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非接觸式測(cè)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(cè))

2010-12-17

                           非接觸式測(cè)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(cè))
輻射溫度計(jì)屬于非接觸式測(cè)溫儀表，廣泛用于測(cè)量700℃以上的溫度。用紅外技術(shù)測(cè)溫時(shí)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(cè)量溫度時(shí)，儀表不會(huì)破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)，并且在測(cè)量高速旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)或腐蝕性較強(qiáng)的物體溫度時(shí)，此使用接觸式測(cè)江儀表優(yōu)越。由于感溫元件不必與被測(cè)對(duì)象達(dá)到熱平衡，達(dá)到相同的溫度，因此儀表的測(cè)量上限不受感溫元件材料熔點(diǎn)的限制，儀表的滯后小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。輻射溫度計(jì)的輸出信號(hào)大，靈敏度高，精度也高。因此90國(guó)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(huì)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(zhǎng)發(fā)射，如X光、紫外光、可見(jiàn)光、紅外光和無(wú)線電波等。
（2）熱輻射輻向測(cè)溫技術(shù)關(guān)心的物體所能吸收的，而且在吸收時(shí)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(jiàn)光和紅外光，即波長(zhǎng)λ在0.4 ~ 1000um之間的射線。其中波長(zhǎng)在0.4 ~ 0.76um間的稱為可見(jiàn)光波，而波長(zhǎng)在0.76 ~ 1000um間的稱為紅外光波。
（3）輻射功率物體在單位時(shí)間內(nèi)從單位面積向半球空間發(fā)射的全部波長(zhǎng) 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(hào)W表示，單位為W/m2。
（4）單色輻射功率物體在一定波長(zhǎng)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(hào)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(jiǎn)稱發(fā)射率或黑度。可用以下方式表示：
             ε=W/Wb
(6)單色發(fā)射率在某波長(zhǎng)下物體的單色輻射功率Wλ 與同溫度黑體在相應(yīng)波長(zhǎng)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(shí)，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(guò)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(gè)黑體的近似模型央空腔的壁上開有一個(gè)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(guò)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(zhǎng)管，管直徑與管長(zhǎng)這比無(wú)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(zhǎng)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(shí)，單色輻射功率也隨之增大，其增長(zhǎng)程度因波長(zhǎng)不同。同時(shí)，當(dāng)溫度升高時(shí)，單色輻射功率的大值向短波方向移動(dòng)。對(duì)應(yīng)于單色輻射功率大值的波長(zhǎng)與熱力學(xué)溫度之間的關(guān)系由維恩位移定律來(lái)表述。
（3）斯蒂芬-玻爾茲曼定律在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)積分，即等到波長(zhǎng)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(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的黑體輻射力與溫度的4次方成正比。

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