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非接触式测温方法及相关的仪器仪表(广泛应用于700℃以上的温度检测)

2010-12-17

                           非接触式测温方法及相关的仪器仪表(广泛应用于700℃以上的温度检测)
辐射温度计属于非接触式测温仪表，广泛用于测量700℃以上的温度。用红外技术测温时其下限可达100℃或更低。因为是非接触，所以利用这种温度计测量温度时，仪表不会破坏被测对象的温度场，并且在测量高速旋转、移动或腐蚀性较强的物体温度时，此使用接触式测江仪表优越。由于感温元件不必与被测对象达到热平衡，达到相同的温度，因此仪表的测量上限不受感温元件材料熔点的限制，仪表的滞后小，动态响应好。辐射温度计的输出信号大，灵敏度高，精度也高。因此90国际温标中规定，在961.78℃以上采用光学或光电高温计作为标准仪器。
   1、基本概念
（1）辐射能所有物体，只要其温度高于热于力学零度，都会以电磁波的形式向外发射辐射能。物体的辐射能以各种波长发射，如X光、紫外光、可见光、红外光和无线电波等。
（2）热辐射辐向测温技术关心的物体所能吸收的，而且在吸收时又能重新转变为热能的那些射线，它们的热效应显著，所以又把这部分的电磁波称为热射或热辐射。相应地，热射线所具有的能量称为热辐射能。热辐射主要指可见光和红外光，即波长λ在0.4 ~ 1000um之间的射线。其中波长在0.4 ~ 0.76um间的称为可见光波，而波长在0.76 ~ 1000um间的称为红外光波。
（3）辐射功率物体在单位时间内从单位面积向半球空间发射的全部波长的总辐射能量，和为辐射功率（又称为半球总辐射力、辐射能力）。用符号W表示，单位为W/m2。
（4）单色辐射功率物体在一定波长下的辐射功率，称为单色辐射功率（又称这单色辐射力、光谱辐射力）。作符号Wλ表示，单位为W/m2um。
（5）发射率物体的全辐射功率W与同温度下的全辐射功率Wb之比，称为该物体的全发射率ε，简称发射率或黑度。可用以下方式表示：
             ε=W/Wb
(6)单色发射率在某波长下物体的单色辐射功率Wλ 与同温度黑体在相应波长下的单色辐射功率Wbλ 之比，称为单色发射率或单色黑度ελ，用以下方法表示：
             ελ=Wλ/Wbλ
    2、辐射能的分配
当辐射能投射到物体表面时，一般情况下，其中的一部分被物体吸收同部分被反射，另一部分可透过物体。
在自然界中黑体是不存在的，从热学的角度看，可以人为制造黑体，一个黑体的近似模型央空腔的壁上开有一个小孔，它的尺寸比空腔的尺寸小行多，当入射能量进入空腔后，经过多次折射和吸收后只有很少一部分分射出，这样就可以认为入射的能量全部被吸收了，即a=1工业黑体模型，它为一细长管，管直径与管长这比无小于1/10，也可认为它的a=1
根据基尔霍夫定律，在热力学平衡状态下，物体的以射能力越大，基吸收率也越大，换言之，善于以射的物体也一定善于吸收。
3、黑体辐射定律
（1）普朗克定律普朗克根据量子统计理论导出了黑体在不同温度下单色辐射功率随波长的分布规律，即所谓普克朗定律。
（2）维恩位移定律当温度升高时，单色辐射功率也随之增大，其增长程度因波长不同。同时，当温度升高时，单色辐射功率的大值向短波方向移动。对应于单色辐射功率大值的波长与热力学温度之间的关系由维恩位移定律来表述。
（3）斯蒂芬-玻尔兹曼定律在整个波长范围内积分，即等到波长在范围内的黑体辐射功率。斯蒂芬-玻尔曼定律表明，在整个波长范围内的黑体辐射力与温度的4次方成正比。