03第2章温度辐射测温教程课件.ppt
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- 03 温度 辐射 测温 教程 课件
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1、2.4 辐射辐射温度计温度计2.4.1 辐射测温原理2.4.2 辐射测温方法及其仪表2.4.3 红外测温与红外成像测温仪辐射测温主要有如下三种基本方法 亮度法 比色法 全辐射法2.4.1 辐射测温原理辐射测温原理辐射式温度计辐射式温度计的感温元件通常工作在属于可见光和红外光的波长区域。辐射式温度计的感温元件使用的波长范围为0.340m。相关概念相关概念: 绝对黑体:在任何温度下,均能全部吸收辐射到它上面的任何辐射能量 选择吸收体:对辐射能的吸收(或辐射)除与温度有关外,还与波长有关 灰体:吸收(或辐射)本领与波长无关一、普朗克公式普朗克公式阐明了绝对黑体的辐射强度与温度及波长的关系:阐明了绝对
2、黑体的辐射强度与温度及波长的关系: 对于灰体,某一波长下的辐射强度等于:对于灰体,某一波长下的辐射强度等于:0EE 1510) 1(2tCeCE在一定波长下,测量物体的辐射强度,可推算出其温度。在一定波长下,测量物体的辐射强度,可推算出其温度。所以只要可得到定波长条件所以只要可得到定波长条件下的下的辐射强度,就可得温度。辐射强度,就可得温度。 黑体光谱辐射亮度黑体光谱辐射亮度也称单位立体角的光谱辐射强度光谱辐射强度1511112TcbbecEB热辐射测温理论基础热辐射测温理论基础二、二、维恩公式维恩公式TcbecE251 温度在温度在3000K以下普朗克公式可用维恩公式代替,维恩以下普朗克公式
3、可用维恩公式代替,维恩公式表达式为:公式表达式为: 当波长一定时,黑体辐射本领就仅仅是温度的函数,即:当波长一定时,黑体辐射本领就仅仅是温度的函数,即:)(),(0TfTM三、三、全辐射定律全辐射定律(斯蒂芬斯蒂芬波尔茨曼波尔茨曼) 温度为温度为T的绝对黑体,在单位面积上辐射的总能量与的绝对黑体,在单位面积上辐射的总能量与绝对温度绝对温度T的四次方成正比即:的四次方成正比即: 4TE式中式中 :E 物体在温度物体在温度T时红外辐时红外辐 射总能量;射总能量; T 物体的绝对温度物体的绝对温度 ; 斯忒藩斯忒藩-玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数(5.669710-8Wm-2K-4; 比辐射率,即物体表面
4、辐射本领与黑体辐射本领比辐射率,即物体表面辐射本领与黑体辐射本领 之比值,黑体的之比值,黑体的=1 。 2.4.2 辐射测温方法及其仪表 1.光谱辐射温度计 2. 比色高温计 3 .辐射温度计 光学高温计光电高温计硅辐射温度计亮度温度:在波长为在波长为 、温度为、温度为T时,某物体的辐射亮度时,某物体的辐射亮度L与温度为与温度为TL的绝对黑体的亮度的绝对黑体的亮度L0 相等,则称相等,则称TL为这个物为这个物体在波长为体在波长为时的亮度温度。其数学表达式为时的亮度温度。其数学表达式为 E(,)= E0(,)= E0(,L) C1-5exp-C2/(T) = C1-5exp-C2/(TL) 光学
5、高温计是在波长为的单色波长下获得的亮度。这样,物体的真实温度为: 22lnCTTCTLL1) 亮度高亮度高温计温计依据物体光谱辐射出射度辐射出射度或辐射亮度辐射亮度和其温温度度T的关系,可以测出物体的温度。分类:光学高温计、光电高温计用光学高温计测量被测物体的温度是“亮度温度”。光学高温计的示意图: 光电温度计采用光电元件作为敏感元件感受辐射源的亮度变化,并根据被测 物体亮度与温度的关系确定温度的高低 光学高温计在测量物体的温度时,由于要靠手动调节灯丝的亮度,由眼睛判别灯丝的“隐灭”,故观察误差较大,也无法实现自动检测和记录。2)光电温度计)光电温度计3 3) 比色温度比色温度计计 比色温度计
6、是基于维恩位移定律工作的根据比色温度的定义,应用维恩公式,可导出物体的真实温度和其比色温度的关系:)/1/1 ()/ln(1121221CTTR 比色温度计比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使适于环境条件恶劣的工业现场中使用,如用,如 : :烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场。化和炉窑等应用现场。4)辐射式温度计 全辐射高温计 全辐射高温计是接受被测物体全部辐射能量来测定温度的辐射温度计的敏辐射温度计的敏感元件,分感元件,分光电型光电型与与热敏型热敏型两大类两大类红外测温原理 全辐射测温是测量物体所辐射出来的全波段辐射能量来决定物体的
7、温度。它是斯蒂芬玻尔兹曼定律的应用,定律表达式为 W物体单位面积所发射的辐射功率,数值上等于物体的全波辐射出射度; 物体表面的法向比辐射率; 斯蒂芬玻尔兹曼常数; T物体的绝对温度(K)。4WT2.4.3 红外测温与红外成像测温仪红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形钢铁工业解决方案钢铁工业解决方案汽车检测与维护 供热、通风及制冷行业应用 水泥回转窑筒体扫描温度测量系统水泥回转窑筒体扫描温度测量系统 玻璃加工制造玻璃加工制造 电气系统故障诊断 热成像仪 热成像技术是测温自动检测技术与红外技术的综合应用。最早用于军事,后在工业、医学和科研工作等方面获得广泛应用。 应用范围:用于场参数测量。 工
8、作波段:红外波段。 工作原理:利用红外扫描原理来测量物体表面温度分布与热状态;Ti30Ti30热像仪热像仪X射线射线紫外线紫外线近红外线近红外线红外线短波红外线短波红外线中波红外线中波红外线长波红外线长波微波微波波长单位为微米波长单位为微米 (m)10-410-20.280.400.702.006.008.0010415.00热测量红外辐射与光波和无线电红外辐射与光波和无线电波一样,是一种电磁波;波一样,是一种电磁波;红外热像仪可以接收红外红外热像仪可以接收红外辐射并将其转换为温度辐射并将其转换为温度。红外辐射红外热像仪原理热成像技术是测温自动检测技术与红外技术的综合应用。热成像技术是测温自动
9、检测技术与红外技术的综合应用。物物体体红外镜头红外镜头探测器探测器红外热图红外热图红外辐射红外辐射红外热像仪工作示意图红外热像仪是全被动接收仪器,依靠接收目标自红外热像仪是全被动接收仪器,依靠接收目标自身辐射的红外信号工作,对于其他精密电子仪器身辐射的红外信号工作,对于其他精密电子仪器设备没有任何干扰设备没有任何干扰。电路处理电路处理红外热像图红外热像仪接收目标各部位辐射的红外能量,并将其转换为温度值,用不同的颜色标示不同的温度,以热像图方式在液晶屏上显示。可见光图可见光图 红外热像图红外热像图2.52.5 测温仪表的选择及安装测温仪表的选择及安装 接触式测温元件的选型接触式测温元件的选型 一
10、般在一般在t500t500t500高温区,如冶金炉窑等热工设备的在线检测中选用较高温区,如冶金炉窑等热工设备的在线检测中选用较多的是热电偶。多的是热电偶。 非接触式测温元件的选型非接触式测温元件的选型 从仪表的灵敏度上讲,光学高温计的灵敏度最高;比色温度计次之;辐从仪表的灵敏度上讲,光学高温计的灵敏度最高;比色温度计次之;辐射温度计差一些。故国际温标以基准光学射温度计差一些。故国际温标以基准光学(光电光电)高温计作为标准温度计。高温计作为标准温度计。 从测量误差上来讲,随着温度升高,从测量误差上来讲,随着温度升高,TR、TL的相对误差也增大,而的相对误差也增大,而TP的的相对误差维持不变;对于
11、发射率低的物体,其相对误差维持不变;对于发射率低的物体,其TP与真实温度相差较大,而比与真实温度相差较大,而比色温度色温度TR的差别最小。的差别最小。(1)(1) 满足生产工艺对测温提出的要求满足生产工艺对测温提出的要求;(2)(2) 组成测温系统的各基本环节必须配套组成测温系统的各基本环节必须配套;(3)(3) 注意仪表工作的环境注意仪表工作的环境;(4)(4) 投资少且管理维护方便投资少且管理维护方便。热电偶的安装热电偶的安装 热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择短来选择热电偶和保护套管热电偶和
12、保护套管。其。其安装地点要有代表性安装地点要有代表性,安装方法要正确,下,安装方法要正确,下图是安装在管道上常用的两种方法。图是安装在管道上常用的两种方法。 热电偶安装图通过温度变送经放大通过温度变送经放大后后, 再接指示仪表或作再接指示仪表或作为控制用的信号。为控制用的信号。 (1) (1) 热电偶温度计应按规定型号配用热电偶的补偿导线,正、负极不热电偶温度计应按规定型号配用热电偶的补偿导线,正、负极不要接错,并注意使用温度不超出其规定值要接错,并注意使用温度不超出其规定值。 (2) (2) 热电阻应采用三线制接法与显示仪表相接;连接导线可采用普通热电阻应采用三线制接法与显示仪表相接;连接导
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