光学高温计

∫ M
∞
M
0
d
6
第七章 非接触测温方法和仪表
物体的亮度与物体辐射出射度的大小是成正比关系的。
7
第七章 非接触测温方法和仪表
普朗克定律:
也可用亮度表示：
式中，为波长；c1为普朗克第一辐射常数, c2为普朗克 第二辐射常数，h为普朗克常数；c为光速；k为玻耳兹曼 常数
8
第七章 非接触测温方法和仪表
17
第七章 非接触测温方法和仪表
18
第七章 非接触测温方法和仪表
1－物镜； 2－吸收玻璃； 3－灯泡； 4－红色滤波片； 5－目镜； 6－指示仪器； 7－滑线电阻； E－电源； K－开关； R1－刻线调整电阻
19
第七章 非接触测温方法和仪表
亮度温度
为了校正光学高温计测量非黑体的温度比真实温度偏低的偏差。
10
第七章 非接触测温方法和仪表
同样温度下，普通物体与绝对黑体向外界辐射能 量的能力是不一样的。为什么？
11
第七章 非接触测温方法和仪表
M (T
M
0
(T
) )
(T
)
(T ) (T )
假设物体温度不变，物体此时与外界热交换途径 只有辐射方式，则物体吸收的辐射能将全部以辐 射的方式传向外界。同样的能量辐射给绝对黑体 和普通物体，绝对黑体吸收的多，辐射也就多。 光谱发射率等于它的光谱吸收率。
基尔霍夫定律 光谱吸收比
(T
)
d '(,T d ( )
)
式中，d '(,T )为照射到物体单位面积上的辐 通量(包括有不同波长 的辐射)； d() 为被
物体吸收的辐通量。
M (T )
(T )
f (T )
M (T ) : 物体的光谱辐射出射度（光出射度）
9
第七章 非接触测温方法和仪表wenku.baidu.com
在热平衡时被分析物体向四周的辐射功率等于 它吸收的功率，
4
第七章 非接触测温方法和仪表
从传热学角度看，可以人为制造黑体
5
第七章 非接触测温方法和仪表
热辐射理论是辐射式测温仪表的理论依据。在温 度测量中，主要涉及的波长范围是可见光与0.76～ 20μm的红外光区。
辐射出射度是指物体单位表面积在单位时间内所 发射的全部波长范围的辐射能量的总和，并以符号M 表示。如物体单位表面积单位时间内在波长λ处的dλ 波段内所辐射的能量为dM，则把称为物体在波长λ处 的光谱辐射出射度（又称单色辐射出射度）。显然辐 射出射度M与光谱辐射出射度Mλ之间存在如下关系：
12
第七章 非接触测温方法和仪表
斯忒潘—玻耳兹曼定律:斯式潘根据实验得出结 论，物体的总的辐射出射度 M 0(T ) 与温度的 四次方成正比。
M 0(T ) T 4
对于非黑体的一般物体：
M (T ) T T 4
式中：
T为温度为T时全波长范围的材料发射率，也称为黑度系数；
为斯忒潘－玻耳兹曼常数；
第七章 非接触测温方法和仪表
非接触测温主要是利用光辐射来测量物体 温度。任何物体受热后都特有一部分的热能转 变为辐射能，温度越高，则发射到周围空间的 能量就越多。辐射能以波动形式表现出来，其 波长的范围极广，从短波、x光、紫外光、可 见光、红外光一直到电磁波。而在温度测量中 主要是可见光和红外光，因为此类能量被接收 以后，多转变为热能，使物体的温度升高，所 以一般就称为热辐射。
16
第七章 非接触测温方法和仪表
隐丝式光学高温计
隐丝式光学高温计
光学系统 红色滤波片，造成一个较窄的有效波长 吸收玻璃，目的是扩展量程 目镜和物镜是一套光学系统电测系统包括指示仪表、灯
泡、电源和调节电阻四部分。 光学高温灯泡：标准辐射源 电源、调节电阻和指示仪表组成测量电路 原理一般有电压表式，电流表式以及不平衡电桥和平衡电 桥式四种。
他物体的亮度与之相等，他们的温度相等。
精密光学高温计用于科学实验中的精密测试； 标准光学高温计用于量值的传递，例如，在物质熔点、热 容量和相变点的测定中使用。光学高温计可用来测量8003200摄氏度的高温
由于采用用肉眼进行色度比较，所以测量误差与人的经验 有关。光学高温计测量的温度称为亮度温度测对象为非黑体 时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。
15
第七章 非接触测温方法和仪表
隐丝式 利用调节电阻来改变高温灯泡的工作电流，当灯丝的亮 度与被测物体的亮度一致时，灯泡的亮度就代表了被测 物体的亮度温度。
恒定亮度式 利用减光楔来改变被测物体的亮度，使它与 恒定亮度温度的高温灯泡相比较，当两者亮度相等时，根 据减光楔旋转的角度来确定被测物体的亮度温度。由于隐 丝式光学高温计的结构和使用方法都优于恒定亮度式，所 以应用广泛。
3
第七章 非接触测温方法和仪表
黑体（绝对黑体）：照射到物体上的辐射能全部被吸收， 既无反射也无透射。
透明体：照射到物体上的辐射能全部透射过去， 既无吸收又无反射。
镜体、白体：照射到物体上的辐射能全部反射出去。若物体 表现平整光滑，反射具有一定规律，则该物体 称之为镜体若反射无一定规律，则该物体称为 绝对白体或者简称为白体.
＝5.6696 10-3W m2K 4
T为物体的热力学温度
13
第七章 非接触测温方法和仪表
维恩位移定律
热辐射电磁波中包含着各种波长，从实验可知，物体
峰值辐射波长 m与物体自身的绝对温度T成以下关系
mT 2897(m*k)
14
第七章 非接触测温方法和仪表
光学高温计测温原理： 如果已知某物体亮度与其所处温度的对应关系，如果其
2
第七章 非接触测温方法和仪表
辐射能Q 以辐射的形式发射、传播或接收的能量称为 辐射能，单位为焦耳(J)
辐射能通量 是辐射能随时间的变化率，又称辐射率： 其单位是瓦特(W)
辐射强度I
在给定方向上的立体角单元内，离开点辐 射源或辐射源面单元的辐射功率除以该立体 角单元，称为该方向上的辐射强度，其单位 为瓦/球面度(W/Sr)
1
第七章 非接触测温方法和仪表
辐射换热是三种基本的热交换形式之一
波长范围 10-3m～10-8m
在低温时，物体辐射能量很小，主要发射的是 红外线。随着温度的升高，辐射能量急剧增加，
辐射光谱也向短的方向移动，在 500 0C 左右时, 辐射光谱包括了部分可见光；到 800 0C 时可见 光大大增加，即呈现红热.如果到 3000 0C 时，辐射光谱 包括更多的短波成分，使得物体呈现白热. 辐射测温的基本原理：观察灼热物体表面的颜色来大致 判断物体的温度