辐射测温原理和辐射温度计
辐射测温温度计的原理是依据物体的热辐身与温度的对应关系，其定量描述是黑体辐射定律。最基本的黑体辐射定律是普照朗克体辐射定律。
具有热辐射A的物体决不限于某一实际物体，具有不同光谱发射率的实际物体都有可能在同一波长下发出相同的热辐射A。换句话产，一定量的热辐射有温度的无限解。所以，确定物体的热辐射并不一定能确定该物体的真实温度。
为了解决这个困难，在辐射测温学中引入了新的概念，即表观温度的概念。利用表观温度，可以在物体的发射率真为求知的情况下把实际物体的表观温度测量同黑体辐射定律直接联系起来。在辐射测温学中，表现温度包括亮度温度、辐射温度和颜色温度。基于这三种方法的仪表分别称为亮度法测温仪表、全辐射测温仪表（辐射感温器）、比色法测温仪表。
亮度测温法的灵敏度高，亮度温度与真实温度偏听偏信差小，引入有效波长概念后定义严格，适用于高准确度的测量或量值的传递。比色法测温受发射率变化影响小，适合于低发射率物体的测温，尤其适合测量“灰”体的真实温度。全辐射法价格便宜，在测量高温时有优越性。对实际用于工业测量的辐射温度计，还有部分辐射的红外温度计，它接收目标较宽波段（一般超过1微米）内的辐射能。部分辐射法的性能和优缺点接近亮度法，但是在校准和使用中的不同之处还要引起注意。
在使用单波长光学（电）高温计、比色温度计及全波长（或带宽）辐射温度计测量温度时，测得的不是物体的真实温度，而是分别为亮度温度，颜色温度及辐射温度等表现温度。只有知道物体的另一参数——材料发射率（黑度系数），才可求得物体真实温度。而物体的材料发射（黑度系数），才可求得物体真实温度。而物体的材料发身率不仅与物体的组份、表面状态及测量波长有关，还与它所处的温度有关，并且易随表面状态改变而改变。因此用辐射法测量物体真温是辐射测温领域中重要而困难的研究课题，如何消除发射率对辐射温度测量的影响也是目前辐射温度测量最为关心的问题。利用多光谱辐射测温或谱色测温技术直接测量物体的真实温度已虱到了深入的研究，这些测量技术都是建立或在线辨识合理的发射率模型，从而在测量中将其影响通过算法来消除的。
热电阻工作原理 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 Rt=Rt0[1+α（t-t0）] 式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。 半导体热敏电阻的阻值和温度关系为 Rt=AeB/t 式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。 相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。 热电阻材料 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻种类 （1）精密型热电阻：工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点。从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制。 （2）铠装热电阻：铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点： ①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小； ②机械性能好、耐振，抗冲击； ③能弯曲，便于安装； ④使用寿命长。
红外辐射温度计原理 辐射温度计属非接触式测温仪表，是基于物体的热辐射特性与温度之间的对应关系设计而成。其特点为：测温范围广，原理结构复杂；测量时，感温元件不与被测对象直接接触，不破坏被测对象的温度场；通常用来测定1000℃以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度或表面温度；但不能直接测被测对象的真实温度，且所测温度受物体发射率、中间介质和测量距离等因素影响。 1.红外热辐射测温原理 自然界一切温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体，由于分子的热运动，都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合辐射定律。 红外辐射温度计的工作原理是基于四次方定律，通过检测物体辐射的红外线的能量，推知物体的辐射温度。在红外热辐射温度传感器中，作为测量元件的热电堆将红外线的能量转换为热电，经过信号处理后作为检测信号输出。 2.红外热辐射测温仪结构 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。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。 图2‐49为红外辐射温度计的外观及工作原理。被测物体的辐射线由物镜聚焦在受热板上。受热板是一种人造黑体，通常为涂黑的铂片，当吸收辐射能以后温度升高，由连接在受热板上的热电偶、热电阻或热敏电阻测定。 通常被测物体是灰体，以黑体辐射作为基准进行刻度标定，已知被测物体的黑度值，灰体辐射的总能量全部被黑体所吸收，这样它们的能量相等，但温度不同。 辐射温度计在工业生产中的应用 辐射温度计在现代工业生产中的应用较为广泛，尤其是冶金、铸造、医疗、食品等行业，
工作用辐射温度计检定员培训试题答案
JJG856-2015 工作用辐射式温度计检定规程培训考试题答案 一、辐射剂量基础试题（填空题） 1、本规程适用于在测温范围（-50——3000）℃之间内的工作用辐射温度计的首次检定和后续检定。 2、本规程的工作用辐射温度计是指发射率设定值为 1 的单波段辐射式温度计和发射率比可设置为1 的比色温度计，不包括红外额温度计和接触式辐射温度计。 3、【有效】光谱亮度温度计是指在给定的波长，光谱辐射亮度与被测辐射体的有效光谱 在给定波长范围，辐射亮度与被测热辐射体的有效辐射亮度相等的黑体的温度，称【有效】亮度温度。 4、有效波长是指在单波段辐射温度计在光谱范围，使得被测热辐射体的有效光谱温度等于该温度计示值的波长。 5、比色温度是指与热辐射体两个给定波长的光谱辐射亮度之比相等的黑体温度。 6、发射率是指与物体的法向光谱辐射亮度与同温度黑体的光谱辐射亮度之比。 7、【空腔】黑体辐射源，用于检定或校准辐射温度计，具有稳定控制的温度和明确的发射率，且热辐射特性接近于黑体的凹形装置。 8、【平】面辐射源用于检定或校准辐射温度计、具有稳定控制的温度和明确的发射率，且热辐射的平表面。 9、【热】辐射源用于检定校准辐射式温度计，具有稳定控制的温度和明确的发射率的几何形状。 10、在工作用辐射温度计的全部温度范围，固有误差均应不超过最大允许误差，最大允许误差（或仪表准确度、不确定度）应根据型号说明书确定。 11、最大允许误差技术指标应注明与之相应的测量距离与辐射源直径，或检定校准装置的测量距离与辐射直径。
12、重复性应不超过被检温度计技术指标中对应重复性的要求，同时应不超过最大允许误差绝对值的 1/2 13、辐射测温仪光学系统应清洁、无损伤和松动等现象，目视瞄准系统或辅助瞄准装置能正常引导测温视场。 14、检定环境条件：温度（18-25）℃,相对湿度20%-85%，交流电源220V±22V，50Hz 15、固有温度误差通常在被检测温度计测量范围内均匀选取检定点，包括接近下限和上限的检定点，接近均匀分布的，一般为整百度和整十度点。检定点在最大误差突变点附近时，应在最大误差较小的一侧突变点检定点。 二、判断题（√×） 1、视场发射辐射温度计所接收的辐射的被测区域，通常为圆形被测目标。（√） 2、测量距离是指辐射温度计与目标值之间的距离。（√） 3、距离系数是指目标聚焦状态下，测量距离与视场直径之比，距离系数的符号S:D （×） 4、辐射源尺寸效应，由于光学系统不理想，当测量距离一定时，辐射温度计输出依赖 于被测物大小的效应，这是不是辐射温度计的特性。（×） 5、不具有亮度校准结果的辐射源，必须配备参考温度计。（√） 6、参考辐射源温度计的不确定度（k=2）,不大于被检温度计最大允许误差的1/4。 （√） 7、参考接触式辐射源温度计的不确定度（k=2）,不大于被检温度计最大允许误差的 1/3。（√） 8、对于最大允许误差为（±1%×温度示值）的被检温度计的检定，只能选用符合表2 温度计，即铂电阻温度计。（×） 9、有露点以下使用的辐射源，应具备有效的防结露、防结霜或防止现成雾的措施。 （√）
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1．热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 常用的热电偶材料有： 热电偶分度号热电极材料 正极负极 S 铂铑10 纯铂 R 铂铑13 纯铂 B 铂铑30 铂铑6 K 镍铬镍硅 T 纯铜铜镍 J 铁铜镍 N 镍铬硅镍硅 E 镍铬铜镍 2．热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。 标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 热电偶冷端补偿原理 热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将影响严重测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。 热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻，另外有一个桥臂由（铜）热电阻构成。当冷端温度变化（比如升高），热电偶产生的热电势也将变化（减小），而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化（升高）。如果参数选择得好且接线正确，电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等，整个热电偶测量回路的总输出电压（电势）正好真实反映了所测量的温度值。这就是热电偶的冷端补偿原理。
红外测温方法的工作原理及测温仪 在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0. 75～100μm 的红外线.红外测温仪就是利用这一原理制作而成的,温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。目前，红外温度仪因具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。表1列出了常用的测温方法和特点，其中红外测温作为一种常用的测温技术显示出较明显的优势。 表1 常用测温方法对比 测温方法 温度传感器 测温范围（°C ） 精度（%） 接触式 热电偶 -200～1800 0.2～1.0 热电阻 -50～300 0.1～0.5 非接触式 红外测温 -50～3300 1 其它 示温材料 -35～2000 <1 1 红外测温仪的工作原理及特点 1.1 黑体辐射与红外测温原理 一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的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，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 黑体辐射定律：黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1，其它的物质反射系数小于1，称为灰体。应该指出，自然界中并不存在真正的黑体，但是为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。 由于黑体的光谱辐射功率Pb(λΤ)与绝对温度Τ 之间满足普朗克定理： ()1 exp 251-= -T c c T P b λλλ （1） 其中，Pb(λΤ)—黑体的辐射出射度； λ—波长； T —绝对温度； c 1、c 2—辐射常数。
传热学课程自学辅导资料 （热动专业） 二○○八年十月
传热学课程自学进度表 教材：《传热学》教材编者：杨世铭陶文铨出版社：高教出版时间：2006 1
注：期中（第10周左右）将前半部分测验作业寄给班主任，期末面授时将后半部分测验作业直接交给任课教师。总成绩中，作业占15分。 2
传热学课程自学指导书 第一章绪论 一、本章的核心、重点及前后联系 （一）本章的核心 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。 （二）本章重点 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。 （三）本章前后联系 简要介绍了热量传递的三种基本方式和传热过程 二、本章的基本概念、难点及学习方法指导 （一）本章的基本概念 1、热传导 导热（Heat Conduction）：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热。 特点：从宏观的现象看，是因物体直接接触，能量从高温部分传递到低温部分，中间没有明显的物质迁移。 从微观角度分析物体的导热机理： 气体：气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。 导电固体：自由电子不规则运动相互碰撞的结果，自由电子的运动对其导热起主导作用。 非导电固体：通过晶格结构振动所产生的弹性波来实现热量传递，即院子、分子在其平衡位置振动。 液体：第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。 热流量：单位时间传递的热量称为热流量，用Ф表示，单位为W。 3
JJG856-2015 工作用辐射式温度计检定规程培训考试题答案 1 2 3 一、辐射剂量基础试题（填空题） 4 1、本规程适用于在测温范围（-50——3000）℃之间内的工作用辐射温度计的首次检定5 和后续检定。 6 2、本规程的工作用辐射温度计是指发射率设定值为 1 的单波段辐射式温度计和发7 射率比可设置为1 的比色温度计，不包括红外额温度计和接触式辐射温度计。 8 3、【有效】光谱亮度温度计是指在给定的波长，光谱辐射亮度与被测辐射体的有效光9 谱在给定波长范围，辐射亮度与被测热辐射体的有效辐射亮度相等的黑体的温度，称【有效】亮度温度。 10 11 4、有效波长是指在单波段辐射温度计在光谱范围，使得被测热辐射体的有效光谱温度等 于该温度计示值的波长。 12 13 5、比色温度是指与热辐射体两个给定波长的光谱辐射亮度之比相等的黑体温度。 14 6、发射率是指与物体的法向光谱辐射亮度与同温度黑体的光谱辐射亮度之比。
7、【空腔】黑体辐射源，用于检定或校准辐射温度计，具有稳定控制的温度和明确的发 15 16 射率，且热辐射特性接近于黑体的凹形装置。 17 8、【平】面辐射源用于检定或校准辐射温度计、具有稳定控制的温度和明确的发射率， 且热辐射的平表面。 18 19 9、【热】辐射源用于检定校准辐射式温度计，具有稳定控制的温度和明确的发射率的几20 何形状。 21 10、在工作用辐射温度计的全部温度范围，固有误差均应不超过最大允许误差，最大允22 许误差（或仪表准确度、不确定度）应根据型号说明书确定。 23 11、最大允许误差技术指标应注明与之相应的测量距离与辐射源直径，或检定校准装置 的测量距离与辐射直径。 24 25 12、重复性应不超过被检温度计技术指标中对应重复性的要求，同时应不超过最大允许26 误差绝对值的 1/2 27 13、辐射测温仪光学系统应清洁、无损伤和松动等现象，目视瞄准系统或辅助瞄准装置28 能正常引导测温视场。 29 14、检定环境条件：温度（18-25）℃,相对湿度20%-85%，交流电源220V±22V，50Hz 30 15、固有温度误差通常在被检测温度计测量范围内均匀选取检定点，包括接近下限和上31 限的检定点，接近均匀分布的，一般为整百度和整十度点。检定点在最大误差突变点附近
铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器,由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等,被广泛用于中温(-200℃～650℃)范围的温度测量中。 PT100是一种广泛应用的测温元件，在-50~600℃℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不高且易受温漂等干扰因素影响，数字化校正则需要在微处理系统中使用，将Pt电阻的电阻值和温度对应起来后存入EEPROM中，根据电路中实测的AD值以查表方式计算相应温度值。 常用的Pt电阻接法有三线制和两线制，其中三线制接法的优点是将PT100的两侧相等的的导线长度分别加在两侧的桥臂上，使得导线电阻得以消除。常用的采样电路有两种：一为桥式测温电路，一为恒流源式测温电路。其中图1为三线制桥式测温电路，图2为两线制桥式测温电路，图3为恒流源式测温电路。下面分别对桥式电路和恒流源式电路的原理在设计过程中应注意事项进行说明（注：这两个电路本人均有采用及试验，证明可行） 一、桥式测温电路 桥式测温的典型应用电路如图1所示（图1和图2均为桥式电路，分别画出来是为了说明两线制接法和三线制接法的区别）。 测温原理：电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096V的参考电源；采用R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥（其中R1＝R2，VR2为100Ω
精密电阻），当Pt100的电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一个mV级的压差信号，这个压差信号经过运放LM324放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3＝R4、R5＝R6、放大倍数＝R5/R3，运放采用单一5V供电。 设计及调试注意点： 1. 同幅度调整R1和R2的电阻值可以改变电桥输出的压差大小； 2. 改变R5/R3的比值即可改变电压信号的放大倍数，以便满足设计者对温度范围的要求 3. 放大电路必须接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作 4. VR2也可为电位器，调节电位器阻值大小可以改变温度的零点设定，例如Pt100的零点温度为0℃，即0℃时电阻为100Ω，当电位器阻值调至109.885Ω时，温度的零点就被设定在了25℃。测量电位器的阻值时须在没有接入电路时调节，这是因为接入电路后测量的电阻值发生了改变。 5. 理论上，运放输出的电压为输入压差信号×放大倍数，但实际在电路工作时测量输出电压与输入压差信号并非这样的关系，压差信号比理论值小很多，实际输出信号为 4.096*(RPt100/(R1+RPt100)- RVR2/(R1+RVR2)) （1） 式中电阻值以电路工作时量取的为准。 6. 电桥的正电源必须接稳定的参考基准，因为如果直接VCC的话，当网压波动造成VCC发生波动时，运放输出的信号也会发生改变，此时再到以VCC未发生波动时建立的温度-电阻表中去查表求值时就不正确
红外测温方法的工作原理及测温仪 (北京化工大学信息科学与技术学院) 摘要：本文从黑体辐射原理出发分析了红外测温的工作原理，从发射率、距离系数、环境等几个方面，探讨和分析了测温误差的原因，以及基于红外测温技术的测温仪的简单的概述,并对红外测温仪的分类、性能、选择及应用简要的说明。 关键词：黑体辐射、红外测温仪、温度测量 Infrared Thermometer and the working principle of Infrared Temperature measurement (College of Science and Technology， Beijing University of Chemical Technology) Abstract: In this paper, the theory of infra-red temperature measurement was analyzed according to the principle of blackbody radiation. We discussed the main factors for measurement accuracy, such as reflectance, distance coefficient and environment.Based on infrared temperature measurement technology, we make a simple overview of infrared thermometer, and a brief description of its classification, performance, selection and application. Key words: Blackbody radiation; infrared thermometer; temperature measurement 0引言 在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0. 75～100μm的红外线.红外测温仪就是利用这一原理制作而成的,温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。目前，红外温度仪因具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。表1列出了常用的测温方法和特点，其中红外测温作为一种常用的测温技术显示出较明显的优势。 表1常用测温方法对比 测温方法温度传感器测温范围（°C）精度（%） 接触式热电偶-200～1800 0.2～1.0 热电阻-50～3000.1～0.5非接触式红外测温-50～33001其它示温材料-35～2000<1
热电阻及其测温原理 在工业应用中，热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度。对于500℃以下的中、低温度，热电偶的输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低温区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。 1、热电阻的测温原理 与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 R t=R t0[1+α（t-t0）] 式中，R t为温度t时的阻值；R t0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为 R t=Ae B/t 式中R t为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。 相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。 2、工业上常用金属热电阻 从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）。 目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu 50的应用最为广泛。 3、热电阻的信号连接方式 热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。
红外线测温仪原理及应用 摘要：测量温度的方法有很多种，温度计大致可以分为接触式测温仪表和非接触式测温仪表两类。其中接触式的有我们熟悉的液体式温度计，热电偶式温度计和 热电阻式温度计等等。 关键词：红外线测温辐射光纤 众所周知，温度是供热，供燃气，通风及空调系统中最重要的参数之一。尤其在热工测量过程中，温度的精准程度往往是决定实验成败的关键。因此，一个精确度高的测温仪器在工程中是必不可少的。因此本文就温度测量工具中的红外线测温仪的原理及应用进行一些介绍。 一，红外测温的理论原理 在自然界中，当物体的温度高于绝对零度时，由于它内部热运动的存在，就会不断的向四周辐射电磁波，其中就包含了波段位于0.75μm~100μm的红外线。他最大的特点是在给定的温度和波长下，物体发射的辐射能有一个最大值，这种物质称为黑体，并设定他的反射系数为1，其他的物质反射系数小于1，称为灰体，由于黑体的光谱辐射功率P(λＴ)与绝对温度T之间满足普朗克定。说明在绝对温度T下，波长λ处单位面积上黑体的辐射功率为P(λＴ)。根据这个关系可以得到图1的关系曲线，从图中可以看出： （1)随着温度的升高，物体的辐射能量越强。这是红外辐射理论的出发点，也是单波段红外测温仪的设计依据。 （2)随着温度升高，辐射峰值向短波方向移动（向左)，并且满足维恩位移定理，峰值处的波长与绝对温度T成反比，虚线为处峰值连线。这个公式告诉我们为什么高温测温仪多工作在短波处，低温测温仪多工作在长波处。 （3)辐射能量随温度的变化率，短波处比长波处大，即短波处工作的测温仪相对信噪比高（灵敏度高），抗干扰性强，测温仪应尽量选择工作在峰值波长处，特别是低温小目标的情况下，这一点显得尤为重要。 二，红外线测温仪的原理
第四章辐射温度计检定 第一节目前国内外辐射温度计检定现状 一国内检定现状 10年前，红外温度计的使用较少，辐射温度计（主要是对红外温度计，下同）的检定工作在省级计量机构和工业企业中，实际上没有开展。由于红外温度计使用数量的增加，红外温度计的检定工作才开始重视。尤其是近5年来，省级计量机构都已经建立了辐射温度计传递标准，极少数暂时没有建立的也在准备之中。省级计量机构建立的标准温度范围为：-30～1600℃，基本上满足了目前辐射温度计检定和校准的需求。在经济发展较好的省份，地级和县级计量机构甚至先于一些省级计量建立起辐射温度计传递标准。所以准确地说，红外温度计的检定工作，经过近5年的发展，在国内已经逐步展开。 辐射温度计在钢铁企业使用较多，不少钢铁企业早期都已经建立了光学高温计的传递标准。尤其是近几年，钢铁企业质量意识的提高，在轧钢生产线上普遍采用红外温度计在线测量和控制，因此近5年来，钢铁企业都开始重新建立辐射温度计传递标准或改造和更换老的检定设备。目前大型钢铁企业都已经建立了新的辐射温度计传递标准，暂时没有建立的也在准备之中。对于辐射温度计检定工作的开展，钢铁企业在国内大型企业中走在前面。 20世纪90年代，铁路系统已开始利用红外测温仪检测轴温，现在列车提速，检测轴温更显重要。 对于列车提速，安全运行是铁路系统首要工作，为了监察列车运行中轴温情况，铁路部门普遍采用红外温度计进行现场快速测量检查，并且已经配备一定数量的红外温度计。因此，红外温度计的检定工作，早在15年前在铁路系统就已经开展。目前铁路路局级计量部门，已经有60%以上建立了红外温度计检定装置。 根据近几年每年的检定数量和在使用中红外温度计的数量对比，仍然有相当多的辐射温度计在使用而没有检定或校准。随着地市级计量机构和大中型企业开始建立辐射温度计传递标准，红外温度计的检定工作已开始重视。 二国外检定现状 国外主要在欧洲和北美，因为辐射温度计的使用比国内早，因此检定工作也开展的早。首先是生产辐射温度计的厂家，由于自身生产的需要，必须建立对辐射温度计的标定装置，对所生产的产品进行标定。随着使用量的增加，检测机构也同时建立辐射温度计的标准，开展对辐射温度计的校准工作。 三目前国内红外温度计检定情况 在开展了红外温度计的检定工作后，根据作者的调查，目前使用的红外温度计不合格率较高，尤其是廉价的手持式红外温度计，严格地说不合格率高达60%以上。正因为开展了检
热电阻与热电偶的测量原理及区别 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50——+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1．热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 2．热电偶的种类及结构形成 （1）热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶 我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 （2）热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端
培训考试题答案第 1 页共 5 页 JJG856-2015 工作用辐射式温度计检定规程培训考试题答案 一、辐射剂量基础试题（填空题） 1、本规程适用于在测温范围（-50——3000）℃之间内的工作用辐射温度计的首次检定和后续检定。 2、本规程的工作用辐射温度计是指发射率设定值为 1 的单波段辐射式温度计和发射率比可设置为1 的比色温度计，不包括红外额温度计和接触式辐射温度计。 3、【有效】光谱亮度温度计是指在给定的波长，光谱辐射亮度与被测辐射体的有效光谱 在给定波长范围，辐射亮度与被测热辐射体的有效辐射亮度相等的黑体的温度，称【有效】亮度温度。 4、有效波长是指在单波段辐射温度计在光谱范围，使得被测热辐射体的有效光谱温度等于该温度计示值的波长。 5、比色温度是指与热辐射体两个给定波长的光谱辐射亮度之比相等的黑体温度。 6、发射率是指与物体的法向光谱辐射亮度与同温度黑体的光谱辐射亮度之比。 7、【空腔】黑体辐射源，用于检定或校准辐射温度计，具有稳定控制的温度和明确的发射率，且热辐射特性接近于黑体的凹形装置。 8、【平】面辐射源用于检定或校准辐射温度计、具有稳定控制的温度和明确的发射率，且热辐射的平表面。 9、【热】辐射源用于检定校准辐射式温度计，具有稳定控制的温度和明确的发射率的几何形状。 10、在工作用辐射温度计的全部温度范围，固有误差均应不超过最大允许误差，最大允许误差（或仪表准确度、不确定度）应根据型号说明书确定。 11、最大允许误差技术指标应注明与之相应的测量距离与辐射源直径，或检定校准装置的测量距离与辐射直径。
12、重复性应不超过被检温度计技术指标中对应重复性的要求，同时应不超过最大允许误差绝对值的1/2 13、辐射测温仪光学系统应清洁、无损伤和松动等现象，目视瞄准系统或辅助瞄准装置能正常引导测温视场。 14、检定环境条件：温度（18-25）℃,相对湿度20%-85%，交流电源220V±22V，50Hz 15、固有温度误差通常在被检测温度计测量范围内均匀选取检定点，包括接近下限和上限的检定点，接近均匀分布的，一般为整百度和整十度点。检定点在最大误差突变点附近时，应在最大误差较小的一侧突变点检定点。 二、判断题（√×） 1、视场发射辐射温度计所接收的辐射的被测区域，通常为圆形被测目标。（√） 2、测量距离是指辐射温度计与目标值之间的距离。（√） 3、距离系数是指目标聚焦状态下，测量距离与视场直径之比，距离系数的符号S:D（×） 4、辐射源尺寸效应，由于光学系统不理想，当测量距离一定时，辐射温度计输出依赖于 被测物大小的效应，这是不是辐射温度计的特性。（×） 5、不具有亮度校准结果的辐射源，必须配备参考温度计。（√） 6、参考辐射源温度计的不确定度（k=2）,不大于被检温度计最大允许误差的1/4。（√） 7、参考接触式辐射源温度计的不确定度（k=2）,不大于被检温度计最大允许误差的1/3。 （√） 8、对于最大允许误差为（±1%×温度示值）的被检温度计的检定，只能选用符合表2 温度计，即铂电阻温度计。（×） 9、有露点以下使用的辐射源，应具备有效的防结露、防结霜或防止现成雾的措施。（√） 10、供标准器使用的电测仪表（如需要），如电桥、直流数字多用表、标准电阻、其测 量引入的不确定度最大允许误差不超过标准器的1/3.或不超过被检温度计最大允许误差绝对值的1/10。（×） 三、简述体
热电阻温度计的结构和原理 其优点如下： 1、循环周期9～13秒，生产效率高，—条线年产标砖6000万块。 2、蒸养车可码放砖坯16层，有效利用蒸压釜，节约蒸压能耗23%。 3、整机布局结构紧凑，占地面积小，能节省土建投资成本达28%。 4、抓坯和码垛定位精度高，减少中间周转过程，提高制品的成品率。 5、自动化程度高，操作简单方便，实现单机单人操作。 热电阻温度计的结构和原理？ 热电阻是近年来发展起来的一种新型半导体感温元件。由于它具有灵敏度高、 体积小、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点，因此应用非常广泛。负系数热敏电阻热敏电阻与普通热电阻不同，它具有
负的电阻温度特性，当温度升高时，电阻值减小热敏电阻的阻值---温度特性曲线是一条指数曲线，非线性度较大，因此在使用时要进行线性化处理，线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线，但比较复杂。热敏电阻的应用是为了感知温度为此给热敏电阻以恒定的电流，测量电阻两端就得到一个电压，然后就可以求得温度。如能测得热敏电阻两端的电压，再知道参数和系数k，则可计算出热敏电阻的环境温度，也就是被测的温度。这样就把电阻随温度的变化关系转化为电压温度变化的关系了。电阻温度计就 是把热敏电阻两端电压值经a/d转换变成数字量，然后通过软件方法计算得到温度值，再通过进行显示。 热电阻温度计的工作原理 热电阻 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。1、热电阻测温原
理及材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加 这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。2、热电阻的类型1）普通型热电阻从热电阻的测温 2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击； ③能弯曲，便于安装④使用寿命长。3）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。4）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于bla--b3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。铠
1 红外测温仪的工作原理及特点 1.1 黑体辐射与红外测温原理 一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的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，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 黑体辐射定律：黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1，其它的物质反射系数小于1，称为灰体。应该指出，自然界中并不存在真正的黑体，但是为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。 由于黑体的光谱辐射功率Pb(λΤ)与绝对温度Τ 之间满足普朗克定理： ()1exp 2 51-=-T c c T P b λλλ （1） 其中，Pb(λΤ)—黑体的辐射出射度； λ—波长； T —绝对温度； c1、c2—辐射常数。
式（1）说明在绝对温度Τ 下，波长λ处单位面积上黑体的辐射功率为Pb(λΤ)。根据这个 图1 黑体辐射的光谱分析 从图1中可以看出： (1)随着温度的升高，物体的辐射能量越强。这是红外辐射理论的出发点，也是单波段红外测温仪的设计依据。 (2)随着温度升高，辐射峰值向短波方向移动(向左)，并满足维恩位移定理T *λm = 2897.8 μm *K ，峰值处的波长λm 与绝对温度Τ 成反比，虚线为λm 处峰值连线。这个公式告诉我们为什么高温测温仪多工作在短波处，低温测温仪多工作在长波处。 (3)辐射能量随温度的变化率，短波处比长波处大，即短波处工作的测温仪相对信噪比高(灵敏度高)，抗干扰性强，测温仪应尽量选择工作在峰值波长处，特别是低温小目标的情况下，这一点显得尤为重要。 根据斯特藩—玻耳兹曼定理黑体的辐出度 Pb(Τ)与温度Τ 的四次方成正比， 即： ()4 T T P b σ= (2) 式中，Pb(T)—温度为T 时，单位时间从黑体单位面积上辐射出的总辐射能，称为总辐射
Pt100热电阻的测温电路 [摘要] 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。 温度测量系统应用广泛，涉及到各行各业的各个方面，在各种不同的领域中都占有重要的位置。从降低开放成本扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。才测量系统不但可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，电路设计简单实用。 [关键字] 传感器 Pt100热电阻温度测量
目录 1 前言 (4) 1．1 传感器概况 (4) 1．2 设计目的 (7) 2 设计要求 (8) 2．1 设计内容 (8) 2．2 设计要求 (9) 3 原器件清单 (10) 4 Pt100热电阻的测温电路 (11) 4．1 总体电路图 (11) 4．2 工作原理 (11) 5 Pt100热电阻测温电路的原理及实现 (12) 5．1 测温电路的工作原理 (12) 5．2 测温电路的实现 (14) 5．3 测量结果及结果分析 (15) 6 制作过程及注意事项 (16) 6．1 制作过程 (16) 6．2 注意事项 (17) 7 总结 (18) 8 致谢 (19) 参考文献 (20)
辐射温度计检定员试题（A）答案 一、填空题（每空4分，共40分） 1、用辐射测温法测得的物体温度，不是物体的真实温度，要得到物体的真实温度，必须通过物体的发射率进行修正。 2、物体的热辐射能量大小，不仅取决于物体的种类及表面的温度面且还取决于物体表面的状态。 3、物体颜色温度可等于真实温度，也可以大于真实温度，或 小于真实温度。 4、亮度测温法是辐射测温法中准确度最高的方法，这是由于随着物体温度的增加，它的峰值亮度与温度呈五次方关系。 5、辐射高温计是测量物体的辐射温度，光学高温计是测量物体的亮度温度。 二、选择题（每题4分，共20分） 1、灰体的颜色温度 B 真实温度。 A、小于 B、等于 C、大于 2、各种辐射测温法中，准确度最高的是： A A、亮度测温法 B、辐射测温法 C、颜色测温法 3、检定辐射测温仪所用的黑体炉是： B A、绝对黑体 B、近似黑体 C、灰体 4、600K黑体的热辐射，发射的大部分是： A A、红外线 B、可见光 C、紫外线 5、完全不吸收热辐射的物体叫作： C A、黑体 B、灰体 C、白体 三、简答题（每题10分，共20分） 1、什么叫光谱辐射亮度？
答：辐射源单位波长间隔的辐射亮度叫做光谱辐射亮度 2、什么叫颜色温度？ 答：当热辐射体与黑体在两个波长的光谱辐射亮度之比相等时，称黑体的温度为热辐射体的颜色温度。 四、计算题（每题10分，共20分） 1、已知黑体辐射峰值波长落在可见光谱（0.38um—0.78um）范围内，求黑体最低温度应是多少摄氏度？ 答案：3442℃ 2、已知黑体总辐射出射度为0.000567W/m2,求黑体的温度为多少摄氏度？ 答案：727℃