03第2章温度辐射测温教程
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《红外辐射测温技术》讲义0 绪论使学生了解红外测温的基础知识和基本理论,辐射测温的基本工作原理,熟悉辐射测温仪表的基本构成,为辐射测温仪表的研制奠定基础。
1.课程内容、地位与应用■红外辐射:红外技术是研究红外波段内电磁波的规律并使其应用的一门现代技术。
众所周知,从波长很长的无线电波到波长很短的宇宙射线都是不同波长的电磁波,或称为电磁辐射。
波长的单位在行业内习惯用微米(µm) 。
频率ν和波长λ的关系为λν= c (光速);也有用波数σ表示波长的σ=1/λ(cm-1) 。
电磁波谱上的每一段都具有其独特的规律,每一段都是一个研究领域,都有其特性和规律,研究并使其应用,造福于人类是每个学科的宗旨。
红外技术就是研究红外区域内电磁波的规律的一门学问。
包括可见光直到紫外部分。
* 需要记住和理解的几点内容:➢“红外辐射是人眼看不见的光线”;➢“红外辐射就是热辐射”➢“对红外线的研究也属于光学范畴。
”红外技术的应用:①军事上:●军事目标的侦察、监视、预警与跟踪●红外制导是一种重要的制导方式。
●红外通信。
●军用夜视仪。
●是探测隐身飞行器的一种手段。
● 对威胁进行红外告警。
②在民用方面:红外测温,红外遥控,红外遥感,红外医疗,红外加热,红外光谱技术。
总之,红外技术的应用及其广泛,它已涉及到军事战术或战略的情报搜集、目标的侦察监视、武器制导等各个领域,对未来战争产生重大的影响。
在工业、医学和科研等许多方面也广为使用,例如热源探测,医用热像仪、温度测量与过程控制、红外光谱分析、红外加热、红外遥感、红外天文学等。
■测温技术温度测量的方法可分两大类:辐射测温特点:优点:响应速度快、分辨率高,适用于旋转物体、移动物体、热容量小的物体、腐蚀性场合,以及接触式测温无法使用的条件下,辐射测温被广泛应用。
如:电力、冶金、化工橡胶等领域● 焊接、炉窑、焦化、电力(变压器) ● 感应加热、塑料、玻璃 ● 金属挤压成型 ● 热处理和退火缺陷:①一般辐射温度计都只能测得亮度温度或辐射温度,由于一般被测物体发射率都小于l ,所以不能测得真温度。
漏度是物质内部分子热运动的一种宏观表现,温度的高低变化揭示了物质系统的运行状态及相应的变化既律,是确定物质状态的最重要参数之一。
温度的测量与控制在国防、军事、利学实验及工农业生产中具有十分重要的作用,尤其是高温测量,在航空,材料,能源、冶金等领域占有极重要的地位。
液态金属的快速凝固是先进材料的制备工艺之一,近十年来在材料科学与工程领域得到愈来愈广一泛的研究和应用。
由于传热是金属熔体发生液固相变的首要条件,温度成为标志金属所处物理状态及其凝固过程进行程度的重要宏观参量。
因此,温度测量对于深入研究快速凝固过程的动力学规律以及实现这一过程的动态控制都是极其必要的。
温度的洲!晕.方法大致可分为两种:接触法和非接触法。
在接触测温法中,热电偶和热电阻温度计应用最为广泛,该方法的优点是设一备简单和操作简使,测得的足物体的真实洲度。
其缺点是动态特性差,由于要接触被测物体,故对被测物体的温度分布有影响,且不能应用于甚高温测量。
另一方面,在有些情况下,比如对微小和运动的物体以及在一些特殊环境中的测量,对一物体的接触测量是不可能的,这时只能考虑用非接触测量的方法。
非接触测温方法主要是光学方法,它们大致一可分为如下几类:(1)辐射测温方法,其理论基础是普朗克黑体辐射定律,通过测量物体的辐射通髦来测定温度:(2)光散射方一法,此方法是根据温度对物体散射波民变化的影响来获得物体的温度:(3)折射率方法,其原理是:当物体温度变化时其折射率也发生相应变化,光通过物体时光程也要变化,可以通过各种光学干涉测量的方法得出物体折射率的变化从而导出物体的温度。
一个辐射测温系统通常由光学系统、探测器件和信号处理系统组成,如图所示,有的测温系统还有致冷器、调制器和服侍系统等测温系统通过其光学装置收集.(通常是红外辐射),并通过探测器件的光电转换和电信号处理得出被测目标的表面温度,测温系统与目标之间是光传输介质。
非接触红外测温优点如下:它的测量不干扰被测温场,不影响温场分布,从而具有较高的测量准确度;(2)测温范围宽。
辐射测温原理
辐射测温原理是基于物体的辐射能量与其温度之间的关系。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律,物体的辐射能量与其温度的第四次方成正比。
辐射测温利用这一定律,通过测量物体辐射出的电磁辐射能量,来推算物体的温度。
辐射测温的关键在于测量物体发出的红外辐射。
物体的温度越高,其发射的红外辐射能量越大。
辐射测温采用红外探测器或热像仪来测量红外辐射,并通过计算得到物体的温度。
红外探测器是特制的探测器,能够接收红外光信号,并转换成电信号。
红外光信号的强度与物体的温度相关。
红外探测器对不同波长的红外光具有不同的响应特性,因此可以通过对不同波长的红外光信号进行测量和分析,来推算物体的温度。
热像仪则是一种可以直接显示物体温度分布的仪器。
热像仪中包含一个红外探测器阵列,它可以同时测量物体上各个点的红外辐射强度,并将结果转换成图像显示出来。
通过观察这个图像,可以了解物体的温度分布情况。
辐射测温原理的优势在于可以非接触地测量物体的温度,适用于高温、危险或难以接触的物体测温。
同时,辐射测温也有一定的局限性,如测量距离限制、目标表面反射率的影响等。
因此,在应用辐射测温时需要考虑这些因素。
B物质发射率物质发射率沥青0.90~0.98布(黑色)0.98混凝土0.94人体皮肤0.98水泥0.96肥皂泡0.75~0.80沙子0.90木炭(粉末)0.96泥土0.92~0.96漆器0.80~0.95水0.92~0.96漆器(无光泽)0.97冰0.96~0.98橡胶(黑色)0.94雪0.83塑料0.85~0.95玻璃0.90~0.95木材0.90陶瓷0.90~0.94纸0.70~0.94大理石0.94铬氧化物0.81石膏0.80~0.90铜氧化物0.78灰泥0.89~0.91铁氧化物0.78~0.82砖0.93~0.96不锈钢及铝材0.2~0.3红外辐射测温原理及使用1、红外辐射测温原理红外测温属于非接触测温的一种方法,测温元件不需与被测介质接触,通过热辐射原理来测量温度。
了解红外测温仪的工作原理、技术指标、环境工作条件及操作和维修等是用户正确地选择和使用红外测温仪的基础。
红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。
光学系统汇集其视场内的目标红外辐射能量,视场的大小由测温仪的光学零件以及位置决定。
红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号,该信号经过放大器和信号处理电路按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。
除此之外,还应考虑目标和测温仪所在的环境条件,如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法。
物体处于绝对零度以上时,因为其内部带电粒子的运动,以不同波长的电磁波形式向外辐射能量,波长涉及紫外、可见、红外光区,但主要处于(0.8~15)μm 的红外区内。
物体的红外辐射能量的大小按其波长的分布与它表面温度有着十分密切的关系。
因此,通过对物体自身辐射的红外能量的测量,便能准确地测定它的表面温度,这就是红外测温的客观依据。
2、红外辐射温度计使用时的基本问题由于红外测温拥有的快捷、轻便、安全等优点,使得红外测温技术在各个领域的使用越来越普及。
红外辐射测温仪的实验操作步骤红外辐射测温仪是一种非接触式测温装置,可以通过检测目标物体的红外辐射来测量其温度。
它在各个领域都有广泛的应用,包括冶金、化工、医疗等。
本文将介绍红外辐射测温仪的实验操作步骤。
一、准备工作在进行红外辐射测温实验之前,需要先进行准备工作。
首先,确保实验室环境安全、整洁,并确保实验器材完好无损。
接下来,将红外辐射测温仪和标准温度计放置在室温下至少30分钟,使其温度稳定。
二、测量目标物体选择需要测量温度的目标物体,通常可以选择一些尺寸较大、表面光滑的物体。
确保目标物体表面没有遮挡物,如灰尘、污渍等。
三、测温仪设置将红外辐射测温仪打开,并根据仪器说明书进行必要的设置。
通常需要设置测温范围、显示单位等。
确保仪器的设置与实验要求一致。
四、校准红外辐射测温仪为了确保测温精度,需要对红外辐射测温仪进行校准。
具体的校准方法可以参考仪器使用说明书。
一般来说,可以用标准温度计测量一系列已知温度的物体,然后将红外辐射测温仪的读数与标准温度计的读数进行对比,以确定辐射测温仪的准确度。
五、测量温度将红外辐射测温仪对准目标物体,按下测温按钮进行测量。
通常仪器上会有一个红点或红区域,表示测量范围。
确保红点或红区域完全覆盖目标物体。
在测量时要保持仪器与目标物体的距离恒定,通常建议离目标物体的距离在测量距离范围内。
六、读取和记录数据红外辐射测温仪通常会以数字或图形的形式显示测量结果。
在测量完毕后,将读数记录下来,并进行必要的数据处理。
如果需要多点测温或连续测温,可以移动仪器进行测量。
七、实验注意事项1. 在操作红外辐射测温仪之前,确保已经了解和掌握了仪器的使用方法和注意事项。
2. 在测量之前,确保目标物体表面干净,没有任何遮挡物影响测温精度。
3. 红外辐射测温仪的测量范围有限,需要根据实际需求选择合适的仪器。
4. 在测量期间,保持仪器与目标物体的距离稳定,避免测量误差。
5. 校准过程要定期进行,以确保测温的准确度。
辐射式温度传感器测温原理及测温方法自然界中任何物体只要其温度在绝对零点以上,就会不断地向周围空间辐射能量。
温度越高,辐射能量就越多。
任何物体又都能对辐射能量进行吸收、透射或反射。
掌握了这里面的对应关系,就可以知道物体的温度,辐射式温度器就是基于这一原理研制而成的。
辐射式温度传感器利用一定温度物体的热辐射原理制成的,辐射能随物体温度的变化而变化。
在应用辐射式温度传感器检测温度时,只需把传感器对准被测物体,不必与被测物体直接接触,属于非接触测温。
它不会破坏被测对象的温度场,可测量运动物体的温度和小的被测对象的温度;传感器或热辐射能探测器不必达到与被测对象同样的温度,测温上限不受传感器材料熔点的限制;属于被动式温度测量(即无须电源);检测时传感器不必和被测对象达到热平衡,响应时间短,检测速度快,适于快速测温。
辐射式温度传感器测温方法主要有以下三种:一、比色测温法比色温度的定义是:黑体在波长λ1和λ2下的光谱辐射能量之比等于被测体在这两个波长下的光谱辐射能量之比,此时黑体的温度称为被测体的比色温度。
二、亮度测温法亮度温度的定义是:某一被测体在温度为T、波长为入时的光谱辐射能量,等于黑体在同一波长下的光谱辐射能量。
此时黑体的温度称为该物体在该波长下的亮度温度。
三、全辐射测温法全辐射测温的理论依据是斯忒藩一玻耳兹曼定律。
全辐射温度的定义是:当某一被测体的全波长范围的辐射总能量与黑体的全波长范围的辐射总能量相等时,黑体的温度Tb就称为该被测体的全辐射温度。
上述辐射式温度传感器三种测温方法中,比色测温与亮度测温都具有较高的精度。
比色测温的抗干扰能力强,在一定程度上可以消除电源电压的影响和背景杂散光的影响等。
全辐射测温容易受背景干扰。
辐射式温度传感器可测量高达2500摄氏度的温度,这是接触式温度传感器所无法比拟的,在很多温度测量场合也是唯一的一种测量方法。
关于辐射式温度传感器的研究,重点要放在测量的精确性和稳定性方面,将周围环境对测量的影响降到最低。