亮度温度计的测温原理概述

  仪器网 ·  2012-07-14 23:42  ·  48002 次点击
亮度温度计是目前高温测量中应用较广的一种测温仪器,主要用于金属的冶炼、铸造、锻造、轧钢、热处理以及玻璃、陶瓷、耐火材料等工业生产过程的高温测最。亮度温度计可分为光学高温计和光电高温计两类。光学高温计应用历史鼓长,但必须用肉眼进行亮度平衡,因此容易带有主观误差,同时无法实现自动记录、控制和调节,受肉眼限制,测量’下限为700.C,,近30年来迅速发展的光电高温计,以光电元件代替肉眼进行测量,可以弥补以上缺点。而且光电元件的光谱比肉眼宽,进而可以扩展测温范围。与滤光片配合,可以优选测温的波段,易避开水蒸气、二氧化碳等吸收带,使溢度计更适合于工业恶劣环境下测温。20世纪70年代以后,开始将微处理器应用于光电高温计,使仪器钾能化和小型化,进而提高仪器测景的准确度。
测温原理
基本原理
亮度温度计.又称单波段温度计.是利用各种物体在不同温度下辐射的单色辐射亮度与温度的函数关系制成的。它具有较高的准确度,可作为墓准或侧沮标准仪表用。亮度温度计的理论基础是普朗克黑体辐射定律。它在实际测温应用中,会遇到以下两个问题。
(1)实际被测对象并不是黑体,而是非黑体。实际物体的单色辐射亮度计算公式为
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可见,把普朗克黑体辐射定律直接用于实际测温会出现向题,为此引人亮度温度的概念。
(2)亮度温度计实际测得的总是在一段光谱区间〔入c,,入c,+d入〕内的辐射亮度,不能满足普朗克定律所要求的“单色”问题,为此引人有效波长的概念。
B亮度温度
a概念的引人
由式(2-104)和式(2-105)可见,具有单色辐射亮度L入(入c,T)的物体决不限于某一实际物体,即具有不同光谱发射率的实际物体都有可能在同一波长下发出相同的热辐射单色辐射亮度L入(入c,T)。如果用一种亮度温度计来测量光谱发射率E入不同时的物体温度,即使它们的亮度L入(入c,T)相同,其实际温度也会因E入不同而不同,因而必然会出现下式
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由此可知,同一单色辐射亮度L入(入c,T)可以对应于许多不同温度T1=T2=T3=…=Tn,即式(2-104)和式(2-105)具有无穷个温度解。因此,确定物体的单色辐射亮度并不能唯一确定该物体的真实温度,还必须知道光谱发射率。由于被测对象的光谱发射率各不相同,且在大多数情况下是未知的,因此给亮度温度计的分度提出了难题。为了具有通用性,对这类温度计作了如下规定:亮度温度计的刻度应按黑体(E入=1)进行标定。用这种刻度的亮度2度计去测虽实际物体(E入不等于1)的温度,所得到的温度示值叫做被测物体的“亮度温度”,而不是被测物体的真实温度。通过以上的处理,可将发射率为未知的情况下的实际物体的沮度测最同黑体辐射定律直接联系起来。该思想同样适用于全辐射温度计和比色温度计。
b亮度温度
当实际物体(非黑体)在某一指定波长入c下,在温度T时的单色辐射亮度L入(入c,T)同黑体在同一波长下,在温度T.时的单色辐射亮度Lb入(入c,Ts)相等,则该黑体的温度Ts称为实际物体的亮度温度。此定义的数学表述式为
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按亮度温度的定义并根据式(2-44)和式(2-105)可推导出被侧物体实际温度T和亮度温度T,之间的关系为
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式(2-108)是辐射测温学中的一个常用基本公式,据此可以得出如下结论:
(1)由于E入(入c,T)总是小于1的正数,因此实际物体的亮度温度T.总是小于它的真实温度To
(2)光谱发射率愈小,亮度温度偏离真实温度愈大;反之,光潜发射率愈接近于1,则亮度0度愈接近于真实温度。这一情况与基尔霍夫定律完全吻合.即在同一沮度和波长下.非黑体的辐射能量总是小于黑体的辐射能量;在具有相同单色辐射亮度的条件下,黑体温度总比非黑体温度低。
为了描述亮度温度与真实温度的偏离程度,特引进亮度温度修正值的概念
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表2-20和表2-21分别给出了在波长分别为0.66u.m和0.9mm时.亮度温度的修正值。
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(3)若E入(入c,T)保持恒定,则物体的亮度温度对真实温度的偏离随着波长的增大而增大;若物体的真实温度保持恒定.则亮度温度随着波长的增大而减小。可见亮度温度的数值与所取的波长有关,未注明对应波长的亮度温度值是没有确切意义的。
总之,引人亮度温度的概念后,可把普朗克黑体辐射定律直接用于实际测沮中,即有:
(1)只要波长一定,则同一单色辐射出度只能对应于一个亮度温度值,即存在着对应于相同单色辐射出度的温度唯一解。
(2)亮度温度计可以按着统一标准,即。E入=1的黑体进行分度,再根据被测对象的光谱发射率进行修正.获得被测对象的真实温度。
来源:《热工测量仪表》,转载请注明出处-仪器信息网(www.cncal.com)

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