现代工程控制中的测试与检测技术(8辐射测温)

T
1

1 TC

ln( l 1 / l 2 ) B
T ln
B E l1 El 2 A ln
l1 l2
TC ln
B E l1 El 2 A
2. 特点 抵抗单色黑度系数变化对测量结果的影响： 变化相对于ελ1、ελ2，的变化要小，尤其选择适当的λ1、λ2。 中间介质影响相对较小。 被测目标无须充满视场 采用光探测器，响应快、可远传可记录。
T g T1 T 2 T1 1 (d1 / d 2 )
m 1
(T 2 / T1 )
4
满足条件： 4＞d1/d2＞2， T14>>Ts4 ， T24>>Ts4 m：高温烟气 m ≈ 0.37~0.41间；空气或淡烟气m ≈ 0.5。 4) 零直径外推法： 原理：多支材料同、丝径di（d1 <d2<, …,<dn）不同 的热电偶插入被测气流中，得诸热偶测量值Ti， (T1>T2>,…,Tn)，画出di ~ Ti曲线。 当 d→0, T→Tg 故可利用实验曲线外推出测高温
2） 抽气式热电偶
原理：使压缩空气通过喷嘴，造成负压， 将高温气体高速抽走，热偶热端处于该流速 下，提高了a，减少了辐射误差。 抽气式热电偶，加装2—3层遮热罩，可使 上例误差降至-50C。 能耗大，用于工业试验。
3) 双热电偶： 原理：两支材料相同、丝径不同、裸露的热电偶同 时插入被测气流中，若热电偶直径 dl 、d2，示值为TI、 T2 ，可按下式计算气体温度（主要依据a=Kd m-1）
亮度与温度关系（实际物体） 波长l下，亮度Bl和它的El成正比。光学高温计中， 亮度与温度关系为：
B l CE
l
C l C 1l e
5
( C 2 / l TS )
亮度测量通过亮度平衡法实现。
约为 0.4-600 m 热射线 射 线 波长l m
6
伦 琴 射 线
10
5
紫 可 外 见 线 光
P
2. 影响测温精度的因素
非黑体辐射的影响 变化，产生误差。 中间介质影响 辐射介质、烟气（空气）、 距离系数（L／D）影响 L／D有一定限制。太大，在热电堆平面上成像太小， 接收辐射能少，示值偏低；太小时，物像大，参比端温 度上升，示值下降。 环境温度影响 太高，热电堆参比端温度增高，增加 测量误差。
1 T 1 Ts
l
C2
ln l
隐灭式光学高温计 单色：0.62~0.72m 红色滤光片（5） 吸收玻璃（2）
光学高温计实物
二.全辐射高温计
1. 工作原理 由全辐射强度与温度关系，通过测全辐射能量→温 度 全辐射定律
E0
Hale Waihona Puke 0E 0 l d l 0 T
4
全辐射能量测量 用光电池、热电堆 辐射温度 被测物体的“辐射温度”（示值温度，类似亮度温 度的概念），以Tp 表示。辐射温度与被测物体真实温度 关系为： T 4 1 / T
r T
*
T0
则
T r T 0 (1 r
k 1 2
M )
2
在已知M、r时，可由Tr求得T0、T*。 速度误差可表示为
D T 速 T r T * ( r 1)T * [( k 1 2 M ) /( 1
2
k 1 2
M )]
2
当 M一定时，r↑, DT速↓， r→1， DT速→0。 3. 关于恢复系数 r 的讨论
复杂、价格贵。
§2-1-3 红外在温度场测量中的应用 一.红外测温 原理与单色、比色高温计相同，只是采用波段不同 近红外：～1；中红外：3～5m；远红外： 8～14m ； 二、热象仪 工作原理简述：利用红外扫描原理，测量物体表面 温度分布。 摄取被测物体的红外辐射通量的分布，利用红外探 测器，转换成物体各部分发射出的红外辐射成正比的序 列电信号，综合、处理，得物体发射红外辐射通量的分 布图象，称为热图或温度图。 三、红外成像阵列（红外CCD） 制冷 非制冷 远红外： 8～14m
热电阻温度变送器 二、三线制（不平衡电桥）
三、热电阻校验与误差 自热
§2-1-3 、其他接触式测温仪表
玻璃温度计 双金属温度计 压力式温度计 §2-1-4 接触式测温技术与误差分析 一、管道中流体温度测量 导热误差分析 消除误差的方法 保温、增加a、减小l和d 二、高温气体温度测量 辐射误差分析 消除误差的方法 遮热罩、抽气
三.高速气流温度测量 速度误差分析
1. 气流总温与静温 静温是气体分子无规热运动平均动能的反映，记为T0 动温是气体分子有规定向运动动能的反映，记为 T v 2C 总温 2
v 2
p
T * T0 Tv T0
v
2C
T 0 (1
p
1
2
M
2
)
总温、静温测量都很重要。静温反映气体热力学状 态；计算机组效率需总温。 静温测量：需使测温传感器随同流体以相同速度运动， 相对速度为零。实际不可能，只能使传感器静止于高速气 流中，必有相对速度，传感器测得的不是静温。 总温测量：理想情况下（动能全部转换为热能），可 认为 T*=Tr（有效温度－传感器指示值），总温可测。
a、r与测温传感器与气流相对方位有关。
对于裸露热电偶，平行 r=0.86
垂直 r= 0.68
3. 关于恢复系数 r 的讨论 b、r 与M数有关，且关系复杂。但当传感器与气流 平行时，r 与M数无关 c、 r 与测温传感器的结构形式有关。为获得高r值， 并使之尽量与气流条件无关，需精心设计传感器。如带 滞止罩的传感器，可使 r 提高，达99.4%. d、 r 需要实验测定。测定在校准风洞中进行。 四、 壁面温度测量 壁面温度测量二种方式：① 接触式 ②非接触式 接触式壁面温度测量解决的主要问题：由于接触，破 坏了被测壁面温度场，产生测量误差。 当ts>ta , tr<ts 测量温度（热接 点温度tr）低于壁面实际温度ts
复习
第二章 热工参数测量技术 五、热电势的测量 1、动圈式温度指示仪 2、直流电位差计
1) 手动电位差计 2）自动电子电位差计
3、数字毫伏计（数字万用表） 4、温度变送器（工业领域大量应用） 六、热电偶校验 七、热电偶测温系统的误差分析 传热误差、速度误差、动态响应误差是系统误差
§2-1-2 热电阻测温 特点：精度高、稳定性好，灵敏度高，测平均 温度；体积大，动态特性差（指标准热电阻）。 一、常用的热电阻元件 铂热电阻 Pt50 Pt100（R0=100Ω ） Pt300 铜热电阻 Cu50 Cu100 其他 二、热电阻测量 工业上 ①不平衡电桥，②自动平衡电桥 实验室中 ① 平衡电桥， ② 电位差计
10
3
红 外 线
1
10
10
2
无 线 电 波
10
10
4
10
2
10
1
10
3
10
4
电磁波谱
亮度温度 光学高温计以绝对黑体（l＝1）刻度。只有当 l ＝1，被测物体温度才真正等于示值温度。称示 值温度为被测物体“亮度温度”。 定义：在波长为l的单色辐射中，若物体在温度 T时的亮度Bl和绝对黑体在温度Ts时的亮度B0l相等， 则把绝对黑体温度Ts称为被测物体在波长l时的亮 度温度。 亮度温度与实际温度关系 2.
普郎克公式 对绝对黑体： 5 1 E 0 l C 1 l [exp( C 2 / l T ) 1] 温度3000K以下，可用维恩公式代替，误差在0.3K以 内： 5 E 0 l C 1 l exp( C 2 / l T ) 对于非黑体需用黑度系数修正
E l l E 0l
影响壁面温度测量精度的因素 1) 与热电偶同被测壁面接触方式有关
基本接触方式：点接触、分立接触、等温线接触。
导热分析： 三种情况除接触方式不同外，其余条件同。 但接触点处温度不同：点接触，tr下降最大；分立接 触，热量由二点处导出，每一接点因导出热量小而使tr 下降较点接触为小；等温线接触，接触点处导出热量极 小，tr下降甚微。 由导热分析可知，以等温线接触方式误差最小。
此时，若M已知，可由式
2 求静温T0；当M<0.2~0.3时, (T*－T0)<0.01T0，不必区别T*与T0， 一般认为 Tr≈T* ≈ T0。 T * T 0 (1 k 1 M
2
)
但当M>0.3时，误差不能忽略，T*与T0有明显区别。 2. 速度误差 一般情况：①气流在传感器周围非完全绝热滞止 ②动能到热能的转换亦不完全。 因此传感器既不能直接指示静温，也不是总温，传 感器示值 Tr < T0 < T*，称DT速＝Tr－T* 为速度误差。 定义恢复系数，表示气流被传感器滞止恢复为内能的能 力 Tr T0
ln
l1 l2
1 1
其中： 测Eλ1/Eλ2之值， 可求T
A 5 ln
l2 l1
,
B C2(
B ln E l1 El 2 A ln
l2

l1
)
T
l1 l2
单色辐射强度值检测 比色温度 类似亮度温度的概念有 比色温度。实际是温度 计的示值温度，称 “比 色温度”，以TC表示。 比色温度与被测物 体真实温度关系为：
三、比色高温计 1. 工作原理 通过单色辐射强度（或亮度）比值与温度关 系，通过测比值→温度
E l1 El 2 C l 1C 1 l1
5 5
exp( C 2 / l 1T ) exp( C 2 / l 2 T )
1
C l 2 C 1l 2
整理得
ln
E l1 El2
a A BT
§2-1-3 非接触式温度测量 接触式测温的局限性： a). 测温范围受限，不超过2800℃ b). 破坏温度场，测得的温度为温度场被破坏后的温度 （如壁面温度测量）。 c). 难以测量运动体温度，尤其转动体 非接触式温度测量可克服以上缺点，且响应快、灵敏度 高的特点。但： 结构复杂、精度在可比的范围内不及接触式温度 一.光学高温计 1. 工作原理 利用发热物体单色辐射强度随温度变化，通过亮度 比较实现温度测量。