建筑环境测量技术3-5

• 特点： 已知波长λ 同时知道物体在该波长下的黑度系 数ε λ ，才能计算出实际温度 T。
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1、光学高温计
• 灯丝隐灭式光学高温计是一种典型的单色辐射 光学高温计，测量时，灯丝Байду номын сангаас灭。它在所有的 辐射式温度计中，准确度最高。 • 根据被测物体光谱辐射亮度随温度升高而增加 的原理，采用亮度比较法来实现对物体的测温 的。
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图3-23 辐射强度与波长和温度的关系曲线
70
0.16
2200K 60
E0λ,W/(cm2. μm)
0.14 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0 2 4 500K 400K 6 8 10 12 14 600K
E0λ,W/(cm2. μm)
0.12
650K
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单色辐射光学高温计的刻度标定
• 单色辐射光学高温计的刻度按绝对黑体 （ε λ ＝1）的温度进行刻度。 • 测量实际物体（ε λ ≠1）的温度时，所得到的 温度示值叫做被测物体的“亮度温度”。 • 实际温度T和亮度温度TS之间的修正关系为 ：
1 1 1 ln Ts T c2
50 40 30 20 10 0 0 1 2
2000K 1800K 1600K 1400K 1200K 1000K 3 4 5 6
λ,μm
λ,μm
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单色辐射强度峰值处的λ m和温度T之间的 关系由维恩位移定律给出：
mT 2897(m K )
70 2200K 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 2000K 1800K 1600K 1400K 1200K 1000K 5 6
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灰体：
• 如果物体的辐射光谱是连续的，而且它的单色辐射强 度Eλ ＝f（λ ）和同温度下的绝对黑体的相应曲线相似， 即在所有波长下都有： Eλ ／E０λ ＝ε （ε 为小于1的常数） 灰体的全部辐射能：
E E d
0
物体的特征系数： E／EO＝ε 一般工程物体的ε 值随波长变化不太显著，可近 似地看作灰体，如锅炉各类受热面、炉膛火焰和含灰 的高温烟气等均可视为灰体。
E/E1000
10 10 10 10 10
5 4
E0λ
3
2
1
E0
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10 1000 1200 1400 1600 1800 2000
0
8 T,K
二、单色辐射高温计
• 当物体温度高于700℃时，会明显地发出可见 光，具有一定的亮度。物体在波长λ 的亮度Bλ 和它的辐射强度Eλ 成正比，即 c——比例常数。 B cE • 根据维恩公式，绝对黑体在波长λ 的亮度B0λ 与温度TS的关系为 ： B0 cc15ec 2 /(Ts ) • 实际物体在波长λ 的亮度 5 c 2 /(T ) Bλ 与温度T的关系为 B c c1 e • 由上式可知，由于ε λ 的不同，即使它们的亮 度Bλ 相同，物体的温度也有差别。
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2、光电高温计
• 特点：在光学高温计的基础上发展起来的，可 以自动平衡亮度、自动连续记录被测温度示值 的测温仪表。用光电器件作为仪表的敏感元件，
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3、使用单色辐射高温计的注意事项
（1）非黑体辐射的影响 人为地创造黑体辐射的条件，即把一根有 封底的细长管插到被测对象中，在充分受热后， 管底的辐射就近乎黑体辐射。 1：10 （2）中间介质的影响 光学高温计和被测物体之间的灰尘、烟雾 和二氧化碳等气体，对热辐射会有吸收作用， 因而造成测量误差。距离在1～2m之内 。 （3）对被测对象的限定 不宜测量反射光很强的物体；不能测不发 光的透明火焰。不能测物体内部点的温度 。
T — 绝对黑体温度（K）。
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维恩公式 ：
• 温度低于3000K时，普朗克公式可用维恩公式 代替，误差不超过1％ 。 E 0 c15 exp(c2 / T ) • 普朗克公式的函数曲线如图3－23所示。从曲 线可知，当温度增高时，单色辐射强度随之增 长，曲线的峰值随温度升高向波长较短方向移 动。
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一、热辐射测温的基本原理
• 绝对黑体（又称全辐射体）的单色辐射强度 E0λ 随波长的变化规律由普朗克定律确定：
E0 c1 [exp( c2 / T ) 1]
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式中： c1—— 普朗克第一辐射常数， c1=37413 W·μ m4 ／ cm2 ； c2——普朗克第二辐射常数， c2=14388 μ m·K ； λ ——辐射波长（μ m）；
E0λ,W/(cm2. μm)
λ,μm
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波长λ 从0～∞的全部辐射能量的总和E0
• 绝对黑体全辐射定律：
E 0 E 0 d c15 (e
0 0 c2 T
1) 1 d 0T 4
式中：σ 0——斯蒂芬一玻耳兹曼常数，等于 5.67×10-12 W／（cm2· K4）。 绝对黑体的全辐射能量和其热力学温度的 四次方成正比。
§3-5、非接触测温
• 应用范围：测量运动物体和极高温度的物体 • 分类：一类是光学辐射式高温计，包括单色光 学高温计、光电高温计、全辐射高温计，比色 高温计等；另一类是红外辐射仪，包括全红外 辐射仪、单红外辐射仪、比色仪等。 • 特点：感温元件不与被测介质接触，因而不破 坏被测对象的温度场，也不受被测介质的腐蚀 等影响。动态特性好，可测量处于运动状态的 对象温度和变化着的温度。
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国产WGG2-323型光学高温计的结构原理
1－目镜；2－吸收玻璃；3－高温计灯泡；4－目镜；5－红色滤光片；
6－显示仪表；7－滑线电阻；K－开关；E－干电池
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亮度平衡时灯丝顶端的轮廓隐灭于被测对象的影像中
（a）灯丝太暗；（b）灯丝太亮；（c）隐丝（正确）
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单色辐射能与全辐射能比较
• E０λ 与E０随温度变化的曲线如图所示。虚线表示当
λ =0.65μ m时E０λ 随温度变化的曲线，实线表示E０随 温度变化的曲线。当温度升高时，单色辐射强度要比全 辐射能量的增长快得多。因此，单色辐射光学高温计比 全辐射高温计灵敏度高、测量准确度高。