Tp p 時(shí)的輻射出時(shí)的輻射出射度射度M 0，M=M0, 溫度溫度T Tp p稱為稱為“輻射溫度輻射溫度” 3)輻射溫度低于被測(cè)物體的實(shí)際溫度輻射溫度低于被測(cè)物體的實(shí)際溫度。 為被測(cè)物體發(fā)射率為被測(cè)物體發(fā)射率44pTT14pTT 三三 輻射溫度輻射溫度輻射溫度的定義是：若溫度為T的被測(cè)物體的輻射出射度M等于溫度為Tp的全輻射體的輻射出射度Mo時(shí)，則溫度Tp稱為被測(cè)物體的輻射溫度。第三節(jié)第三節(jié) 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)四四 輻射溫度計(jì)使用時(shí)的注意事項(xiàng)：輻射溫度計(jì)使用時(shí)的注意事項(xiàng)： （1） 影響。盡量創(chuàng)造全輻射體的輻射條件影響。盡量創(chuàng)造全輻射體的輻射條件（2）中間介質(zhì)的影響，測(cè)量距離不可太

18、遠(yuǎn)）中間介質(zhì)的影響，測(cè)量距離不可太遠(yuǎn)（3）熱電偶冷端溫度影響。）熱電偶冷端溫度影響。（4）按規(guī)定）按規(guī)定D/L（被測(cè)物體的直徑，被測(cè)物體與溫（被測(cè)物體的直徑，被測(cè)物體與溫度計(jì)之間的距離）的范圍，否則會(huì)引起較大的誤度計(jì)之間的距離）的范圍，否則會(huì)引起較大的誤差。差。vL太大，被測(cè)物體在熱電堆上成像太小，不能太大，被測(cè)物體在熱電堆上成像太小，不能全部覆蓋住熱電堆十字平面，使熱電堆接受的全部覆蓋住熱電堆十字平面，使熱電堆接受的輻射能減小，指示偏低。輻射能減小，指示偏低。vL太小，物像照到光闌邊緣和接近熱電堆的其太小，物像照到光闌邊緣和接近熱電堆的其它零件上，使冷端溫度升高，造成熱電勢(shì)下降，它零件上，使

19、冷端溫度升高，造成熱電勢(shì)下降，指示偏低，且中間介質(zhì)影響大，也造成指示偏指示偏低，且中間介質(zhì)影響大，也造成指示偏低。低。第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì) 根據(jù)維恩定律，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，被測(cè)物體根據(jù)維恩定律，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，被測(cè)物體的最大輻射出射度將向波長增大或波長減小的方向移的最大輻射出射度將向波長增大或波長減小的方向移動(dòng)，使在波長動(dòng)，使在波長l l和和2 2下的光譜輻射出射度比值發(fā)生下的光譜輻射出射度比值發(fā)生變化。比色高溫計(jì)就是根據(jù)被測(cè)物體在兩個(gè)不同波長變化。比色高溫計(jì)就是根據(jù)被測(cè)物體在兩個(gè)不同波長下的光譜輻射出射度的比值與被測(cè)物體溫度的關(guān)系，下的光譜輻射出射度的比值與被測(cè)物體溫度的關(guān)系

20、，通過測(cè)出兩者的比值從而測(cè)量到被測(cè)溫度的。通過測(cè)出兩者的比值從而測(cè)量到被測(cè)溫度的。 第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫比色高溫計(jì)計(jì)一一 原理：原理：根據(jù)維恩偏移定律工作的溫度計(jì)。根據(jù)維恩偏移定律工作的溫度計(jì)。通過測(cè)物體兩個(gè)不同波長下的光譜輻射出射通過測(cè)物體兩個(gè)不同波長下的光譜輻射出射度的比值推得溫度度的比值推得溫度。1 推導(dǎo)過程（黑體）推導(dǎo)過程（黑體）通過測(cè)波長通過測(cè)波長1，2下的光譜輻射亮度下的光譜輻射亮度兩式相除后取對(duì)數(shù)，整理后：兩式相除后取對(duì)數(shù)，整理后：sSTcTeccL1215110sSTcTeccL2225210120012251121lnLLln)(cTSSTTS比色比色溫度溫度2 實(shí)際物體的

21、溫度實(shí)際物體的溫度第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)2 實(shí)際物體的溫度實(shí)際物體的溫度（1）比色溫度：）比色溫度：v實(shí)際物體（溫度實(shí)際物體（溫度T）在兩個(gè)波長）在兩個(gè)波長 1，和和2的相的相應(yīng)亮度比值等于絕對(duì)黑體（應(yīng)亮度比值等于絕對(duì)黑體（Ts）在兩個(gè)波長）在兩個(gè)波長 1，和和2的亮度比，絕對(duì)黑體的溫度的亮度比，絕對(duì)黑體的溫度Ts就稱為就稱為實(shí)際物體的比色溫度。實(shí)際物體的比色溫度。（2）實(shí)際物體的溫度公式：）實(shí)際物體的溫度公式： 根據(jù)定義，用維恩公式，可導(dǎo)出：根據(jù)定義，用維恩公式，可導(dǎo)出： 1 2為實(shí)際物體的在波長為實(shí)際物體的在波長 1，和和2時(shí)的光譜時(shí)的光譜發(fā)射率發(fā)射率)(clnTTs21221

22、1111第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫比色高溫計(jì)計(jì)二二 比色高溫計(jì)的特點(diǎn)：比色高溫計(jì)的特點(diǎn)：1）對(duì)于絕對(duì)）對(duì)于絕對(duì)黑體黑體T=Ts，因?yàn)橐驗(yàn)?1= 2=1 ；灰體同樣灰體同樣T=Ts，由于由于 1= 2 1 ； 一般物體一般物體T Ts由于由于 1 2 v 對(duì)于對(duì)于金屬物體金屬物體，一般是短波，一般是短波1的的 1，大于長，大于長波波2的的 2 ， 1 2則則 0， TTs比比色溫度高于物體實(shí)際溫度色溫度高于物體實(shí)際溫度。v 對(duì)于其它物體，視對(duì)于其它物體，視 1 和和 2 的大小而定。的大小而定。21ln2 ）比色高溫計(jì)和單色輻射高溫計(jì)、輻射溫度）比色高溫計(jì)和單色輻射高溫計(jì)、輻射溫度計(jì)相比較，計(jì)相比較

23、，測(cè)量準(zhǔn)確度更高。測(cè)量準(zhǔn)確度更高。因?yàn)閷?shí)際物體一般因?yàn)閷?shí)際物體一般 1和和 2的比值變化相對(duì)的比值變化相對(duì)要比要比 和和 的單位變化小得多，的單位變化小得多，3）比色高溫計(jì)可在周圍環(huán)境較惡劣下測(cè)溫比色高溫計(jì)可在周圍環(huán)境較惡劣下測(cè)溫 中間介質(zhì)加水蒸汽，二氧化碳、灰塵等對(duì)波中間介質(zhì)加水蒸汽，二氧化碳、灰塵等對(duì)波長長1 和和2 的單色輻射強(qiáng)度均有吸收，盡管的單色輻射強(qiáng)度均有吸收，盡管吸收律不一定相同，但對(duì)單色輻射強(qiáng)度比值吸收律不一定相同，但對(duì)單色輻射強(qiáng)度比值的影響比較小的影響比較小第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)二二 比色高溫計(jì)的特點(diǎn)：比色高溫計(jì)的特點(diǎn)：第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫比色高溫計(jì)計(jì)國產(chǎn)國產(chǎn)W

24、DS-II雙通道光電比色高溫計(jì)雙通道光電比色高溫計(jì)1 1一物鏡一物鏡 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電池硅光電池 4 4一透鏡一透鏡 5 5一分光鏡一分光鏡 6 6一紅一紅外濾光片外濾光片7 7一硅光電池一硅光電池E E2 2 8 8一硅光電池一硅光電池E El l 9 9一可見光濾光片一可見光濾光片 1010一反射鏡一反射鏡 1111一倒一倒像鏡像鏡 1212一目鏡一目鏡三、光電比色高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)三、光電比色高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)光路系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)光電檢測(cè)元件光路系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)光電檢測(cè)元件( (硅光電池硅光電池) )分別接分別接受并檢測(cè)兩種不同波長的光譜輻射能。被測(cè)物

25、體的輻受并檢測(cè)兩種不同波長的光譜輻射能。被測(cè)物體的輻射線經(jīng)物鏡射線經(jīng)物鏡1 1聚焦聚焦后，經(jīng)平行平面玻璃后，經(jīng)平行平面玻璃2 2、中間有通孔的回零硅光電池、中間有通孔的回零硅光電池3 3，再經(jīng)透鏡，再經(jīng)透鏡4 4到達(dá)分光鏡到達(dá)分光鏡5 5。分光鏡能反射可見光。分光鏡能反射可見光( (1 1008 8m)m)，而讓，而讓2 21.01.0m m的紅外線通過。波的紅外線通過。波長為長為1 1的可見光部分的能量經(jīng)可見光濾光片的可見光部分的能量經(jīng)可見光濾光片9 9，濾去，濾去其中長波的輻射能，其余部分能量被硅光電池其中長波的輻射能，其余部分能量被硅光電池8(8(即即E E1 1) )接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)

26、。波長為接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。波長為2 2的紅外線部的紅外線部分的能量則通過分光鏡分的能量則通過分光鏡5 5，經(jīng)紅外濾光片濾去其中的，經(jīng)紅外濾光片濾去其中的可見光，其余被硅光電池可見光，其余被硅光電池7 7（即（即E E2 2）接收并轉(zhuǎn)換成電）接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。兩個(gè)硅光電池信號(hào)。兩個(gè)硅光電池E1E1和和E2E2的輸出電信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算，的輸出電信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算，求取比值，最終由顯示部分指示出溫度值。求取比值，最終由顯示部分指示出溫度值。 第五節(jié)第五節(jié) 紅外探測(cè)器紅外探測(cè)器2000K以下的曲線最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長已不是可見以下的曲線最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長已不是可見光，而是紅外線，而人眼是看不到這種射線的，光，

27、而是紅外線，而人眼是看不到這種射線的，所以較低溫度的測(cè)量要采用紅外測(cè)溫儀表。紅外所以較低溫度的測(cè)量要采用紅外測(cè)溫儀表。紅外測(cè)溫儀表就工作在這個(gè)紅外線波長區(qū)，因此可測(cè)測(cè)溫儀表就工作在這個(gè)紅外線波長區(qū)，因此可測(cè)較低的溫度。它的原理和結(jié)構(gòu)與輻射高溫計(jì)、光較低的溫度。它的原理和結(jié)構(gòu)與輻射高溫計(jì)、光電高溫計(jì)相似。紅外測(cè)溫儀表是一種測(cè)溫上限較電高溫計(jì)相似。紅外測(cè)溫儀表是一種測(cè)溫上限較低的儀表，可測(cè)量低的儀表，可測(cè)量O一一400范圍的溫度。范圍的溫度。 紅外測(cè)紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測(cè)器、信號(hào)處理放大部溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測(cè)器、信號(hào)處理放大部分及顯示儀表等部分組成。其中光學(xué)系統(tǒng)與紅外分及顯示儀表等部分

28、組成。其中光學(xué)系統(tǒng)與紅外探測(cè)器是整個(gè)儀表的關(guān)鍵，而且它們具有特殊的探測(cè)器是整個(gè)儀表的關(guān)鍵，而且它們具有特殊的性質(zhì)。紅外光學(xué)材料又是光學(xué)系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，性質(zhì)。紅外光學(xué)材料又是光學(xué)系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，它是對(duì)紅外輻射透過率很高，而對(duì)其他波長輻射它是對(duì)紅外輻射透過率很高，而對(duì)其他波長輻射不易透過的材料。不易透過的材料。 。紅外探測(cè)器的作用是把接收到的紅外輻射紅外探測(cè)器的作用是把接收到的紅外輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它有光電型和熱敏型強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它有光電型和熱敏型兩種類型。光電型探測(cè)器是利用光敏元件兩種類型。光電型探測(cè)器是利用光敏元件吸收紅外輻射后其電子改變運(yùn)動(dòng)狀況而使吸收紅外輻射后其電子改變運(yùn)動(dòng)狀況

29、而使電氣性質(zhì)改變的原理作的，常用的光電探電氣性質(zhì)改變的原理作的，常用的光電探測(cè)器有光電導(dǎo)型和光生伏特型兩種。熱敏測(cè)器有光電導(dǎo)型和光生伏特型兩種。熱敏型探測(cè)器是利用了物體接收紅外輻射后溫型探測(cè)器是利用了物體接收紅外輻射后溫度升高的性質(zhì)，然后測(cè)其溫度工作的。根度升高的性質(zhì)，然后測(cè)其溫度工作的。根據(jù)測(cè)溫元件的不同，又有熱敏電阻型、熱據(jù)測(cè)溫元件的不同，又有熱敏電阻型、熱電偶型及熱釋電型等幾種。在光電型和熱電偶型及熱釋電型等幾種。在光電型和熱敏型探測(cè)器中，前者用得較多敏型探測(cè)器中，前者用得較多 紅外測(cè)溫儀是根據(jù)被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量與溫度成紅外測(cè)溫儀是根據(jù)被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量與溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成

30、的儀器。工作時(shí)，首先把物體發(fā)一定函數(shù)關(guān)系而制成的儀器。工作時(shí)，首先把物體發(fā)射的紅外輻射能量搜集起來轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。然后，對(duì)射的紅外輻射能量搜集起來轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。然后，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、處理，并利用物體溫度與其輻射功電信號(hào)進(jìn)行放大、處理，并利用物體溫度與其輻射功率大小率大小( (目前都表現(xiàn)為信號(hào)電壓高低目前都表現(xiàn)為信號(hào)電壓高低) )的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，顯示出物體溫度的測(cè)量結(jié)果。，顯示出物體溫度的測(cè)量結(jié)果。此處以圖此處以圖224242所示的紅外輻射溫度計(jì)為例介紹其原理及所示的紅外輻射溫度計(jì)為例介紹其原理及結(jié)構(gòu)，被測(cè)物體結(jié)構(gòu)，被測(cè)物體1 1的輻射線由窗的輻射線由窗2 2進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，首先到達(dá)

31、進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，首先到達(dá)分光片分光片3 3。分光片是由能透過紅外線的專門光學(xué)材料制成，。分光片是由能透過紅外線的專門光學(xué)材料制成，中間沉積了某種反射材料。紅外線能透過分光片，而其他中間沉積了某種反射材料。紅外線能透過分光片，而其他波長的輻射能被反射出去，不能透過。透過分光片的紅外波長的輻射能被反射出去，不能透過。透過分光片的紅外線經(jīng)過聚光鏡線經(jīng)過聚光鏡4 4、調(diào)制盤、調(diào)制盤5 5被調(diào)制成脈沖紅外光波，它投射被調(diào)制成脈沖紅外光波，它投射到置于黑體腔中的紅外光敏探測(cè)器到置于黑體腔中的紅外光敏探測(cè)器6 6上，最終轉(zhuǎn)換成交變上，最終轉(zhuǎn)換成交變的電信號(hào)輸出。使用黑體腔是為了提高光敏探測(cè)器的吸收的電信號(hào)輸出

32、。使用黑體腔是為了提高光敏探測(cè)器的吸收能力，提高靈敏度。由于探測(cè)器輸出的交變電信號(hào)與被測(cè)能力，提高靈敏度。由于探測(cè)器輸出的交變電信號(hào)與被測(cè)溫度及黑體腔溫度均有關(guān)，所以必須恒定黑體腔的溫度，溫度及黑體腔溫度均有關(guān)，所以必須恒定黑體腔的溫度，以消除背景溫度的影響。黑體腔的溫度由溫度控制器控制以消除背景溫度的影響。黑體腔的溫度由溫度控制器控制在在4040。輸出的電信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器。輸出的電信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器AlAl和和A2A2整形、放大后，整形、放大后，送入相敏功率放大器送入相敏功率放大器7 7，經(jīng)解調(diào)器，經(jīng)解調(diào)器8 8整形后的直流電流由顯整形后的直流電流由顯示器指示被測(cè)溫度。由分光片反射出來的其他波

33、長下的光示器指示被測(cè)溫度。由分光片反射出來的其他波長下的光波反射到反光片波反射到反光片1111，經(jīng)，經(jīng)1212、1313透鏡，透鏡，1414目鏡組成的目鏡系目鏡組成的目鏡系統(tǒng)，可以觀察到被測(cè)目標(biāo)及透鏡統(tǒng)，可以觀察到被測(cè)目標(biāo)及透鏡1212上的十字交叉線，以瞄上的十字交叉線，以瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)。準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)。紅外探測(cè)器：能將紅外輻射量轉(zhuǎn)化為電量的紅外探測(cè)器：能將紅外輻射量轉(zhuǎn)化為電量的裝置。裝置。 分類：分類：v熱敏探測(cè)器；熱敏探測(cè)器；v光敏探測(cè)器。光敏探測(cè)器。 熱敏探測(cè)器熱敏探測(cè)器v利用半導(dǎo)體薄膜材料在受到紅外輻射時(shí)產(chǎn)生的利用半導(dǎo)體薄膜材料在受到紅外輻射時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)。熱效應(yīng)。 v響應(yīng)時(shí)間較長，約在響應(yīng)

34、時(shí)間較長，約在10-3s的量級(jí)。的量級(jí)。 v對(duì)輻射的各種波長基本上有相同的響應(yīng)，其光對(duì)輻射的各種波長基本上有相同的響應(yīng)，其光譜響應(yīng)曲線平坦，在整個(gè)測(cè)量波長范圍內(nèi)靈敏譜響應(yīng)曲線平坦，在整個(gè)測(cè)量波長范圍內(nèi)靈敏度基本不變，且能在常溫下工作。度基本不變，且能在常溫下工作。 光電探測(cè)器光電探測(cè)器 v是一種半導(dǎo)體器件，它的核心是光是一種半導(dǎo)體器件，它的核心是光敏元件。敏元件。 v當(dāng)光子投射到光敏元件上時(shí)，促使當(dāng)光子投射到光敏元件上時(shí)，促使電子電子空穴對(duì)分離，產(chǎn)生電信號(hào)。空穴對(duì)分離，產(chǎn)生電信號(hào)。 v光電效應(yīng)產(chǎn)生很快，光電探測(cè)器對(duì)光電效應(yīng)產(chǎn)生很快，光電探測(cè)器對(duì)紅外輻射的響應(yīng)時(shí)間要比熱敏探測(cè)紅外輻射的響應(yīng)時(shí)間要

35、比熱敏探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間快得多，可達(dá)毫微秒。器的響應(yīng)時(shí)間快得多，可達(dá)毫微秒。v其對(duì)波長的響應(yīng)率有個(gè)峰值其對(duì)波長的響應(yīng)率有個(gè)峰值p，超，超過過p時(shí)響應(yīng)曲線迅速截止時(shí)響應(yīng)曲線迅速截止(圖圖3.108)。其原因是，在大于一定波長的范圍其原因是，在大于一定波長的范圍內(nèi)，光子儲(chǔ)量不足于激發(fā)電子的釋內(nèi)，光子儲(chǔ)量不足于激發(fā)電子的釋出，電活性消失。出，電活性消失。 v光電探測(cè)器必須在低溫下才能工作。光電探測(cè)器必須在低溫下才能工作。 圖3.108 紅外探測(cè)器光譜響應(yīng)曲線 對(duì)紅外探測(cè)器性能的要求：對(duì)紅外探測(cè)器性能的要求：v靈敏度高；靈敏度高；v在工作波長范圍內(nèi)有較高的探測(cè)率；在工作波長范圍內(nèi)有較高的探測(cè)率；v時(shí)間常

36、數(shù)小。時(shí)間常數(shù)小。 紅外熱成像紅外熱成像 紅外光是人的肉眼所不能看到的，因此不能紅外光是人的肉眼所不能看到的，因此不能采用普通照相機(jī)原理來攝取紅外圖象。采用普通照相機(jī)原理來攝取紅外圖象。 紅外熱成像（紅外熱成像（Infrared thermal imaging）技）技術(shù)：將紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見光進(jìn)行顯示的技術(shù)：將紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見光進(jìn)行顯示的技術(shù)。術(shù)。 分類：分類：q 主動(dòng)式；主動(dòng)式；q 被動(dòng)式。被動(dòng)式。主動(dòng)式紅外熱成像：采用一紅外輻射源照射被主動(dòng)式紅外熱成像：采用一紅外輻射源照射被測(cè)物，然后接收被物體反射的紅外輻射圖象。測(cè)物，然后接收被物體反射的紅外輻射圖象。 圖3.111 主動(dòng)式紅外成像原理

37、1紅外光源；2攝象機(jī)；3監(jiān)視器 被動(dòng)式紅外熱成像：利用物體自身的紅外輻射來被動(dòng)式紅外熱成像：利用物體自身的紅外輻射來攝取物體的熱輻射圖像，這種成像我們一般稱為攝取物體的熱輻射圖像，這種成像我們一般稱為熱像（熱像（thermal image），獲取熱像的裝置稱熱像），獲取熱像的裝置稱熱像儀。儀。 圖3.112 紅外熱像儀光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1. 被測(cè)對(duì)象 2.掃描鏡 3.透鏡 4.反射鏡 5.紅外探測(cè)器 6.杜瓦瓶7.測(cè)溫元件 8.參考黑體 9.調(diào)制器 10.凹面反射鏡 紅外熱像儀的應(yīng)用：紅外熱像儀的應(yīng)用：不同環(huán)境條件下的溫度檢測(cè)。不同環(huán)境條件下的溫度檢測(cè)。 圖3.113 車床軸承面的等溫度場(chǎng)分布圖 熱

38、像技術(shù)廣泛用于無損缺陷的探查。熱像技術(shù)廣泛用于無損缺陷的探查。在電力工業(yè)中，熱像儀被用來檢查電力設(shè)備在電力工業(yè)中，熱像儀被用來檢查電力設(shè)備尤其是開關(guān)、電纜線等的溫升現(xiàn)象，從而可尤其是開關(guān)、電纜線等的溫升現(xiàn)象，從而可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障進(jìn)行報(bào)警。及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障進(jìn)行報(bào)警。在石油、化工、冶金工業(yè)生產(chǎn)中，熱像儀也在石油、化工、冶金工業(yè)生產(chǎn)中，熱像儀也被用來進(jìn)行安全監(jiān)控。被用來進(jìn)行安全監(jiān)控。 用于公安和消防，對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的建筑物，采用于公安和消防，對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的建筑物，采用熱象儀可以探知建筑物中被燒毀的情況以用熱象儀可以探知建筑物中被燒毀的情況以及人員的情況。及人員的情況。 用作海岸線監(jiān)視，以監(jiān)視各類過往船只，尤用作海岸線監(jiān)視，以監(jiān)視各類過往船只，尤其是用作夜間監(jiān)視，確保海岸線的安全。其是用作夜間監(jiān)視，確保海岸線的安全。 熱像儀用于臨床醫(yī)學(xué)診斷。熱像儀用于臨床醫(yī)學(xué)診斷。 圖3.115 醫(yī)用紅外熱象儀獲取的病例（脂肪瘤）熱圖小結(jié)小結(jié)一、熱輻射測(cè)溫的理論基礎(chǔ)一、熱輻射測(cè)溫的理論基礎(chǔ) 它是利用物體的輻射能隨其溫度而變化的原它是利用物體的輻射能隨其溫度而變化的原理制成的?；诘幕径捎衅绽士硕伞⑺估碇瞥傻??；诘幕径捎衅绽士硕?、斯成藩一玻爾茲曼定律。成藩一玻爾茲曼定律。 二、分類二、分類 這類溫度計(jì)大致分成兩類，一類是通常所說這類溫度計(jì)