《传感器与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第6章 热电传感器 6.4 非接触式测温

6.4非接触式测温 ·高温测量中应用最广泛，主要应用行业为治金、铸造、热 处理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工业生产过程中。 ·任何物体处于绝对零度以上时，都会以一定波长电磁波的 形式向外辐射能量。辐射式测温仪表就是利用物体的辐射 能量随其温度而变化的原理制成的。 ●测量时，只需把温度计光学接收系统对准被测物体，而不 必与物体接触，因此可以测量运动物体的温度并不会破坏 物体的温度场。此外，由于感温元件只接收辐射能，不必 达到被测物体的实际温度，从理论上讲，它没有上限，可 以测量高温。 ·非接触测温仪表分类：光学高温计、辐射式温度计

6.4 非接触式测温 ⚫ 高温测量中应用最广泛，主要应用行业为冶金、铸造、热 处理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工业生产过程中。 ⚫ 任何物体处于绝对零度以上时，都会以一定波长电磁波的 形式向外辐射能量。辐射式测温仪表就是利用物体的辐射 能量随其温度而变化的原理制成的。 ⚫ 测量时，只需把温度计光学接收系统对准被测物体，而不 必与物体接触，因此可以测量运动物体的温度并不会破坏 物体的温度场。此外，由于感温元件只接收辐射能，不必 达到被测物体的实际温度，从理论上讲，它没有上限，可 以测量高温。 ⚫ 非接触测温仪表分类：光学高温计、辐射式温度计

非接触式测温主要内容 ·6.4.1热辐射基本定理 ·6.4.2光学高温计 ●6.4.3光电高温计 。6.4.4辐射温度计 。6.4.5比色温度计

非接触式测温主要内容 ⚫ 6.4.1 热辐射基本定理 ⚫ 6.4.2 光学高温计 ⚫ 6.4.3 光电高温计 ⚫ 6.4.4 辐射温度计 ⚫ 6.4.5 比色温度计

6.4.1热辐射基本定理 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500C左右时。 辐射光谱包括了部分可见光；到800C时可见 光大大增加，即呈现“红热”；如果到3000C 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，这就是 返同间 上一页 下一页

6.4.1 热辐射基本定理 ⚫ 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5000C左右时。 辐射光谱包括了部分可见光；到8000C时可见 光大大增加，即呈现“红热”；如果到30000C 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，这就是-。 返 回 上一页 下一页

热辐射基本定理 (1)热辐射的重要参数 (2)辐射能的分配 (3)基尔霍夫定律 (4)黑体辐射定律 返回 上一页 下一页

热辐射基本定理 (1) 热辐射的重要参数 (2) 辐射能的分配 (3) 基尔霍夫定律 (4) 黑体辐射定律 返 回 上一页 下一页

(1)热辐射的重要参数 ①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(U。 ②辐射能通量是辐射能随时间的变化率，又称辐射率： do (6.4.1) dt 其单位是瓦特(W。 ③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(Wsr)。 返同 上一页 下一而

(1)热辐射的重要参数 ①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)。 ②辐射能通量 是辐射能随时间的变化率，又称辐射率： (6.4.1) 其单位是瓦特(W)。 ③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)。 dt dQ  = 返 回 上一页 下一页

(1)热辐射的重要参数 ④辐射出射度M离开辐射源表面一点处的面单元上的辐 射能量除以该单元面积，称为该点的辐射出射度，即 dΦ ds (6.4.2 辐射出射度的单位为瓦/米2W/m)。 ⑤辐射亮度L和光谱辐射亮度表面一点处的面元在给定 方向上的辐射强度，除以该面元在垂直于给定方向平 面上的正投影面积，称为该方向的辐射亮度L。辐射 亮度实际上包括所有波长的辐射能量。如果是辐射光 谱中某一波长的辐射能量则称为在此波长下的光谱辐 射亮度。 返回 上一页

(1)热辐射的重要参数 ④辐射出射度M 离开辐射源表面一点处的面单元上的辐 射能量除以该单元面积，称为该点的辐射出射度，即 (6.4.2) 辐射出射度的单位为瓦/米2 (W/m2 )。 ⑤辐射亮度L和光谱辐射亮度 表面一点处的面元在给定 方向上的辐射强度，除以该面元在垂直于给定方向平 面上的正投影面积，称为该方向的辐射亮度L。辐射 亮度实际上包括所有波长的辐射能量。如果是辐射光 谱中某一波长的辐射能量则称为在此波长下的光谱辐 射亮度。 dS d M  = 返 回 上一页 下一页

(2)辐射能的分配 当物体接受到辐射能量以后，根据物体本身的性质， 会发生部分能量吸收、透射和反射 =0+Op+OR 94+g+m -a+t+p Q a一吸收率； τ一透射率； p一反射率。 Cp 返回上一页 下一页

(2)辐射能的分配 ⚫ 当物体接受到辐射能量以后，根据物体本身的性质， 会发生部分能量吸收、透射和反射 Q = QA + QD + QR = + + =  + +  Q Q Q Q Q QA D R 1 α―吸收率； τ ―透射率； ρ ―反射率。 返 回 上一页 下一页

物体分类： 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”。 返回

物体分类： 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”。 返 回 上一页 下一页

在自然界中黑体、白体和透明体都是不存在的。 一般固体和液体的π值很小或等于零，而气体 的x值较大。对于一般工程材料来讲，t=0而 +p=1,称为灰体 从传热学角度看，可以人为制造黑体 (a)有小孔的空腔 (b)工业黑体模型 返同 上一页 下一页

⚫ 在自然界中黑体、白体和透明体都是不存在的。 一般固体和液体的τ值很小或等于零，而气体 的τ值较大。对于一般工程材料来讲， τ＝0而 α+ρ =1，称为灰体 ⚫ 从传热学角度看，可以人为制造黑体 返 回 上一页 下一页

(3)基尔霍夫定律 各物体的辐射出射度和吸收率的比值都相同，和物体 的性质无关，是物体的温度和发射波长的函数 M(,T) M(2,T) M,(A,T) .=f(九，T) 0(元，T) (元，T) ,(,T) 式中：M0,T),M10T),M20T)一物体的单色0)辐射出射度： o0,T),a2①T),a20,T)一物体的单色(0)吸收率。 返回 一 一页

(3)基尔霍夫定律 ⚫ 各物体的辐射出射度和吸收率的比值都相同，和物体 的性质无关，是物体的温度和发射波长的函数 . ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) 2 2 1 1 0 0 f T T M T T M T T M T           = = = = 式中：M0 (λ,T), M1 (λ,T), M2 (λ,T) ―物体的单色(λ)辐射出射度； α0 (λ,T), α2 (λ,T) , α2 (λ,T) ―物体的单色(λ)吸收率。 返 回 上一页 下一页