资源预览内容
第1页 / 共36页
第2页 / 共36页
第3页 / 共36页
第4页 / 共36页
第5页 / 共36页
第6页 / 共36页
第7页 / 共36页
第8页 / 共36页
第9页 / 共36页
第10页 / 共36页
亲,该文档总共36页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
6.4 非接触式测温上一页下一页返 回高温测量中应用最广泛,主要应用行业为冶金、铸造 、热处理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工业生产过程 中。任何物体处于绝对零度以上时,都会以一定波长电磁 波的形式向外辐射能量。辐射式测温仪表就是利用物 体的辐射能量随其温度而变化的原理制成的。测量时,只需把温度计光学接收系统对准被测物体, 而不必与物体接触,因此可以测量运动物体的温度并 不会破坏物体的温度场。此外,由于感温元件只接收 辐射能,不必达到被测物体的实际温度,从理论上讲 ,它没有上限,可以测量高温。非接触测温仪表分类:光学高温计、辐射式温度计6.4 非接触式测温6.4.1 热辐射基本定理 6.4.2 光学高温计 6.4.3 光电高温计 6.4.4 辐射温度计 6.4.5 比色温度计上一页下一页返 回6.4.1 热辐射基本定理l 辐射换热是三种基本的热交换形式之一 波长范围:10-3m10-8ml在低温时,物体辐射能量很小,主要发射的是 红外线。随着温度的升高,辐射能量急剧增加 ,辐射光谱也向短的方向移动,在5000C左右 时。辐射光谱包括了部分可见光;到8000C时 可见光大大增加,即呈现“红热”;如果到 30000C时,辐射光谱包括更多的短波成分,使 得物体呈现“白热”。l辐射测温的基本原理:观察灼热物体表面的“ 颜色”来大致判断物体的温度,这就是上一页下一页返 回热辐射基本定理(1) 热辐射的重要参数(2) 辐射能的分配(3) 基尔霍夫定律(4) 黑体辐射定律上一页下一页返 回(1)热辐射的重要参数辐射能Q 以辐射的形式发射、传播或接收的能量称为 辐射能,单位为焦耳(J)。辐射能通量 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(W)。辐射强度I 在给定方向上的立体角单元内,离开点辐 射源(或辐射源面单元)的辐射功率除以该立体角单元, 称为该方向上的辐射强度,其单位为瓦/球面度(W/sr)。上一页下一页返 回(1)热辐射的重要参数辐射出射度M 离开辐射源表面一点处的面单元上的辐 射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/米2(W/m2)。辐射亮度L和光谱辐射亮度 表面一点处的面元在给定 方向上的辐射强度,除以该面元在垂直于给定方向平 面上的正投影面积,称为该方向的辐射亮度L。辐射亮 度实际上包括所有波长的辐射能量。如果是辐射光谱 中某一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(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, 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 回物体分类:黑体(绝对黑体): 照射到物体上的辐射能全部被吸收,既无反射 也无透射。透明体: 照射到物体上的辐射能全部透射过去,既无吸 收又无反射。 镜体、白体: 照射到物体上的辐射能全部反射出去。若物体 表现平整光滑,反射具有一定规律,则该物体 称之为“镜体”;若反射无一定规律,则该物体 称为“绝对白体”或者简称为“白体”。 上一页下一页返 回l在自然界中黑体、白体和透明体都是不存在的 。一般固体和液体的值很小或等于零,而气 体的值较大。对于一般工程材料来讲, 0 而+ =1,称为灰体 l从传热学角度看,可以人为制造黑体 上一页下一页返 回(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 的性质无关,是物体的温度和发射波长的函数 式中:M0(,T), M1(,T), M2(,T) 物体的单色()辐射出射度; 0(,T), 2(,T) , 2(,T) 物体的单色()吸收率。上一页下一页返 回l若物体A0绝对黑体,那么0(,T) ,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, 相同波长时的辐射出射度。这是基氏定律的另一种说法。设M(,T)为物体A在波长为 ,温度为T下的辐射出射度。 式中,称为物体A的单色辐射率,或称为单色黑度系数。 它表明了在一定的温度和波长下,物体A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。 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 式中,A(T) 物体A在温度T下的全吸收率,M0(T) 黑体在温度T下的全辐射出射度。基氏定律的积分形式为 它表明了在一定的温度T下,物体A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T1, T越接近1, 表明它与黑体的辐射能力越接近。上一页下一页返 回(4)黑体辐射定律 普朗克定律(单色辐射强度定律) 维恩公式 斯蒂芬波尔兹曼定律(全辐射强度定律,也称为四次方定律)上一页下一页返 回普朗克定律(单色辐射强度定律)温度为T的单位面积元的绝对黑体,在半球面方向所辐射 的波长为的辐射出射度为式中,c光速;h普朗克常数,6.62617610-34Js;k波尔兹曼常数,1.3806624410-23J/K;C1第一辐射常数,3.741810-16Wm2;C2第二辐射常数,1.438810-12mK;T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 上一页下一页返 回维恩公式l理论上说明了黑体在各种温度下能量波长分布的规律 公式简单,但是仅适用于不超过3000K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理论根据 上一页下一页返 回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T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T的四次方成正比。 式中,斯蒂芬波尔兹曼常数,5.6696110-3W/(m2K4)。 上式就是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。上一页下一页返 回6.4.2 光学高温计 精密光学高温计用于科学实验中的精密测试; 标准光学高温计用于量值的传递,例如,在物 质熔点、热容量和相变点的测定中使用。 光学高温计可用来测量80032000C的高温。 由于采用用肉眼进行色度比较,所以测量误差 与人的经验有关。 光学高温计测量的温度称为亮度温度(TL),被 测对象为非黑体时,要通过修正才能得到非黑 体的真实温度。上一页下一页返 回工业用光学高温计分类隐丝式 利用调节电阻来改变高温灯泡的工作电流,当 灯丝的亮度与被测物体的亮度一致时,灯泡的 亮度就代表了被测物体的亮度温度。 恒定亮度式 利用减光楔来改变被测物体的亮度,使它与恒 定亮度温度的高温灯泡相比较,当两者亮度相 等时,根据减光楔旋转的角度来确定被测物体 的亮度温度。由于隐丝式光学高温计的结构和 使用方法都优于恒定亮度式,所以应用广泛。上一页下一页返 回隐丝式光学高温计 l光学系统 红色滤波片,造成一个较窄的有效波长 吸收玻璃,目的是扩展量程 目镜和物镜是一套光学系统l电测系统包括指示仪表、灯泡、电源和调节电阻四部分 。光学高温灯泡:标准辐射源 电源、调节电阻和指示仪表组成测量电路原理一般有电压表式,电流表式以及不平衡电 桥和平衡电桥式四种。 上一页下一页返 回WGG2-201型光学高温计 1物镜;2吸收玻璃;3灯泡;4红色滤波片; 5目镜;6指示仪器;7滑线电阻; E电源;K开关;R1刻线调整电阻上一页下一页返 回亮度温度 为了校正光学高温计测量非黑体的温度比真实 温度偏低的偏差。 定义:当被测物体为非黑体,在同一波长下的光 谱辐射亮度同绝对黑体的光谱辐射亮度相等时 ,则黑体的温度称为被测物体在波长为时的亮 度温度。左边为非黑体光谱辐射亮度,右边为黑体的光谱辐射亮度 上一页下一页返 回根据维恩公式有对上式两边取对数,并加以整理,得式中,T被测物体在温度为,波长为时的单色黑度系数;T被测物体的真实温度;TL被测物体的亮度温度。已知物体的单色黑度系数,就可以通过亮度温度 求出物体的真实温度。上一页下一页返 回6.4.3 光电高温计 l光学高温计是由人工操作来完成亮度平衡工作 的,其测量结果带有操作者的主观误差。它不 能进行连续测量和记录,当被测温度低于 8000C时,光学高温计对亮度无法进行平衡。l光电高温计是在光学高温计测量理论的基础上 发展起来的一种新型测温仪表。它采用新型的 光电器件,自动进行平衡,达到连续测量的目 的。 上一页下一页返 回主要特点:采用光敏电阻或者光电池作为感受辐射源的敏感元件来 代替人眼的观察; 采用一参考辐射源与被测物体进行亮度比较,由光敏元 件和电子放大器组成鉴别和调整环节,使参考辐射源在 选定的波长范围内的亮度自动跟踪被测物体的辐射亮度 ,当达到平衡时即可得到测量值; 在平衡式测量方式中,光敏元件只起指零作用,它的特 性如有变化,对测量结果影响较小,参考辐射源选用钨 丝灯泡,能保持较高的稳定性,因此具有较高的精度和 连续测量的特性; 设计了手动值修正环节,可显示物体的真实温度; 采用新型光敏元件,测量范围宽,约为20016000C。上一页下一页返 回WDL-31型光电高温计的工作原理 1物镜;2同步信号发生器;3调制镜;4微电机; 5反光镜;6聚光镜;7参比灯;8探测元件上一页下一页返 回(1)瞄准光路l由物镜对0.5m处被测物体调焦成像在分划板上。通 过目镜组可清晰地观察到被测物体的瞄准部位 1调制镜;2微电机;3反光镜;4可变光阑;5聚光镜组; 6参比灯;7-目镜组 8、9-保护窗;10物镜;11-入射光瞳;12-衰减玻璃;13探测元件;14-滤光片;15-保护 光阑;16-分划板;17透镜玻璃;18-出射光阑;19-保护玻璃上一页下一页返 回(2)检测光路物镜将被测物体的辐射能量会聚,经过衰减玻璃及与物 镜光轴成450角的调制镜的反射,进入视场光阑孔中,由探测元件接收。(3)参比光路参比灯辐射的能量经聚光灯组会聚后,通过可变光阑, 由反射镜反射 ,再穿过调制镜叶片的空间,进入视场 光阑孔中,经滤波片也由探测元件接收。随电机高速转动的调制镜,对两路辐射通量作切换调制,使其交替被探测元件接收。 在参比光路中的可变光阑用作黑度系数的手动修正。 上一页下一页返 回仪器的工作光谱范围由光学系统和探测元件决定。 量程范围在4008000C及以下各量程,采用硫化铅光敏电 阻作探测元件,并配合锗滤光片。光谱范围短限由锗滤光 片确定,长限由光学玻璃材质的物镜确定,约在1.82.7 。峰值由探测元件确定,约为2.5。 量程范围60010000C及以上各量程,采用硅光电池作探 测元件,并配合HB850有色玻璃滤光片。光谱范围的短限 也由滤光片确定,长限和峰值由探测元件确定。光谱范围 约在0.81.1,峰值约为0.95,均在红外线波长范围内。 仪器的量程范围用光学衰减的方式改变。 各种量程都保持参比灯工作电流在某一固定范围内变化, 即在量程上限时工作电流不超过250mA。对于低温量程,将参比灯的辐射能量衰减;对于高温量程,则将被测辐射能量进行衰减。 探测元件为硫化铅光敏电阻时,衰减玻璃选用GRB1隔热 玻璃。探测元件为硅光电池时,采用LB6绿色玻璃。上一页下一页返 回6.4.4 辐射温度计 l根据全辐射强度定理,即物体的总辐射强度与 物体温度的四次方成正比的关系来进行测量的 。 组成:辐射感温器和显示仪表两部分 可用于测量40020000C的高温,多为现场安 装式结构。l为适应现场高温环
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号