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非接觸式測溫方法及相關(guān)的儀器儀表(廣泛應(yīng)用于700℃以上的溫度檢測)

2010-12-17

                           非接觸式測溫方法及相關(guān)的儀器儀表(廣泛應(yīng)用于700℃以上的溫度檢測)
  輻射溫度計(jì)屬于非接觸式測溫儀表，廣泛用于測量700℃以上的溫度。用紅外技術(shù)測溫時其下限可達(dá)100℃或更低。因?yàn)槭欠墙佑|，所以利用這種溫度計(jì)測量溫度時，儀表不會破壞被測對象的溫度場，并且在測量高速旋轉(zhuǎn)、移動或腐蝕性較強(qiáng)的物體溫度時，此使用接觸式測江儀表優(yōu)越。由于感溫元件不必與被測對象達(dá)到熱平衡，達(dá)到相同的溫度，因此儀表的測量上限不受感溫元件材料熔點(diǎn)的限制，儀表的滯后小，動態(tài)響應(yīng)好。輻射溫度計(jì)的輸出信號大，靈敏度高，精度也高。因此90國際溫標(biāo)中規(guī)定，在961.78℃以上采用光學(xué)或光電高溫計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)儀器。
   1、 基本概念
  （1）輻射能  所有物體，只要其溫度高于熱于力學(xué)零度，都會以電磁波的形式向外發(fā)射輻射能。物體的輻射能以各種波長發(fā)射，如X光、紫外光、可見光、紅外光和無線電波等。
  （2）熱輻射  輻向測溫技術(shù)關(guān)心的物體所能吸收的，而且在吸收時又能重新轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿哪切┥渚€，它們的熱效應(yīng)顯著，所以又把這部分的電磁波稱為熱射或熱輻射。相應(yīng)地，熱射線所具有的能量稱為熱輻射能。熱輻射主要指可見光和紅外光，即波長λ在0.4 ~ 1000um之間的射線。其中波長在0.4 ~ 0.76um間的稱為可見光波，而波長在0.76 ~ 1000um間的稱為紅外光波。
  （3）輻射功率  物體在單位時間內(nèi)從單位面積向半球空間發(fā)射的全部波長 的總輻射能量，和為輻射功率（又稱為半球總輻射力、輻射能力）。用符號W表示，單位為W/m2。
  （4）單色輻射功率  物體在一定波長下的輻射功率，稱為單色輻射功率（又稱這單色輻射力、光譜輻射力）。作符號Wλ表示，單位為W/m2um。
  （5）發(fā)射率  物體的全輻射功率W與同溫度下的全輻射功率Wb之比，稱為該物體的全發(fā)射率ε，簡稱發(fā)射率或黑度?？捎靡韵路绞奖硎荆?br/>             ε=W/Wb
  (6)單色發(fā)射率 在某波長下物體的單色輻射功率Wλ 與同溫度黑體在相應(yīng)波長下的單色輻射功率Wbλ 之比，稱為單色發(fā)射率或單色黑度ελ，用以下方法表示：
             ελ=Wλ/Wbλ
    2、輻射能的分配
  當(dāng)輻射能投射到物體表面時，一般情況下，其中的一部分被物體吸收同部分被反射，另一部分可透過物體。
  在自然界中黑體是不存在的，從熱學(xué)的角度看，可以人為制造黑體，一個黑體的近似模型央空腔的壁上開有一個小孔，它的尺寸比空腔的尺寸小行多，當(dāng)入射能量進(jìn)入空腔后，經(jīng)過多次折射和吸收后只有很少一部分分射出，這樣就可以認(rèn)為入射的能量全部被吸收了，即a=1工業(yè)黑體模型，它為一細(xì)長管，管直徑與管長這比無小于1/10，也可認(rèn)為它的a=1
 根據(jù)基爾霍夫定律，在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，物體的以射能力越大，基吸收率也越大，換言之，善于以射的物體也一定善于吸收。
  3、黑體輻射定律
  （1）普朗克定律  普朗克根據(jù)量子統(tǒng)計(jì)理論導(dǎo)出了黑體在不同溫度下單色輻射功率隨波長的分布規(guī)律，即所謂普克朗定律。
  （2）維恩位移定律  當(dāng)溫度升高時，單色輻射功率也隨之增大，其增長程度因波長不同。同時，當(dāng)溫度升高時，單色輻射功率的大值向短波方向移動。對應(yīng)于單色輻射功率大值的波長與熱力學(xué)溫度之間的關(guān)系由維恩位移定律來表述。
  （3）斯蒂芬-玻爾茲曼定律  在整個波長范圍內(nèi)積分，即等到波長在范圍內(nèi)的黑體輻射功率。斯蒂芬-玻爾曼定律表明，在整個波長范圍內(nèi)的黑體輻射力與溫度的4次方成正比。