山东建筑大学热工检测课第7章.ppt

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1、第1节辐射测温基本原理具有一定温度的物体都会向外辐射能量,其辐射强度与物体的温度有关,可以通过测量辐射强度来确定物体的温度。任何物体,其温度超过绝对零度,都会以电磁波的形式向周围辐射能量。如果某一物体在任何温度下,均能全部吸收辐射到它上面的任何辐射能量,则称此物体为绝对黑体。绝对黑体不管它们的组成成分如何,它们在相同温度下都发出同样形式的辐射电磁波。热辐射测温特点辐射式温度计的感温元件不需和被测物体或被测介质直接接触,可实现遥测;感温元件不需达到被测物体的温度,从而不会受被测物体的高温及介质腐蚀等影响;热辐射测温特点辐射测温适用于很宽的测量范围,可达-50~6000℃。感温元件不

2、会破坏被测物体原来的温度场;可以方便地用于测量运动物体的温度,动态响应好。基本公式绝对黑体的单色辐射强度为可以看出,只要已知绝对黑体的温度T以及波长λ,就可以求出它的单色辐射强度。当温度升高时单色辐射强度随之升高,曲线的峰值随温度升高向波长较短的方向移动。温度越高,它所辐射出的能量越集中在频率较高的部分,反之集中在红外波段当温度升高时,单色辐射功率也随之增大,其增大程度因波长不同而不同。当温度升高时,单色辐射功率的最大值向短波方向移动。当温度在3000K以下时,上式可用下式代替:当波长λ确定后,只要能确定相应波长的MOλ值,就可以求出温度T。黑体与灰体理想的绝对黑体在自然界中是不

3、存在的,实际中的辐射体是灰体。在同一温度下对同一波长,灰体的辐射强度与绝对黑体之间的关系为:对于不同的灰体,系数ελ是不一样的测待测灰体的温度时Mλ可以测出,绝对黑体MOλ与T的关系已经知道,故可得温度。第2节单色辐射式高温计单色辐射式光学高温计利用亮度比较取代辐射强度比较进行测温的。物体的温度高于700℃时就会明显的发出可见光,并具有一定的亮度,其单色亮度Lλ与单色辐射强度Mλ成正比,即:一光学高温计亮度温度:在辐射波长λ上,当温度为T的灰体的亮度Lλ和温度为TS的黑体的亮度LOλ相等时,称TS为灰体在波长λ时的亮度温度。由于0<ελ<1TS〈T当温度为TS的黑体的亮度与温度为

4、T的灰体的亮度相等时有以下公式:由于0<εr<1TS〈T结论:从光学温度计直接读到的温度,要比实际灰体的温度低,所以必须根据物体的灰度系数进行修正灯丝隐灭光学高温计由人眼对热辐射体和高温计灯泡在单一波长附近的光谱范围的辐射亮度进行判断,调节灯泡的亮度使其在背景中隐灭或消失而实现温度测量。此种隐丝式光学高温计又称目视光学高温计或简称光学高温计。每一个电流对应的灯丝温度是已知的,如果两者的亮度相同,此温度即为物体的亮度温度。光学高温计的结构1-物镜2-吸收玻璃3-灯泡4-目镜5-红色滤光片6-指示仪表7-可调电阻WGG2-201型光学高温计1-物镜;2-吸收玻璃;3-灯泡;4-红色滤

5、波片;5-目镜;6-指示仪器;7-滑线电阻;E-电源;K-开关;R1-刻线调整电阻光学高温计必须在某一定的波长下进行单色亮度比较。光学高温计采用红色滤光片与人眼构成了“单色器”,使人眼只能观察到波长为0.6~0.7μm范围的红色可见光(如图阴影部分),其平均波长约为0.66μm。人眼与红色滤光片配合的视见光谱范围1人眼相对视见函数曲线μλ;2红色滤光片光谱透过率曲线τλ灰色吸收玻璃的作用:光学高温计采用的是钨丝灯泡,当温度高达1400℃时,钨丝会发生升华使灯泡的性能改变。这就限制了光学高温计的测温上限。光学高温计附加了灰色吸收玻璃,单色光透过这种玻璃时其吸收作用会使亮度减弱。在结

6、构上把灰色玻璃置于物镜与灯丝之间,这样人眼观察到的是灯丝的亮度和被灰色玻璃削弱了的被测物体的亮度,在灯丝温度不超过1400℃的情况下能测量更高的温度。二光电高温计光学高温计在测量时要靠手动平衡亮度,用人眼判断亮度是否平衡,所以不能连续测温,在应用上受到了一定限制。光电高温计可以自动平衡亮度,它是在光学高温计基础上发展起来的自动连续测温仪表。它采用硅光电池作为仪表的光敏元件,代替人眼睛感受被测物体辐射亮度的变化,并将此亮度信号按比例转换成电信号,经滤波放大后送检测系统进行后续转换处理,最后显示出被测物体的亮度温度。被测物体17与反馈灯15发出的辐射能交替照射到硅光电池4上。再由主放

7、大器14作进一步放大后2.3光电高温计输出驱动反馈灯15;反馈灯15的辐射能随着驱动电流的改变而相应变化当两个能量不相等时,硅光电池将产生一个与两个辐射亮度差成正比的脉冲光电流,经前置放大器13放大后以上过程一直持续到被测物体和反射灯照射到硅光电池上的辐射能相等为止。这时硅光电池4的脉冲光电流接近于零,而流经反馈灯电流数值的大小就代表了被测物体的亮度温度此电流值转换成电压后由电位差计16自动指示和记录被测物体的亮度温度。图中的透镜l0、反射镜11和观察孔12组成了一个人工观察瞄准

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