辐射温度计的发展及分类

  仪器网 ·  2012-07-14 23:42  ·  38878 次点击
1概述
辐射温度计属非接触式测温仪表,其特点为:测温范围广,原理和结构复杂;测量时.感温元件不与被测对象直接接触,不破坏被测对象的沮度场;通常用来测定1000℃以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度或表面温度;但不能直接测得被测对象的真实沮度,且所测温度受物体发射率、中间介质和侧量距离等因素影响。
由于辐射温度计是基于物体的热辐射特性与温度之间的对应关系设计而成的,故所涉及的概念、原理较多,且较难理解。
辐射温度计的发展
最早的辐射测温仪表是以光学高温计为代表的亮度温度计,它解决了高温温标的传递和生产中不能用接触法测温的问题。但由于光学高溢计用人眼进行亮度平衡.带有主观误差.且不能进行自动测量,所以人们又发展了光电高温计、红外测温仪、全辐射温度计等仪表。这些仪表虽然克服了光学高温计的上述缺点,但与光学高温计一样,都是测得物体的亮度温度或辐射温度。为了测得真实沮度.都需要知道被测物体的发射率或光谱发射率。然而,发射率的准确测定相当困难,比色温度计在一定程度上解决了发射率测定难的问题,只要两个波长选择合适,其比色温度接近真实温度。为了进一步减少发射率的影响,又发展了三色甚至多波长测温仪。当物体的发射率与波长成线性关系时,三色温度计可测得物体的真实温度。但比色温度计结构比较复杂,价格较贵。
自20世纪60年代以后,辐射测温技术发展较快,这主要是因为:
(1)工农业、国防事业的发展,对温度的准确、快速侧量和控制提出了越来越高的要求,进而推动了辐射测温的发展。如高速轧制钢材的温度测量和控制,航空发动机和火箭发动机的温度测量等。
(2)红外探测器的迅速发展,为辐射测温提供了有利条件。早期的光电元件多为光电管和光电倍增管,应用中要求几百伏至几千伏高电压,其光谱响应仅为可见光和近红外范围。从60年代开始,硅光电管、锗光电管、硫化铅光敏电阻等不需高电压,体积小,重量轻的红外探测器相继出现,不仅提高了灵敏度、稳定性,而且响应波长延伸到中红外区和远红外区.使得红外测溢仪的下限延伸到50摄氏度。大规模集成探测器的出现.如电荷藕合器件(CCD),也为检测温度分布提供了方便条件。
(3)微处理器的应用,使得不少复杂的传统二次仪表的光电或热电信号的处理电路由软件代替。这不仅可以提高仪器测量的准确度、扩充量程(实现量程自动转换)、增加功能,如峰值、谷值、平均值、偏差值检测等,还可降低成本,使测沮仪智能化、小型化。
(4)光纤红外温度计的兴起,扩展了辐射测温的应用场合。由于光纤很细小,又能弯曲,可实现物体内部或结构复杂的被测对象的接触测温或非接触测温,适合于传统方法无法解决的场合测温,如高速涡轮机叶片温度的检测等。
其他技术的发展也促进了辐射测温的发展,如镀膜技术的发展使辐射温度计可根据对象的辐射特征和环境吸收干扰等因素,选择有利的波长进行测溢,以提高侧温准确度。
辐射测温技术近30年取得的主要成果有:在测温范围方面,最高可达500万摄氏度,如地下核爆炸火球温度,最低可达-170摄氏度;灵敏度方面有的基准或标准光电高溢计在金点温度已达到0.0001K,工业仪表可达0.1K;反应时间方面最快可达微秒级;最小可测目标直径为0.5mm,显微测温仪则可达0.01mm
2.6.1.2辐射温度计的分类
从式((2-44)、式((2-45)和式(2-47)出发,辐射测温方法可分为亮度法测温、比色法测温和全辐射法测温。相对应地,辐射沮度计又可分为以下3大类:亮度温度计、比色温度计和全辐射沮度计,其各自特点和用途列于表2-17中。
此外还有介于亮度温度计和全辐射温度计之间的部分辐射温度计。如果辐射温度计的测量波长处于红外波段,则这类辐射温度计又被称为红外辐射温度计。如美国Raytek公司生产的红外侧温仪,现已广泛用于加热炉、连铸机、轧钢机等钢铁生产和加工过程的表面温度测量。
A亮度温度计
亮度温度计是测量被测物体在某一特定波长入c(实际上是一个波长段入c+d入)上的单色辐射亮度Lb入(入c,T),如式(2-44)所示,并以其光谱发射率E入,校正后确定被侧对象的温度T。它接受的辐射能量较小,但抗环境干扰的能力较强。典型仪表是各种光学高温计和光电高温计。
由于亮度溢度计是按黑体刻度的,而实际被测对象为非黑体,故所测温度不是被测物体的真实温度,而是亮度温度。因为亮度温度计只取很窄一段波长的辐射能,所以有些又称其为单波段或部分辐射温度计。
B比色温度计
比色温度计是测最被测物体在两个指定波长入c1和入c2(实际上是两个波段入c1+d入1和入c2,+d入2)上单色辐射亮度的比值0b(T),如式(2-45)所示,并经其光谱发射率校正后确定被测对象的温度T。典型仪表是两波长比色温度计、三波长比色温度计、多波长辐射温度计和减比色温度计等。所测温度为被测物体的比色温度。
C全辐射温度计
全辐射温度计通过测出被渊物体在整个波长范围内的辐射出度Mb(T),如式(2-47)所示,并以其发射率E校正后确定被测对象的温度T。它接受辐射能量大,利于提高仪表灵敏度;缺点是容易受环境的干扰。典型仪表是全辐射高温计。所测温度为被测物体的辐射温度。
2.6.1.3辐射温度计的主要计算公式
辐射测温仪表的主要计算公式如表2-18所示,其中有关各项说明如下。
[attach]50339[/attach]
A表观温度T'
表观温度指按黑体分度的各类辐射温度计所侧得的.未经发射率修正的温度示值。在辐射测温学中,通过引人此概念,才能把物体发射率为未知情况下的实际物体的温度侧量同黑体辐射定律直接联系起来。
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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