2.5 辐射式温度传感器（课件）- 《传感器与智能检测技术》同步教学（电工版·2023）

1）传感器与被测对象不接触，不会干扰被测对象的温度场，故可测量运动物体的温度，且可进行遥测。 2）由于传感器与被测对象不在同一环境中，不会受到被测介质性质的影响，所以可以测量腐蚀性、有毒物体、带电体的温度，测温范围广，理论上无测温上限限制。 3）在检测时传感器不必和被测对象进行热量交换，所以测量速度快，响应时间短，适于快速测温。 4）由于是非接触测量，受工作环境影响大，故测量精度不高，测温误差大。 与接触式温度传感器相比，具有以下特点： 2.5 辐射式温度传感器 非接触式测温： 敏感元件不需要与被测介质接触。 辐射式、超声波式、微波式、电涡流式等 主要内容 2.5.1 辐射测温的基本原理 2.5.2 典型系统组成 2.5.3 影响因素 2.5.4/5 辐射测温方法及比较 2.5.6 选型及使用注意事项 辐射波长范围： 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5000℃左右时，辐射光谱包括了部分可见光； 到8000℃时可见光大大增加，即呈现“红热”； 如果到30000℃时，辐射光谱包括更多的短波成分，使得物体呈现“白热”。 图2.5.1黑体辐射的光谱分析 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。 2.5.1 辐射测温的基本原理 --辐射测温基础 1、普朗克定律（黑体辐射定律，Black body Law） 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，单位为瓦/米2(W/m2)。 全幅射体的光谱辐射出射度Mb（单位：w/m2）与波长λ和温度T关系 为波长；c1= 3.7418*10-16(w.m2)第一辐射常数(普朗克);c2=1.4388*10-2(m.K)，第二辐射常数（玻尔兹曼） 2、 使用条件：温度低于3000K，波长较短的可见光范围内，用维恩公式代替普朗克定律，误差不超过1% 维恩位移定律（维恩公式，Wien’s displacement Law） --热辐射测温的基本定律(Basic Law for Black Body Radiation) 2.5.1 辐射测温的基本原理 3、斯忒藩－波尔兹曼定律（Stefan-Boltzman Law,全辐射强度定律，也称为四次方定律） 1） MO与Mb的关系 M0是波长从0 ∞之间全部光谱辐射出射度的总和 2 ）M0的公式（斯忒潘—玻耳兹曼定律:) 物体的总的辐射出射度与温度的四次方成正比 斯忒藩－波尔兹曼常数σ,5.67032*10-8 W/(m2.K4) 全辐射强度定律是单色辐射强度定律在全波长内积分的结果。 根据所采用测量方法的差异，辐射式温度传感器可分为： 全辐射式温度传感器 亮度式温度传感器 比色式温度传感器 2.5.4 辐射测温方法 一、全辐射式温度传感器 绝对黑体的全辐射能与温度的关系为： 波尔兹曼系数 热力学温度 灰体的全辐射能与温度的关系为 ： 若灰体在某一温度T时的全辐射能跟绝对黑体在温度TF时全辐射能相等，则TF称为该灰体的辐射温度。 一、全辐射式温度传感器 被测物的辐射能量经物镜 聚焦到热电堆的靶心铂片 上，将辐射能转化为热能， 再由热电堆变成热电动势， 再由显示仪表显示出热电 动势的大小，由热电动势 数值可知所测温度的大小。 这种传感器适用于远距离，不能直接接触的高温物体，其测温 范围为（100~2000）℃ 热电堆结构和补偿光阑 (a):1－云母基片；2－受热靶面；3－热电耦丝；4－引出线 (b):1-补偿片；2-双金属片 物体在波长λ下的亮度Lλ和它的光谱辐射出射强度Eλ成正比。 全辐射体： 实际物体： 二、亮度式温度传感器 常用的亮度传感器： 灯丝隐灭式亮度传感器 光电式亮度传感器 二、亮度式温度传感器 二、亮度式温度传感器 特点：亮度式温度传感器利用物体的单色辐射亮度随温度变化的原理，并以被测物体光谱的一个狭窄区域内的亮度与标准辐射体的亮度进行比较来测量温度。 测温原理: 这种传感器量程较宽，有较高的测量精度，一般用于测量(700~3200）℃范围的浇铸、轧钢、锻压、热处理时的温度 光学高温计 光学高温计与光电高温计 光学高温计： 测量时要手动平衡亮度；人判定平衡点，平衡点还可能因人而易；故它不是连续性测量仪表，应用受限制。 光电高温计： 光电器件代替人眼，作为仪表的感受件感受辐射源的亮度变化，并转