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非接觸式測溫方法及相關的儀器儀表(廣泛應用于700℃以上的溫度檢測)

2010-12-17

                           非接觸式測溫方法及相關的儀器儀表(廣泛應用于700℃以上的溫度檢測)
輻射溫度計屬于非接觸式測溫儀表，廣泛用于測量700℃以上的溫度。用紅外技術測溫時其下限可達100℃或更低。因為是非接觸，所以利用這種溫度計測量溫度時，儀表不會破壞被測對象的溫度場，并且在測量高速旋轉、移動或腐蝕性較強的物體溫度時，此使用接觸式測江儀表優越。由于感溫元件不必與被測對象達到熱平衡，達到相同的溫度，因此儀表的測量上限不受感溫元件材料熔點的限制，儀表的滯后小，動態響應好。輻射溫度計的輸出信號大，靈敏度高，精度也高。因此90國際溫標中規定，在961.78℃以上采用光學或光電高溫計作為標準儀器。
   1、基本概念
（1）輻射能所有物體，只要其溫度高于熱于力學零度，都會以電磁波的形式向外發射輻射能。物體的輻射能以各種波長發射，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關心的物體所能吸收的，而且在吸收時又能重新轉變為熱能的那些射線，它們的熱效應顯著，所以又把這部分的電磁波稱為熱射或熱輻射。相應地，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從單位面積向半球空間發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，稱為該物體的全發射率ε，簡稱發射率或黑度。可用以下方式表示：
             ε=W/Wb
(6)單色發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波長下的單色輻射功率Wbλ 之比，稱為單色發射率或單色黑度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，當入射能量進入空腔后，經過多次折射和吸收后只有很少一部分分射出，這樣就可以認為入射的能量全部被吸收了，即a=1工業黑體模型，它為一細長管，管直徑與管長這比無小于1/10，也可認為它的a=1
根據基爾霍夫定律，在熱力學平衡狀態下，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量子統計理論導出了黑體在不同溫度下單色輻射功率隨波長的分布規律，即所謂普克朗定律。
（2）維恩位移定律當溫度升高時，單色輻射功率也隨之增大，其增長程度因波長不同。同時，當溫度升高時，單色輻射功率的大值向短波方向移動。對應于單色輻射功率大值的波長與熱力學溫度之間的關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積分，即等到波長在范圍內的黑體輻射功率。斯蒂芬-玻爾曼定律表明，在整個波長范圍內的黑體輻射力與溫度的4次方成正比。