热工测量仪表非接触测温课件

热工测量仪表非接触测温优选热工测量仪表非接触测温优选热工测量仪表非接触测温第一节第一节 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*10-16(w.m10-16(w.m2 2)1.4388)1.4388*10-2(m.K)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，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的，）灰体的定义：如果物体的辐射光谱是连续的，且在所以波长下且在所以波长下 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）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：光谱发射率注意：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,都不是常数都不是常数,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造成窄的光谱段，使其在波长范围0.人判定平衡点，平衡点还可能因人而易；c1，c2为普朗克第一，第二辐射常数3.由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率M与温度有关，而物体在高温下会发光，称亮度，因亮度L与光谱辐射出射率M成正比，故通过测物体亮度L可求物体的温度。2）辐射温度：被测物体真实温度为T，其对应的辐射出射度M，绝对黑体在温度Tp 时的辐射出射度M 0，M=M0,温度Tp称为“辐射温度”2）应用辐射定律制作的辐射高温计L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，指示偏低，且中间介质影响大，也造成指示偏低。2）辐射温度：被测物体真实温度为T，其对应的辐射出射度M，绝对黑体在温度Tp 时的辐射出射度M 0，M=M0,温度Tp称为“辐射温度”一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度M0造成窄的光谱段，使其在波长范围0.（l）无 700的下限。7413*10-16(w.1光谱辐射出射度M0单色辐射高温计的灵敏度高二、辐射温度计的结构和原理通过吸收玻璃后的光谱辐射亮度四、单色辐射高温计和辐射温度计第二节 单色辐射高温计2）解决办法：仪表标注的是黑体对应的温度Ts，即亮度温度，实际物体的真实温度要进行修正。3)辐射温度低于被测物体的实际温度。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）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，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：同样亮度）问题提出：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：仪表标注的是黑体对应的温度）解决办法：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、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，故：两者的亮度相等，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4388*10-2(m.2 由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度二、辐射温度计的结构和原理67032*10-8 W/(m2.1）应用普朗克定律制作的单色辐射高温计此信号经电子放大器放大后被测量，其大小对应被测物体的温度。三、使用光学高温计时的注意事项2 由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度第一节 辐射测温基本原理2 其工作原理：光电器件代替人眼，作为仪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。因光电器件可感受可见光，红外光波长注：0 1,测得的亮度温度总是低于真实温度，越小，亮度温度与真实温度的差别越大。（4）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。WDH-II光电高温计的调制原理(1)问题：由于亮度超过14000C时，钨丝易发生升华，（电阻值改变，且在灯泡玻璃上形成薄膜，改变了灯丝的温度亮度特性），造成测量误差。由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率M与温度有关，而物体在高温下会发光，称亮度，因亮度L与光谱辐射出射率M成正比，故通过测物体亮度L可求物体的温度。（2）分辨率高，光学高温计最高为0.2）解决办法：仪表标注的是黑体对应的温度Ts，即亮度温度，实际物体的真实温度要进行修正。第一节 辐射测温基本原理一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度M0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，造成误差。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：光电器件代替人眼，作为仪其工作原理：光电器件代替人眼，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，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：由于物体的）问题：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，所以显示仪表，在不同物体对应不同温度，所以显示仪表上标注的是仪表是辐射温度（绝对黑体对应的上标注的是仪表是辐射温度（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（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度计之间的距离）的范围，否则会引起较大的误差。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。（l）无 700的下限。故它不是连续性测量仪表，应用受限制。单色辐射高温计的灵敏度高热工测量仪表非接触测温2 其工作原理：光电器件代替人眼，作为仪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。第二节 单色辐射高温计四 辐射温度计使用时的注意事项：此信号经电子放大器放大后被测量，其大小对应被测物体的温度。2）辐射温度：被测物体真实温度为T，其对应的辐射出射度M，绝对黑体在温度Tp 时的辐射出射度M 0，M=M0,温度Tp称为“辐射温度”WDH-II光电高温计的调制原理2 由亮度标注温度时需解决的问题：亮度温度3)辐射温度低于被测物体的实际温度。热工测量仪表非接触测温因光电器件可感受可见光，红外光波长3）光谱辐射出射度M0图尽量创造全辐射体的辐射条件。1）应用普朗克定律制作的单色辐射高温计因光电器件可感受可见光，红外光波长2）解决办法：仪表标注的是黑体对应的温度Ts，即亮度温度，实际物体的真实温度要进行修正。故它不是连续性测量仪表，应用受限制。2 其工作原理：光电器件代替人眼，作为仪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。根据全辐射定律制成的温度计，即全部波长的辐射能M0,温度T。4388*10-2(m.热工测量仪表非接触测温4388*10-2(m.3)辐射温度低于被测物体的实际温度。为被测物体发射率第二节 单色辐射高温计第二节 单色辐射高温计1）测量时，如灯丝亮度比辐射热源（被测物体）亮度低，则灯丝就在这个背景下呈现出暗的弧线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，此信号经电子放大器放大后被测量，其大小对应被测物体的温度。c1，c2为普朗克第一，第二辐射常数3.2 其工作原理：光电器件代替人眼，作为仪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。全幅射体的辐射出射度M0（单位：w/m3）与波长和温度T有关（普朗克定律）3)辐射温度低于被测物体的实际温度。通过吸收玻璃后的光谱辐射亮度使用条件：温度低于3000K，波长较短的可见光范围内，用维恩公式代替普朗克定律，误差不超过1%人判定平衡点，平衡点还可能因人而易；2）应用辐射定律制作的辐射高温计为被测物体发射率由于人眼是感受件，只能看到可见光，这限制了被测物体的温度不能低于700单色辐射高温计的灵敏度高一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度M0第二节 单色辐射高温计第二节 单色辐射高温计WDH-II光电高温计的调制原理4）由毫安计的读数就是被测物体的亮度温度1）问题：由于物体的的不同，同一辐射出射度M，在不同物体对应不同温度，所以显示仪表上标注的是仪表是辐射温度（绝对黑体对应的温度）通过吸收玻璃后的光谱辐射亮度1 ）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 常数，则该物体称为灰体。由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率M与温度有关，而物体在高温下会发光，称亮度，因亮度L与光谱辐射出射率M成正比，故通过测物体亮度L可求物体的温度。第二节 单色辐射高温计三、使用光学高温计时的注意事项全幅射体的辐射出射度M0（单位：w/m3）与波长和温度T有关（普朗克定律）2）M0的公式（斯忒潘玻耳兹曼定律:)（l）无 700的下限。（l）无 700的下限。3 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。一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度M0M（斯忒潘玻耳兹曼定律）（4）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。由于人眼是感受件，只能看到可见光，这限制了被测物体的温度不能低于700优选热工测量仪表非接触测温M0的峰值处的辐射波长m 与T的关系遵循维恩偏移定律：mT=2897 m.第二节 单色辐射高温计2）应用辐射定律制作的辐射高温计4 光学高温计的测温下限第二节 单色辐射高温计根据全辐射定律制成的温度计，即全部波长的辐射能M0,温度T。第二节 单色辐射高温计三、实际物体的光谱辐射出射度M和辐射出射度M3）光谱辐射出射度M0图与温度、该物体的特性和表面情况有关，则按基尔霍夫定律还与有关。67032*10-8 W/(m2.此信号经电子放大器放大后被测量，其大小对应被测物体的温度。一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度M01 ）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 常数，则该物体称为灰体。2 其工作原理：光电器件代替人眼，作为仪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。二、光学高温计的结构和工作原理第二节 单色辐射高温计第二节 单色辐射高温计一、黑体的光谱辐射出射度M0和辐射出射度M0（4）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。1）问题提出：同样亮度L，由于物体不同，所以物体对应的温度是不同。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